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变电所操作电源二次回路设计

发布时间:2022-09-04 00:55:53 来源:爱游戏足球体育 作者:爱游戏足球网站

内容简介:  变电所是用来对电力系统中的电能(包括电压和电流)进行变换、集中和分配的场所。在变电所中,为了用户得到质量高且安全性能高的电能,进行电压的变换和电气设备、输送电能的电缆的保护[1]。变电站致力于从综合自动化模式向信息快速化、数字模块化和人工智能化的方向转变。变电站二次接线是电力系统生产过程的重要组成部分,对安全生产、运行和维护的电力系统具有非常重要的作用,是经济、安全运行的重要保障,二次回路故障经常损坏或影响电力生产的正常运行[2,3,4]。  1955年前国内发电厂和变电站的建设规模较小,其直流操作电源系统大多采用110kV、单母...

  变电所是用来对电力系统中的电能(包括电压和电流)进行变换、集中和分配的场所。在变电所中,为了用户得到质量高且安全性能高的电能,进行电压的变换和电气设备、输送电能的电缆的保护[1]。变电站致力于从综合自动化模式向信息快速化、数字模块化和人工智能化的方向转变。变电站二次接线是电力系统生产过程的重要组成部分,对安全生产、运行和维护的电力系统具有非常重要的作用,是经济、安全运行的重要保障,二次回路故障经常损坏或影响电力生产的正常运行[2,3,4]。

  1955年前国内发电厂和变电站的建设规模较小,其直流操作电源系统大多采用110kV、单母线和不带端电池的蓄电池组,1956年后发电厂和变电站的建设规模增大。1984年后随着欧美设计技术的引进以及发电厂和变电站建设规模的不断增大,在直流操作电源系统的设计上又开始普遍采用单母线接线和不带端电池的蓄电池组,对于控制负荷则推行采用110V电压,而动力负荷则采用220V电压。这一期间设计的主导思想是以适当加大蓄电池的容量、允许电压有较大的波动范围为代价达到简化接线、提高可靠性目的。对于220kV及以下电压等级的变电站一般由一组蓄电池组构成的直流操作电源;对于容量较大和500kV以上的大型变电站则装设由两组蓄电池组构成的直流操作电源;对于220kV的变电站,2002年国家电力公司要求全部装设两组蓄电池组[5,6]。这一发展过程表明,随着大机组、超高压工程的发展人们更加关注的是直流电源的可靠性,并为此提高电池组的容量和增加数量,普遍采用单母线连接方式,提高工程造价。

  为确保电源的基本要求、确保电源运行的可靠性,最好安装具有独立存储功能的直流电源;具有足充的可供三种负载运行的电能,保证一次系统和二次系统对电源的需求,即便是一次系统出现问题时二次系统也可放心使用[7];具有蓄电池的直流操作电源系统,当电池充电或检查放电时直流负载不应影响正常供电;使用寿命长,更少的维护工作,设备投资少,低噪音的干扰,布置面积小。

  在发电厂和变电站,根据电源的性质可分为交流电源和直流电源。直流电源分为两个独立和非独立的操作电源,非独立运行的电源分为复式整流和硅整流电容器储能直流操作电源两种,独立操作电源分为蓄电池和电源变换式直流操作电源两种。

  交流操作电源。为需要提供交流电源的回路供电,不同的设备由不同的电源供电。这种电源由于技术问题不能满足大中型发电厂和变电站的要求,但这种操作电源线路简单,维护方便,投资少;蓄电池直流电源。蓄电池作为一种化学电源的优势是可重复使用,在蓄电池充电时把电能储存起来以化学能的形式,蓄电池作为电源时把储存起来的化学能变为电能释放出来[4]。将多个蓄电池组合在一起就组成了蓄电池组,把其作为发电厂和变电站的直流操作电源。蓄电池作为操作电源是非常可靠的,不需要交流电源控制,即使电厂或变电站的交流系统都处于断电状态,蓄电池作为操作电源也能为其提供一段时间内的可靠电源[8,9]。

  电源变换式直流电源。是一种独立式直流电源,如图1所示,在系统的正常运行中220V交流电源通过整流装置U1将电源变为48V的直流电,一部分作为蓄电池的充电电源,一部分作为48V操作电源输出,另一部分通过逆变装置U2将48V的直流电转换为交流电,然后又通过整流装置U3将48V的交流电转换为220V的直流电输出。发生事故时电源逆变器U2可使用存储在电池中的能量来执行逆变,从而确保重要负载的连续供电;复式整流直流电源。是一种非独立式的直流电源,如图2所示。其整流装置的电源是由电流互感器TA和变压器T共同提供的。在正常情况下是由变压器T提供电源的,经整流装置U1输出220V的直流电源。在事故情况下是由电流互感器TA提供电源的,经整流装置U2输出220V的直流电源。

  硅整流电容储能直流电源。是一种非独立式的直流电源,其主要构成是硅整流设备和电容设备。在没有任何故障的情况下,变电所所用变压器作为电能的来源,通过整流设备把交流电源变换为直流电源;把直流电源作为电容的充电电源和变电所的直流操作电源[10]。在事故情况下,电容作为操作电源向重要的电气设备供电,由于电容容量较少只能在短时间内作为操作电源,所以就比较限制这类电源的使用范围,只适用于电压等级低的变电所或继电器保护比较简单的终端变电站。

  直流负载的分类。发电厂和变电站的直流负载根据电气特性可分为经常性负载、事故性负荷和冲击性负荷,事故性负载时指由交流电源或厂房电力事故的情况下,必须由直流电源系统提供的负载,包括机车制动器、阀门关闭、润滑系统、冷却系统、事故照明和工厂交流电源供电的通信系统、自动运动装置等负载;经常性负载是多种工作条件下由直流母线不停地供电的负载,包括总是使用的信号灯、直流照明灯、继电器、位置指示器及自动运动装置中长期带电的继电器;冲击性负载是断路器跳、合闸线圈,继电保护和自动装置的直流操作回路等[5,11]。

  变电所操作电源包括短路器以及电动负荷开关与电动隔离开关合分闸操作电源、信号指示以及数字微机保护与监督装置供电电源。进线柜作为直流操作电源(蓄电池操作电源)的充电电源,所以也包含在本次设计内。直流屏作为直流操作电源的载体也是设计的主要内容,这里主要设计直流屏的布置图。故此本次设计的主要环节应包括直流操作电源二次回路原理图(直流屏原理图)、直流屏布置图和进线柜设计。直流操作电源二次回路设计采用原理接线图,进线柜二次回路设计采用展开接线 变电所直流操作电源二次回路的设计

  主令电器:双投开关。其选择根据额定电压和额定电流进行选择,在此选择2P-100A型。本产品没有过载短路功能,只作为电源切换功能;按钮开关。在电气自动控制电路中,使用按钮开关手动发出控制信号,用来控制接触器、继电器、电磁起动器,在此按钮开关作为继电器的控制信号。按钮开关按用途和结构可分为常开按钮、常闭按钮和复合按钮,为配合接触器工作选择常开按钮作为此次的选择,选择LAY1-10。

  电流表、电压表。电流表量程的选择一定要与被测电流的大小相符合,首先要考虑电路在正常工作时的电流,其次要考虑电路中可能出现的短时冲击电流,在选择电流表时其量程应为工作电流的1.3~1.5倍。在此选择电流表量程为0~100A,准确度为1.5级,其中PA1为双向电流表。如仪表量程不足会造成仪表过载,指针偏转过头甚至打弯指针,如果量程偏大、指针偏转太小,使得计量不准确;一般选择的量程大小要与被测值大小接近;当然也要考虑被测值在实际中可能发生的变化,所以电压表的量程也要选的大一点。在此测量220V的直流电压,应选取250V的直流电压表。

  熔断器。其配置原则为:当二次回路发生故障时应尽量缩小其影响范围;当直流回路回路发生接地时应便于寻找接地点;应使接线简化,电缆芯数较少。直流熔断器和交流熔断器最大的区别是其灭弧难度大于交流熔断器,所以在此选择专业的直流熔断器。据资料显示,选择熔断器是根据直流回路的电压等级来选择的,当控制电压为220V时可选择RL1-15/6。RL1型熔断器具有显示信号及更换操作安全方便等特点,因此得到了较多的选用。

  接触器。主要用于频繁的接通或切断交、直流电路,控制容量大,适用于远距离操作,在自动控制电路中广泛应用,在此根据额定电压、额定电流和触头的数量来选择接触器,在此选择CZ0-100/01型号。

  蓄电池的选择及数量的确定。为适应变电所运行和维护准则,现选择单只额定电压为2.15V的酸性蓄电池,蓄电池充电期末的电压为2.7V,放电期末的电压为1.95V。n=Um/U1=230/1.95=118(个),式中n为蓄电池总数,Um为直流母线为放电末期每个蓄电池的电压。N0=Um/U2=230/2.7=88(个),式中n0为基本电池数,U2为充电末期每个电池的电压。而端电池的数目(n)的计算方法为n=118-88=30(个)。

  此次设计中直流操作电源采用蓄电池直流电源,采用浮充电运行方式。浮充电运行方式是两台硅整流器件,一台是用于专门充电的硅整流装置,另一台较小容量的硅整流装置是用作浮充电,并联充电好的蓄电池和浮充电整流器,直流母线除作为经常性负载也要作为蓄电池小电流浮充电的设备,使蓄电池始终处于充电状态,蓄电池的浮充电运行主要负责短时冲击负载。浮充电运行得到了广泛认可,主要是因其提高了直流工作电源系统的可靠性,减少了在维护方面的工作量,增加蓄电池的使用时长。

  主令电器。万能转换开关的选择应符合二次回路额定电压、额定电流、操作频次、手柄操作位置等要求。万能转换开关目前使用最多的有LW12系列,在此选择LW12-16,它是一种定位自复型的万能转换开关;断路器。也称为自动空气开关,功能是过流、短路自动脱落扣,带有消磁灭弧装置,在此选择DZ47-63/2P 6A;电流互感器。根据电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压,一次负荷计算电流、二次回路要求的准确度,并校验准确度,在此选择LZZBJ9-12;电压传感器。是一种将被测得交流电流、交流电压转换成直流电流、直流电压并分隔开输出模拟信号或数字信号的装置,在此选择CG5-10Q/201-8;电子加热器。用作电力设备防潮除湿,根据电子加热器的技术指标工作电压、工作频率、额定功率等进行选择合适的器件,在此选择JRD2-100W。具有体积小、散热均匀、热传导速度快、散热面积大、外形美观等特点,从而保证了电热丝的使用时长比一般管状加热器要长很多,可长期稳定的工作。

  微机综合保护装置:根据电压等级、使用功能对微机综合保护装置进行选型,在此选择SNP-2313,其适用于66kV及以下电压等级的经消弧线圈接地或不接地系统中的进线、馈线保护,在开关柜就地安装,发挥保护装置的保护功能、辅助功能、测控功能、闭锁功能、通讯功能,对变配电所的自动化有重要作用;开关状态指示仪。根据使用功能,其选择的信号为AB6300A。AB6300A的功能有动态模拟图、柜内温湿度数字显示及可编程控制、带电显示及闭锁、智能语音防误提示功能、操控转换开关;电度表。即电能表,其额定电压应与电源的额定电压相互适应。电流互感器的一次额定电流应等于或略大于负荷电流,电度表的选择应配合电流互感器,电度表的额定电流应是5A。在此选择电流互感器300/5,电能表为1.5。

  进线柜设计主要的设备或器件有开关状态指示仪、微机综合保护装置、小型断路器、电加热器、电流互感器、主令电器、电压传感器等。开关状态指示仪是经常使用在开关柜上的一种功能化、智能化的模拟动态指示装置,具有一次回路模拟图、开关状态、断路器位置、接地闸刀位置、高压带电指示、加热器故障指示功能,以及加热控制、温度控制等控制功能。在这里选择的AB6300A除以上常规功能外还集成了多功能电能表的全部功能;微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护,并可通过通讯口将测量数据及保护信息远传上机位,方便实现网配自动化。这里选择的SNP-2313具有保护功能、辅助功能、测控功能、闭锁功能、通讯功能,全面支持变配电所综合自动化系统。

  此款微机综合保护的特点是:采用分层分布式设计,可组屏安装或直接安装于开关柜上;封闭、加强型单元机箱,抗干扰设计,适用于恶劣环境,可靠性高、抗干扰能力强;可实现远方整定与修改;事件顺序记录并上传SOE事件。开关状态指示仪、微机综合保护装置是进线柜中重要的两个部分,是其它设备连接的中心环节。电流互感器作为电流回路的重要环节起到了测量和保护两种作用,控制开关是用来实现手动合闸的器件。自动重合闸开关的作用是当线路出现故障、继电保护使断路器跳闸后,自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。防跳继电器主要是针对断路器来说,实际上在系统中发生短路故障时断路器将过电流保护,从而进行分闸动作;针对一些特殊故障,断路器在进行分闸动作后又会立即合闸,但是短路故障又没排除,这样就会造成分闸-合闸-分闸的反复动作称之为断路器跳跃,所以电路中为防止这一现象的出现都会有防跳装置,在这里设置防跳继电器。

  直流屏的功能:正常情况下由充电装置向蓄电池进行充电,与此同时作为直流电源向经常性负载供电;当电路中需要较大的冲击电流,由充电装置和蓄电池共同作为直流电源;当变电所的交流电路出现故障时把蓄电池作为直流电源。直流屏的布置图分为左右两侧,左侧为充电屏、右侧为电池屏。左侧屏上将设置JK作为集中监控模块,作为直流系统的控管中心,其中最重要的作用是对系统的功能和电池的状态进行监控,并获取其中的参数和状态,根据这些参数和状态数据处理,根据这些数据做出相应的动作,保证直流系统连续、可靠、安全的运行。

  电流表用来测量充电和放电电流的大小;另一电流表用来测量浮充电电流。电压表用来测量蓄电池组的电压。空气开关可作为直流电源的过载和短路保护。2个高频充电模块是直流操作电源中的重要组成部分,其主要作用是相当于直流操作电源中的充电手柄,可使蓄电池以平稳的电压进行浮充电,它的作用是:输入电压范围宽,对电气的适应能力强;内置短路回缩保护,即便是模块输出长期处于短路状态也不会使器件损坏;独特的缺相限功率输出设计,使模块的范围更宽;屏幕采用LED显示,可查询模块的电压、电流及故障信息;对蓄电池充电精确控制,是因为它具有输出电压、电流平滑调节功能;完善的保护及告警功能,包括输入过/欠压、输出过压、过温、过流等;可带电热插拔的一体化接口;在线维护,方便快捷;采用自然冷/风冷兼容性设计。左侧屏上有26个信号灯,这样可更为直观,明确的看出故障所在的地方,可及时得到修复。右侧电池屏中电池的数量根据种类、容量来确定,包括基本电池和参加调节电池两部分以串联形式排列在电池屏内。

  本文以10kV终端变电所为载体,为其设计了操作电源,在这里设计采用了更为安全可靠的蓄电池直流电源,操作电源作为二次回路能够正常工作的必要条件,所以二次回路的操作电源在这里显得尤为重要。本次设计的二次回路电源为蓄电池直流电源,采用浮充电的方式进行充电。本次设计的主要有三个部分,一是为蓄电池直流电源充电的进线柜的二次回路设计,二是蓄电池直流操作电源二次回路的设计,三是作为蓄电池直流电源载体的直流屏的布置图的设计。

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