甘电投张掖发电有限责任公司 2×300MW电气专业培训教材
第八篇：直流及UPS系统
发电厂中都设有操作电源。它可采用交流电源，也可采用直流电源。操作电源的作用主要是在发电厂正常运行时，对断路器的控制回路、信号回路、自动装置等设备供电；在一次回路故障时，给继电保护、信号设备、断路器的控制回路供电，以保证它们能可靠动作；在交流厂用电源中断时，给事故照明、直流油泵及交流不停电电源等负荷供电，以保证事故保安负荷的工作。所以操作电源十分重要，必须充分可靠，具有独立性。
目前大多电厂都采用直流操作电源，因为直流电能可通过蓄电池储存，可看成是与发电厂一次电路无关的独立电源；另外可使操作和保护用的电气结构简化。
在我厂公司厂房内的断路器及其控制、信号、保护、自动装置、事故照明及直流油泵等都采用220V直流电源，另外热工、电气的重要交流电源采用交流电源不间断装置供电，即UPS供电。外围断路器其控制、保护电源采用自身的交流电源。
我公司直流系统采用高频整流充电装置。该高频整流充电装置，在正常运行方式时，给直流母线提供电源，接带直流负荷；同时又给直流蓄电池组提供浮充电流。我公司直流系统， 采用单母线分段不并列运行方式。
第一章：220V直流系统
第一节：基本结构及工作原理
一、高频整流充电装置设备规范
1 名称
主厂房220V高频开关电源及直流屏（1台机1套共2套） 网控室220V高频开关电源及直流屏（2台机共用1套） 直流分电柜 PZ61-F（共计20面） 2 型号 主厂房：
1） 充电柜 PZ61/ -222D-1500/220V（2X4面） 2） 联络柜 PZ61-L（2X1面） 3） 馈线柜 PZ61-K（2X4面） 网控继电器室：
1） 充电柜 PZ61/ -222D-300/220V（2面） 2） 联络柜 PZ61-L（1面） 3） 馈线柜 PZ61-K（4面） 3 电气参数
交流额定输入电压：380V±15%，交流电网波形为正弦。电网频率为50HZ±5%。 输出直流额定电压： 220V，变化范围：87.5%～110%。 充电装置额定直流输出电流：
1） 主厂房：Ic=239A，高频开关电源模块为20A，模块数量按12+2冗余配置，最大输出电流280A。
2） 网控：Ic=66.8A，高频开关电源模块为20A，模块数量按4+2冗余配置，最大输出电流120A。
- 269 -
甘电投张掖发电有限责任公司 2×300MW电气专业培训教材
浮充电压稳定调节范围：200—260V； 均衡充电电压稳定调节范围：220—290V。 充电电压调节范围：DC198—290V。
直流输出电流调节范围：额定值的0%～100%。
稳压精度：浮充状态下运行时，在充电电压调压范围内任一数值上，电网电压在额定值的±10%范围内变化，负载电流在0～100%范围内变化时，输出电压稳压精度：≤±0.2%。
稳流精度：装置在稳流状态下运行时，在充电（稳流）电压调压范围内任一数值上，电网电压在额定值的±10%范围内变化，直流输出电流应能在额定值的0～100%范围任一点上保持稳定，稳流精度：≤±0.5%。
纹波系数：整流设备在均衡充电及浮充电（稳压）状态下，电网电压在在额定值的±10%范围内变化，负载电流在0～100%范围内变化时（且为电阻性负载），其输出端的纹波系数：≤±0.3%。
均流不平衡度：模块输出电流大于额定电流50%均流不平衡度不大于±5%，模块输出电流为额定电流10%～50%时，均流不平衡度不大于±10%。
模块的最大输出功率大于1500W时，功率因数大于0.95；模块的最大输出功率小于1500W时，功率因数大于0.85。
谐波干扰、电磁兼容等指标满足GB/T17626中相关标准。 接线方式：直流系统为单母线分段接线，两组蓄电池每组各配一组智能高频开关整流器。 4 直流系统设备技术特性 1） 输入特性为
a、 输入电压： AC380±20%，三相三线。 b、 输入电流： ≤180A，满负载 c、 输入交流电压频率： 50±5%HZ
d、 额定短时耐受电流： 20/40kA(直流/交流) e、 功率因数： ≥0.9 f、 效率： ≥95% 2） 输出特性
1 输出直流电压：输出电压具有短充、均充、浮充三种状态。整个电压稳定调节范围：198～290V连续无级可调。
2 单只模块输出电流：20A 3） 保护特性
a、 短路保护：具有电流回归式保护功能，故障去除会自动恢复工作。 b、 输出过压保护: DC260V±2V c、 输出欠压告警: ≤DC198V
d、 输入过压保护：AC418V±5V，可自动恢复，回差电压：AC5V～15V。 e、 输入欠压告警：AC323V±5V，可自动恢复，回差电压：AC10V～20V。 f、 缺相保护： 可恢复
g、 过热保护功能：当散热器温度过热时，关机保护，降温后可自动恢复。 4） 监控接口
通过模块内置监控板实现，设有与远方计算机系统的通讯接口（RS232/RS485）及开放的通讯协议；同时也可经过硬接线与远方计算机系统的接口。
a) 遥信：将输入过欠压，缺相，输出过压保护，输出欠压告警及过热保护信号传递给监控单元。
b) 遥控：通过监控单元，实现开/关机，均/浮充转换及10%～100%限流。
- 270 -
甘电投张掖发电有限责任公司 2×300MW电气专业培训教材
5） 均流功能
具有均流功能及均流接口，在并机应用时使用，并联工作的整流模块采用硬件低差自主均流技术，使整流模块的输出实现负荷均担，具有很高的均流精度。
6） 面板功能
a、 具有LED信号指示。
b、 具有电位器分别调节均充、浮充电压和限流点调节。 c、 LED数字表头显示输出电流、电压。 7） 环境适应：高温试验、低温试验、恒定湿热试验、振动试验、冲击试验等均满足GB2423中的规定。
8） 完全支持热插拔的结构设计，使整流模块在不需要切断电源的情况下，就可以自由插拔更换，维护更换特别方便。而且采用统一的高频开关整流模块，具有良好的可互换性。
9） 绝缘电阻：试验电压DC500V，充电模块的交流输入端子对机壳、对直流输出以及直流输出对机壳的绝缘电阻：≥10MΩ。
10） 绝缘强度：交流输入端子对壳体、直流输出对壳体，承受50Hz有效值2000V的交流电压1min，无击穿、无飞弧现象，漏电流≤30mA。
交流输入端子对直流输出端子承受50Hz有效值3000V的交流电压1min，无击穿、无飞弧现象，漏电流≤30mA。
11） 绝缘监察装置：设有直流接地微机选线装置，引至系统监控模块报警。
a、 完成对直流母线电压和绝缘电阻的监视，当母线电压或绝缘电阻越限时引至系统监控模块报警。
b、 在线检测直流馈线支路的绝缘电阻，并将母线电压，对地绝缘电阻及各馈线支路的绝缘电阻值送至系统监控模块进行显示。
12） 直流柜
直流柜采用封闭型结构。采用绝缘与阻燃铜母线，能承受20/40kA（直流/交流）短路电流。柜内配线排列整齐，做到横平竖直，配线长度留有适当裕度。屏内配线截面要满足供电及短路要求。配线的绝缘、耐压等要求符合相应的国标或部标。
所有馈线开关采用北京人民电器厂生产的GMB-M系列直流专用三段式（短路速断、短路短延时及过负荷）保护塑壳断路器，其报警触点引至直流管理机，用于监视其工作状态。
设备的柜架为垂直地面安装的自撑式结构。柜架和外壳有足够的强度和刚度，能承受所安装元件及短路时所产生的动、热稳定。同时不因成套设备的吊装、运输等情况而影响设备的性能。
母线选用阻燃绝缘铜母线，绝缘导线选用铜质多股绞线。
端子排额定电压不低于500V，额定电流不小于10A，具有隔板、标号线套和端子螺丝。每个端子排均标以编号。端子采用魏德米勒公司的阻燃型端子。
2
控制回路的导线均选用绝缘电压不小于500V，截面不小于1.5mm的多股铜绞线。导线两端均标以编号，导线任何的连接部分不焊接，对外引接电缆均通过端子排，出线端子用压接式连线鼻子。
二、蓄电池组设备规范
1 型式：蓄电池为阀控免维护 2 设备型号:2V300AH 2V1500AH 3 单体电池浮充电电压:2.23～2.27V 4 单体电池均衡充电电压:2.33～2.40V 5 放电终止电压:1.8V
6 25℃蓄电池浮充寿命：15年
- 271 -
甘电投张掖发电有限责任公司 2×300MW电气专业培训教材
7 每月自放电率：2.1% 8 电池压差:20mV
9 蓄电池内阻: 2V300AH为0.4Ω 2V1500AH为 0.1Ω 10 放电深度的循环寿命：≥1200次
11 额定电压：系统电压 220V，蓄电池电压 2V/单只。 12 额定容量：
1） 主厂房：10h额定容量1500AH； 2） 网控：10h额定容量300AH 13 蓄电池个数：
1） 主厂房：每台机2组，103只/组 2） 网控：2组，103只/组 三、220V直流系统的工作原理
直流充电器主要是将三相交流电经全控整流桥，整流成直流后，再经LC滤波电路，滤去高次谐波，从而将合格的直流电源提供给直流负载，其主要核心部分是全控整流桥即整流器部分。
1 系统功能
1） 系统具有微机管理功能，且控制方式具有自动和手动两套独立单元。能全面满足阀控铅酸免维护蓄电池稳压或稳流充电、浮充电、均衡充电运行状态，并能自动管理，具备无级限流、电池温度补偿、电池监测等功能。
2） 直流充电装置采用高频开关电源模块结构的N＋2冗余并联方式，模块具有稳压、稳流及限流性能，为定电流，恒电压型充电设备。每个模块具有独立的CPU，能适应上述多种充电方式的要求，充电装置为长期连续工作制。 充电装置设备的工作方式： a、 补充充电 b、 浮充电
c、 均衡充电、浮充电自动转换
d、 具有手动与自动两种调节方式。手动调节方式在输出电压调节范围内连续可调。在交流失电又恢复供电后自动可使整流设备自动投入工作，并根据蓄电池状态自动选择工作状态。
e、 具有软启动功能。
3） 具有系统告警和故障回叫功能。当下级设备如充电柜、馈线柜、充电模块等产生告警信息，监控模块根据所存储的设置数据发出告警信息。
a、 系统具有交流过、欠压告警功能，电压在AC380V±15%以外均告警。
b、 系统具有直流母线过、欠压告警功能，电压在DC220V±10%以外时，发出灯光、音响报警信号。
c、 系统具有绝缘电阻过低告警，绝缘电阻设置在2KΩ～50KΩ。
4） 直流系统具有监控管理及通讯单元。能采集柜内电压、电流等数字量和报警信息量外，还应实现与柜内微机绝缘监测等装置通讯。通过监控系统可实现对直流系统的：
a、 遥信：系统告警；馈线断路器位置状态；交流电源断路器位置状态。
b、 遥测：交流输入电压；母线直流电压、电流；蓄电池组电压、充/放电电流，浮充电流。
5） 监控系统具有自检功能。 2 监控模块功能 1） 显示功能
- 272 -
甘电投张掖发电有限责任公司 2×300MW电气专业培训教材
监控模块可实时全汉化显示各个下级设备的各种信息，包括采集数据、设置数据等。通过监控模块的键盘和LCD，可以随时查看系统的运行状况：系统电压、系统电流、电池的浮充状态等。
2） 设置功能
监控装置可将装置本身或下级设备在以后的运行过程中需要的参数通过键盘和 LCD输入到系统中去。对下级设备的设置可通过串口来实现，监控装置会提示设置是否成功。系统的设置分为两个级别：用户级和维护级。用户级在监控模块运行中，可更改一些常用的参数，修改系统设置，并能立刻生效。维护级设置重要的参数，除维护专人外不能擅自更改。在修改维护级参数后，必须复位监控模块才能生效。用户级和维护级设置都有密码保护功能。
3） 控制功能
监控模块对所收集的数据处理和综合、判断，对下级设备执行相应的动作：微调充电模块的输出电压、控制充电模块的限流点、控制充电模块的开关机等。除监控模块自动进行控制外，用户通过密码检查也可在键盘上手动执行。
4） 历史记录
能将系统运行过程中一些重要的状态和数据，根据时间等条件存储起来，以备后查。最大存储量为200条，每一条包括告警类型、起始时间和结束时间，并保证断电后不会消失，用户可在LCD上随时浏览。用户还可根据需要外配打印机，随时召唤打印当前的运行参数和历史记录，也可以设置定时打印运行参数和实时打印当前的报警信息。
5） 通讯功能
通过通讯接口功能，确保在最短的时间内系统获取所有的实时数据和告警信息等，并实现数据上报。满足全厂自动化系统通讯规约要求。
6） 其它功能
a、 输入有效性检查 b、 实现浮动菜单 c、 强大的帮助功能 d、 丰富的提示信息 3 馈电配电单元功能
1） 充电模块与蓄电池组相连，取消降压装置。
2） 系统的监控和告警：系统采用电压变送器分别对母线的电压及蓄电池的电压进行检测。同时采用霍尔器件检测蓄电池的电流和馈电柜总电流，并将检测信号通过转接板送至馈电柜监控板。由监控模块完成系统各部分工作点的显示；同时将信号进行处理与设定值比较，发出告警信号。
3） 各直流输出馈线回路采用北京人民电器厂生产的GMB-M系列（带有瞬时、短延时、长延时三段式保护）直流专用塑壳断路器。各回路配有合闸指示灯，各回路断路器均配有故障告警接点和位置节点，其报警触点引至系统监控模块，用于监视其工作状态。
4 智能电池管理功能 1） 自动电池均充 2） 自动电池浮充 3） 电池定时均充
4） 电池的均浮充电压设置功能 5） 对均浮充电压进行温度补偿 6） 电池容量分析
7） 监控单元自动与手动相结合工作方式 8） 直流电源系统异常运行时异常情况处理
- 273 -