变电站直流系统分析与设计毕业论文(2)

2018-12-19 22:10

由于蓄电池直流电源价格昂贵,寿命有限,维护量较大等,所以在一些中小型变电站中采用了硅整流直流电源。

整流式直流电源实际上是一台整流装置,其输入一般取自所用电的交流电压,经整流装置变换成直流电源。这种直流电源是非独立式的直流电源,若交流系统故障,将直接影响到直流电源的输出,不能满足直流负荷的要求;若交流系统停电,直流电源将没有输出。

为了解决上述问题,对于整流式直流电源进行了改进,其中应用最多的是硅整流电容储能直流电源和复式整流直流电源。由于应用不是太广泛在这里就不在介绍。

第二节 蓄电池技术分析

蓄电池分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池有固定型防酸隔爆铅酸蓄电池和阀控密封免维护铅酸蓄电池。碱性蓄电池是镉镍蓄电池。

一、铅酸蓄电池

铅酸蓄电池从组成上来讲,主要是由正极板、负极板、硫酸溶液、隔板、蓄电池槽、蓄电池盖组成。根据蓄电池的用途不同,还有其它不同的部件,如对于防酸隔爆式蓄电池在电池盖上安有防酸隔爆帽,有的电池还装有密度计、温度计等。正负极接线柱是由正负极板引出,用于对外连接。

铅酸蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2),负极板上的活性物质是金属铅(Pb)。蓄电池的储能和释放能量是通过正、负极和

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硫酸溶液之间发生的电化学反应来实现的。在放电过程中,放电电流从蓄电池的正极流出,经负极、电池负极、电池内部后,到达正极,实现了将蓄电池内的化学能转换为电能,供电给负荷。这种电化学反应可以用下面的反应方程式表示

Pb + 2H2SO4 + PbO2→PbSO4 + 2H2O + PbSO4

负极 电解液 正极 负极 电解液 正极

由上式可看出,在放电过程中,正负极在放电后都生成了硫酸铅(PbSO4),并消耗了电解液中的硫酸(H2SO4),生成了水(H2O),结果硫酸溶液的浓度(密度)下降。因此在实际工作中,可以根据电解液比重的变化(高低),来判断蓄电池的放电程度和作为确定蓄电池放电终了的主要特征。

在充电过程中,充电电流由外部电源的正极,经蓄电池的正极、电池内部、负极,到达外部电源的负极,实际将电能转换成化学能存储在蓄电池内部。充电过程的电化学反应可用下面的化学反应方程式表示:

PbSO4 + 2H2O + PbSO4 → Pb + 2H2SO4 + PbO2

负极 电解液 正极 负极 电解液 正极

由此可见,充电时,正极上的硫酸铅氧化成二氧化铅,负极上的硫酸铅还原成金属铅,并且硫酸根与水形成硫酸,使电解液的浓度逐渐上升,最后达到一稳定值。

在充电过程中,外电源强迫蓄电池接受电解,把PbSO4及H2O转换成PbO2、Pb、H2SO4,电能转换成后者的化学能,这是主反应。充电时还

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伴随着一个很难避免的副反应,即电解水生成氧气和氢气。特别是充电后期,电压升高(用恒定电流充电时),电能主要消耗在电解水方面,而且对活性物质很不利。电解水的反应是:

正极: 2H2O → O2 + 4H + 4e

负极: 4H + 4e → 2H2↑ 总反应:2H2O → 2H2↑ + O2↑

在充电后期,从正极板析出氧气,负极板析出氢气。

充好电之后的蓄电池会自发地进行自放电反应。负极上的自放电反应将使负极板硫化并析出氢气;正极板上的自放电反应将析出氧气。

铅酸蓄电池充电、自放电都会产生氧气和氢气的析出以及酸雾的自然挥发。这样一来,一方面使得电池的电解液消耗很大,需要经常加酸补水进行维护;另一方面酸雾对人体,设备和环境带来污染和危害。氢气易引起火灾。由于上述原因,以前在变电所中,蓄电池是安装在蓄电池室内,蓄电池室的建筑应符合国家相关技术要求,设置必要的附属设备和通风设备等,投资大,运行维护量大。

我国电力系统自20世纪80年代开始引进和采用阀控密封免维护铅酸蓄电池(VRLA,简称阀控电池),90年代后开始广泛应用。一些新建的变电所,甚至一些改造的变电所基本都是采用这种新型蓄电池,取代了固定型防酸隔爆铅酸蓄电池。阀控电池采用了全封闭结构,设有安全阀,正极板为铅锡合金,负极板为钙铝合金,电池内部电解液被吸附在极板和隔离物中,充电产生的气体不向外逸出,全部在电液

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+

-+

-

内合成H2O,该电池在在理论上不消耗水,不需添加蒸馏水,可以长期运行。由于上述特点,阀控电池体积小,具有防震抗压的特点,便于运输,可以放倒后叠加放置,酸液无渗漏,可与其它设备同置一室,无酸雾逸出,无需设专门的电池室。

铅酸蓄电池的型号一般按以下方式表示:

串联的单体电池数电池的类型和特征额定容量图1-2 蓄电池型号表示

二、镉镍电池

镉镍电池属于碱性电池,在结构上,其正极板是氧化镍,负极板是镉-铁;电解液为氢化钾或氢化钠中加入适量的氢化锂组成;外壳为封闭型。其化学能与电能的转换也是通过其内部复杂的化学反应完成的。

镉镍电池按放电电流与蓄电池的额定容量的关系可分成四类,即:I<0.5C5(A),为低倍率型;I=(0.5—3.5)C5(A),为中倍率型;I=(3.5—7)C5(A),为高倍率型;I>7C5(A),为超高倍率型。在变电所中,主要采用中倍率型和高倍率型。一般用在容量不太大的场合。

镉镍电池具有对环境污染小、无腐蚀性、维护工作量小、结构紧凑、占地面积少、布置方便、使用寿命长(可长达20年)等优点。可

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直接放在主控制室内或配电装置内,不用专设蓄电池室。

第二章 确定直流系统的接线和工作电压

第一节 直流系统的接线

一、母线接线方式

1.直流系统接线方式的主要原则

直流系统采用单母线或单母线分段接线,不用双母线接线,使系统接线更加简单,运行也更加可靠。1组蓄电池可为单母线分段或单母线;2组蓄电池设两段母线,正常独立运行,母线之间装有联络电器,一般为刀开关,必要时也可装设保护电器。

每组蓄电池设有专用的试验放电回路,蓄电池的试验放电设备经隔离和保护电器直接与蓄电池组出口回路并接主要为了试验时蓄电池组可以方便的退出,简化操作步骤,简化接线,避免误操作。同时不影响直流母线的运行,提高可靠性。由于蓄电池试验放电的次数不多,为提高试验设备的利用率,所以,不宜固定连接,便于多组蓄电池公用。

蓄电池直流系统的接线与蓄电池类型、运行方式和蓄电池组数等有关。根据运行方式,可分为充放电运行的蓄电池直流系统和浮充电运行的蓄电池直流系统。

2.不同的接线方式

⑴按充电放电方式工作的蓄电池直流系统

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