操作电源直流母线

关键词： 电机 直流电源 母线 跳闸

操作电源直流母线（精选三篇）

操作电源直流母线 篇1

关键词：高压电机,直流电源,跳闸,电压监视器,控制字

1 概述

2014年1月,广东ZH电厂#2机组小修期间对脱硫6kV厂用电系统进行了日常检修。在检查6kV I段定值时,发现TV柜内的控制电源在每次送电后均会引起该段所有6kV高压电机跳闸信号灯点亮,需手动复位后电机开关才能合闸,但若仅是断开直流控制电源不送电,则在合闸状态下的高压电机开关不会跳闸。如果运行中的直流电源(直流开关或直流母线)出现意外导致停电,或是6kV I段TV柜出现直流控制电源异常,都会使该段电机负荷全部跳闸,而这将影响机组的安全稳定运行。为了确保重要电机及机组的正常稳定运行,需要查找电机跳闸原因并加以改进。

2 隐患的研究与分析

电机故障跳闸指示灯的点亮是由低电压继电器动作或电机保护装置动作引起的,但就地检查并未发现电机保护装置动作,而电机低电压继电器的动作是通过TV柜内的单相AC/DC电压监视器控制的,所以对6kV I段的电机柜、母线TV柜图纸和单相AC/DC电压监视器进行了研究和分析。

2.1 ABB CM-ESS.M型单相AC/DC电压监视器

负责脱硫6kV厂用电系统的低电压监测采样的是ABB公司的CM-ESS.M型单相AC/DC电压监视器[1],如图1所示。该型电压监视器是CM系列中的全功能型产品,根据设定可用作单相AC或DC系统的过电压或欠电压监视,被监视电压接于B-C端子,并可选择继电器开路或闭路动作原则。其面板上的调节旋钮分别是:阀值调节,用于调节过压或欠压的阀值;迟滞调节,用于判断电压是否恢复正常的门槛值,防止电压在阀值附近震荡导致继电器频繁误动作,调节范围为阀值的3%~30%;响应延时时间Tv调节,用于设定继电器动作延时时间;测量范围调节,该型电压监测器可监测24~240V的AC/DC电压;DIP开关功能,即控制字的设置,用于设置监视器的状态功能,位置1选择监视过或欠电压监视功能,位置2选择继电器动作的开路或闭路原则功能,位置3选择监视器是否需要故障保持功能。电压监视器的指示灯共有3个,分别为供电电压/计时显示、继电器输出状态显示和过/欠电压报警显示,并对应不同的颜色和闪动方式。

CM-ESS.M型单相AC/DC电压监视器接线原理如图2所示,B-C端用于接被监测电压,A1-A2端为供电电压接线端,还有2对输出触点,可任意选择常闭或常开状态。

由CM系列电压监视器的功能(如图3所示)可知,如果被监视值超出设定的阀值,响应延时Tv开始计时。当计时结束,被监视值仍超出设定阀值减去响应的固定迟滞(5%),输出继电器将根据设定的开路或闭路原则动作。如果测量值回复到设定阀值加上迟滞,且故障存储功能不被激活(DIP3在OFF位置),那么输出继电器将根据设定的开路或闭路原则动作。当故障存储功能被激活时(DIP3在ON位置),输出继电器将根据设定的开路或闭路原则保持动作,仅当供电电压断开时才复位。

值得注意的是,根据图3所示,继电器的开路和闭路原则指的是继监视器得电或断电后2对输出触点输出状态的变化。选择开路原则时,触点在监视器得电或断电后不动作,11-12为常闭,11-14为常开(其它触点同理),继电器状态灯不亮;选择闭路原则时,监视器得电同时触点动作,11-12变为常开,11-14变为常闭,继电器状态灯点亮,监视器断电同时触点恢复,11-12为常闭,11-14为常开(其它触点同理)。在监视器得电后,触点的再动作则随被监视电压的状态(过压或欠压)变化而变化。

2.2 低电压跳闸回路动作分析

通过对TV柜和电柜二次原理图的研究和分析,绘制了如图4所示的电机低电压跳闸回路控制简化图。TV柜内的K201、K202、K203分别为3个CM-ESS.M型单相AC/DC电压监视器的1对触点,KC1为普通继电器。通过低电压母线,TV柜内的低电压信号连接至电机柜内的继电器KC1。当TV柜内3个电压监测器都动作时,通过低电压小母线使得电机柜内的KC1继电器得电,KC1触点闭合,电机跳闸。

由以上分析可知,TV柜未设置复位按钮,控制字DIP 3设置为OFF状态,正常运行时11-12触点必须断开,否则会始终出现低电压跳闸故障,因此控制字DIP 2设置为ON状态,则电压监视器的功能如图5所示。

2.3 故障机理分析

综上所述,故障原因很可能就在于电压监测器的接线和开路/闭路原则的选择上。根据图5可知,选择闭路原则后,11-12触点有一个断开的动作后,回路才能正常工作。而根据图4中TV柜的接线原理,在电压监视器不得电时低电压动作回路的KC1继电器的线圈与110V母线是相通的。理论上,采用闭路原则时通电瞬间触点是同时动作的,但在实际中机械动作速度是远远跟不上电流速度的,因此实际情况是在通电瞬间电压监视器的触点还来不及动作,电压电流信号已传至TV柜的KC1继电器,并通过低电压小母线将跳闸动作指令发至所有电机柜。由于电压监视器动作后功能就恢复正常,因此每次送直流控制电源后,再复位每台电机故障报警就可正常工作了,但直流控制电源意外丢失再恢复则会引起运行中的电机负荷跳闸。

3 隐患的排除

在了解导致造成隐患的原因后,对电压监测器的接线和开路/闭路原则进行了改进。根据图5可知,如果采用开路原则,电压监视器在得电后触点不会动作,因此将TV柜内3个电压监视器的接线改为11-14组,即可避免出现误动作。具体操作是将电压监视器的控制字DIP 2设置为OFF,再将TV柜内的电压监视器的接线改为如图6所示即可。

在#2机组的检修过程中修改了相关设置,并采用昂立模拟了三相电压信号给3个电压监视器,通电后电压监视器工作正常,并未出现电机负荷跳闸的现象,该隐患得到顺利解决。机组投运后,对比#1、#2机组脱硫6kV I段的电压监视器(如图7所示)可知,#1机组的电压监视器的第2个继电器(从上往下)状态灯已点亮,表明触点已动作,控制字DIP 2在ON的位置,接线方式也与#2机组不同。

超级电容直流操作电源 篇2

1 超级电容代替蓄电池的可行性

超级电容器[2,3,4,5]包括双电层电容器EDLC (Electric Double-Layer Capacitor)和电化学电容器2大类。EDLC超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件,其多孔化电极采用活性炭粉和活性炭纤维,电解液采用有机电解质。工作时在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成了双电层中聚集的电容量。其多孔化电极是使用多孔性的活性碳,有极大的表面积在电解液中吸附着电荷,因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量,超级电容器的这一特性是介于传统的电容器与电池之间。超级电容与铅酸蓄电池特性比较如表1所示。

超级电容与蓄电池相比,具有环保、寿命长、对环境要求低、可提供大电流充放等特点,近年来已成为电动汽车研究与应用的重点,电动汽车的开发又促进了超级电容的发展[6,7,8,9,10]。在直流操作电源事故负荷较大的变电站中,可用超级电容与铅酸蓄电池并联的方式[11,12]:在直流操作电源事故负荷较小或要求不高的中小变电站中,可用超级电容代替铅酸蓄电池[13,14,15]来提高电源系统可靠性,减少系统维护工作量。

2 超级电容直流操作电源系统设计

超级电容直流操作电源的最大特点是免去了铅酸蓄电池的日常维护工作量,设备环保,成本低。超级电容寿命长(大于10年),这样可以使直流操作电源系统的寿命达到10年以上。缺点是超级电容的储能密度不如铅酸蓄电池高,如果事故负荷较大,会增加设备的体积和成本。对此设计了双充冗余热备份的高可靠直流操作电源系统。通过冗余备份解决了电源系统的可靠性。超级电容直流操作电源如图1所示(图中,Z1、Z2为自动切换装置)。

超级电容直流操作电源采用2套完全相同的整流器,输出通过单母线分段向负荷供电。具有下面3个特点。

a.整流器采用冗余热备份设计,其交流输入均采用双路自动切换,只要2路交流进线有一路正常,一路整流器正常,整流器就可提供正常电源输出。

b.超级电容用于为冲击负荷和故障负荷提供电能,可根据负荷大小确定超级电容的容量,一般选择1F/300 V,一只或多只并联。

c.2路整流器输出通过单母钱分段方式向负荷供电,根据用户不同可以选择2段母线分段运行,故障时母联开关自动投入或人工投入;或选择2段母线一并运行,2路整流器一主一备,一路故障另一路自动投入或人工投入;或选择2段母线、2套整流器直接并联的运行方式,任何一路整流器故障,将会自动退出。

3 超级电容直流操作电源可靠性分析

超级电容直流操作电源与铅酸蓄电池直流操作电源相比,系统可靠性、可用性和可维护性得到提高。

整流器采用2套并联冗余结构,其可靠性高于单套整流器的可靠性,系统具有容错能力。由于2套整流器的可靠度相等,根据并联系统可靠性计算公式,当单套子系统可靠度为Ri(t)=e-λ0t(i=1,2,…,n)时,N套并联后的可靠度为Rs(t)=1-(1-e-λ0t)n,并联后系统的平均故障间隔时间MTBF (Mean Time Between Failure)记为ts:

即可写为,t0为,为套子系统的,MTBF，可见并联结构系统的MTBF比单套子系统提高倍。本系统采用2套相同的整流器,故系统的平均故障间隔时间将提高1.5倍[16,17]。

本系统通过超级电容代替铅酸蓄电池,提高了直流操作电源系统对中小变电站的环境适应范围,特别是在环境温度相对较高的变电站,将解决铅酸蓄电池的寿命急剧变短的问题,从而提高直流操作电源系统的可用性。

通过超级电容代替铅酸蓄电池,不存在铅酸蓄电池的定期活化问题,由于蓄电池活化可能影响生产的正常进行,有些重要用户实现很不方便。这样直流操作电源系统的维护工作将大为减少;另外,2路整流器和输出母线系统的任何维护都不影响电源系统的正常运行,系统结构简单、运行灵活,具有较高的可维护性。

4 结语

用超级电容代替铅酸蓄电池,通过采用冗余的方式提高系统的可靠性,设计的直流操作电源系统,解决了由于蓄电池自身为电源系统带来的环保、维护、寿命等问题,提高了电源系统的可靠性、可维护性和可用性。该电源系统已经在矿井变电所等工矿企业成功应用,实践表明用超级电容代替铅酸蓄电池是直流操作电源系统的一个发展方向,并将随着超级电容发展不断扩大应用范围。

摘要：提出采用超级电容，即双电层电容器EDLC(Electric Double-Laver Capacitor)代替铅酸蓄电池设计的直流操作电源系统。超级电容用于为冲击负荷和故障负荷提供电能，可根据负荷大小确定超级电容的容量，一般选择1 F/300 V，一只或多只并联。对于超级电容的储能密度不如铅酸蓄电池高的缺点，电源系统采用了双充冗余热备份结构。通过对超级电容系统的可靠性分析，表明冗余备份使电源系统的平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)提高了1．5倍。应用结果表明用超级电容代替铅酸蓄电池是直流操作电源系统的一个改进方向。

操作电源直流母线 篇3

关键词：直流操作电源,降压回路,开路,硅链降压,高频开关

0 引言

直流操作电源能满足正常运行和事故状态下的继电保护、自动装置、高压断路器分合闸、事故照明及计算机不间断电源的需要,适用于发电厂、变(配)电站、开闭所、电气化铁路、一体化电源等重要直流用电的场所。因此,直流操作电源在发电厂、变电站的作用十分重要,被称为发电厂、变电站的“心脏”。

变电站直流操作电源若出现故障,则无控制或合闸电源输出,继电保护、自动装置无法工作,高压断路器无法断开,使事故迅速扩大甚至烧毁整个变电站。据统计,全国此类事故发生多次,造成了重大经济损失和恶劣的社会影响。为防止此类事故的发生,重庆市电力公司采用了直流降压回路开路保护器(专利号:201020252364.6),并在多个变电站投运。

1 直流降压装置

1.1 110kV变电站直流操作电源降压装置典型配置

通常110kV变电站的直流操作电源采用微机监控高频开关直流电源设备,其典型配置如下:

(1)具有控制母线、合闸母线,接线采用单母线分段方式。

(2)蓄电池108只、2V/只,容量为200A.h;交流电源单元采用二路电源进线,自动投切。

(3)控制高频开关模块2只,每只输出额定电流为10A,满足N+1冗余设计。

(4)充电高频模块3只,每只输出额定电流为10A,满足N+1冗余设计。

(5)微机监控装置1套,直流降压(自动/手动调压)装置1套,绝缘监察装置1套。

(6)控制母线馈线开关48路(供继电保护、自动装置用),合闸母线馈线开关12路(供高压断路器分、合闸用)。

降压装置原理框图如图1所示。

1.2 直流降压装置工作过程

交流正常供电时,充电高频开关模块对蓄电池充电,其均充电压一般为254V,浮充电压为243V。因继电保护和自动装置的额定电压为220V,所以用单独的高频开关控制模块输出220V的控制电压,以满足继电保护和自动装置的要求。控制高频开关的输出接逆止;二极管阴极的电位略高于降压装置接逆止二极管阳极的电位,使逆止二极管截止,即直流操作电源在交流供电时降压装置不工作。

在交流失电时,充电模块、控制模块均无电压输出。此时,合闸母线由蓄电池组供电,逆止二极管导通,控制母线电压是由蓄电池经合闸母线电压和降压装置(自动或手动)调压后提供符合规定值的控制电压。因此,降压装置在直流操作电源交流失电时,保证控制母线不失电,确保继电保护和自动装置正常工作。

1.3 直流降压装置的降压类型

直流降压装置的降压类型有2种:

(1)硅链降压装置。硅链是根据降压要求用若干硅片串联组成,利用硅片单向导通性和硅片导通时的正向压降达到降压的作用。

(2)硅二极管降压模块。每个硅二极管降压模块内串联8只硅二极管。利用硅二极管导通时正向压降0.7V,显然1只硅降压模块可降5.6V.7级降压装置总降压达39.2V,即调压范围为0～39.2V,步级调压每级5.6V。利用自动/手动调压器调整降压值,可完全满足降压的要求。

1.4 直流降压装置的自动调压原理

目前,直流降压装置均采用5～7级自动/手动调压装置,工作时由自动调压控制器检测控制母线电压并与设定值比较,当控制母线电压高于(低于)设定值的上限(下限)时,控制器发出驱动直流接触器的信号,通过执行直流接触器触点的分断和闭合,改变降压装置投入(切除)的级数,确保控制母线电压在规定的范围内。当自动调压控制器发生故障时,运行值班人员可用手动调压。

2 直流降压回路开路保护器的工作原理

直流降压回路开路保护器原理图如图2所示。保护器的“触发判断电路”始终测量“原降压装置”两端的电压,只要降压装置两端的电压在35V以内,触发电路就不动作。当降压装置开路,使合母与控母的电压差大于35V+12V时,判断电路发出触发信号,电子开关瞬时接通,保证控制母线不失电,同时故障继电器动作,发出报警信号。其主要技术参数:降压范围为5～60V(可根据用户定制);额定电流为10～300A;动作时间为瞬时;故障输出干接点为2组;外形尺寸为241mm×145mm×115mm;质量为3.2kg。

3 直流降压回路开路保护器操作说明及使用注意事项

(1)保护器的手动开关,也是保护器的复位开关。保护器动作后,只有通过手动开关才能复位。将手动开关打在接通的位置,然后再断开,保护通道即复位。如果降压装置没有恢复正常,那么手动复位开关不起作用,从而保证了控制母线不失电。

(2)该保护器可适用于各种类型、级数的降压装置的开路保护。

(3)保护器安装时要注意周围的器件和散热条件。

4 结束语