《MW机组直流系统》PPT课件.ppt
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1、黄健新福建漳平2007年9月1 11 1 直流系统的作用直流系统的作用 2 2 蓄电池的基础知识蓄电池的基础知识 3 3 微机高频充电器微机高频充电器 4 4 蓄电池和充电设备的运行蓄电池和充电设备的运行 5 JZ-IPD-5 JZ-IPD-型智能接地巡检仪型智能接地巡检仪 6 6 直流系统正常的检查项目直流系统正常的检查项目 7 7 直流系统的异常及事故处理直流系统的异常及事故处理300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统主主 要要 内内 容容2 2 300MW 300MW 机组的继电保护、自动装置、远动装置、通讯机组的继电保护、自动装置、远动装置、通讯设备、事故照明及汽轮机的直流油泵
2、、锅炉、汽轮机的热设备、事故照明及汽轮机的直流油泵、锅炉、汽轮机的热工保护及自动控制等,一般都采用专用的直流系统作为电工保护及自动控制等,一般都采用专用的直流系统作为电源。源。对直流系统的运行,要求有足够的可靠性和稳定性,对直流系统的运行,要求有足够的可靠性和稳定性,即使在全厂停电交流电源全部失去的情况下,也要求直流即使在全厂停电交流电源全部失去的情况下,也要求直流系统能持续地向直流负载供给直流电源。对其运行的安全系统能持续地向直流负载供给直流电源。对其运行的安全性和可靠性提出了更高的要求。众所周知,继电保护、自性和可靠性提出了更高的要求。众所周知,继电保护、自动装置、热力控制和保护对机组的安
3、全运行起着相当重要动装置、热力控制和保护对机组的安全运行起着相当重要的作用。这样,的作用。这样,300MW 300MW 机组直流系统的要求就更高。我国机组直流系统的要求就更高。我国目前运行的目前运行的300MW 300MW 机组每台一般设置一套国套独立的直流机组每台一般设置一套国套独立的直流系统,每套直流系统由蓄电池及充电装置组成。系统,每套直流系统由蓄电池及充电装置组成。300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统第一节第一节 直流系统的作用直流系统的作用3 3 直流电源的作用是供给全厂远方操作、断路器(开关)合闸电源及操作电源,满足继电保护及自动装置、事故照明、热工信号、直流润滑油泵及
4、其它设备对直流电源的需要。现我厂直流系统共有三组蓄电池:组蓄电池型号:A602/1000,共有103瓶蓄电池,1000安时.组蓄电池型号:GFM1600,共有104瓶蓄电池,1600安时。组蓄电池型号:PowerGard-500,共有103瓶蓄电池,500安时直流系统的作用直流系统的作用:300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统4 4300MW 机组直流系统电压的选择是这样规定的:300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 (1)(1)控制负荷专用的蓄电池组(对网控室可包括事故控制负荷专用的蓄电池组(对网控室可包括事故照明)采用照明)采用11OV 11OV。(2)(2)动力负荷和
5、直流事故照明负荷专用的蓄电池组采动力负荷和直流事故照明负荷专用的蓄电池组采用用220V 220V。(3)(3)控制负荷、动力负荷和直流事故照明共用的蓄电控制负荷、动力负荷和直流事故照明共用的蓄电池采用池采用220V 220V 或或110V 110V。(4)(4)对强电回路、蓄电池组采用对强电回路、蓄电池组采用220V 220V 或或110V 110V。国内发电厂的直流电压大多为国内发电厂的直流电压大多为220V,220V,新建发电厂采用新建发电厂采用110V 110V 和和220V 220V 两种电压。现我厂是采用两种电压。现我厂是采用220V220V直流电压系统。直流电压系统。5 5第二节
6、蓄电池的基础知识300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 正常直流系统由蓄电池、充电装置、绝缘监察装置、正常直流系统由蓄电池、充电装置、绝缘监察装置、直流母线及馈线组成。直流母线及馈线组成。6 6 蓄电池是一种独立可靠的直流电源。尽管蓄电池投资蓄电池是一种独立可靠的直流电源。尽管蓄电池投资大,寿命短,且需要很多的辅助设备(如充电和浮充电设大,寿命短,且需要很多的辅助设备(如充电和浮充电设备、保暖、通风、防酸建筑等),以及建造时间长,运行备、保暖、通风、防酸建筑等),以及建造时间长,运行维护复杂,但由于它供电具有独立而可靠的特点,因而在维护复杂,但由于它供电具有独立而可靠的特点,因而在发
7、电厂和变电站内发生任何事故时,即使在交流电源全部发电厂和变电站内发生任何事故时,即使在交流电源全部停电的情况下,也能保证直流系统的用电设备可靠而连续停电的情况下,也能保证直流系统的用电设备可靠而连续地工作。另外,不论如何复杂的继电保护装置、自动装置地工作。另外,不论如何复杂的继电保护装置、自动装置和任何型式的断路器,在其进行远距离操作时,均可用蓄和任何型式的断路器,在其进行远距离操作时,均可用蓄电池的直流电作为操作电源。因此,蓄电池组在发电厂中电池的直流电作为操作电源。因此,蓄电池组在发电厂中不仅是操作电源,也是事故照明和些直流自用机械的备用不仅是操作电源,也是事故照明和些直流自用机械的备用电
8、源。电源。300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统机组的直流系统机组的直流系统蓄电池7 7蓄电池:300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 蓄电池是储存直流电能的一种设备,它能把电能转变蓄电池是储存直流电能的一种设备,它能把电能转变为化学能储存起来(充电),使用再把化学能转变为电能为化学能储存起来(充电),使用再把化学能转变为电能(放电),供给直流负荷。这种能量的变换过程是可逆的,(放电),供给直流负荷。这种能量的变换过程是可逆的,也就是,当蓄电池已部分放电或完全放电后,两极表面形也就是,当蓄电池已部分放电或完全放电后,两极表面形成了新的化合物,这时如果用适当的反电流通人蓄电池
9、,成了新的化合物,这时如果用适当的反电流通人蓄电池,就可使已形成的新化合物还原成原来的活性物质,供下次就可使已形成的新化合物还原成原来的活性物质,供下次放电之用。在放电时,电流流出的电极称为正极或阳极,放电之用。在放电时,电流流出的电极称为正极或阳极,以以“+”+”表示;电流经过外电路之后,返电池的电极称为表示;电流经过外电路之后,返电池的电极称为负极或阴极,以负极或阴极,以“一一”表示。表示。根据电极或电解液所用物质的不同,蓄电池一般分为根据电极或电解液所用物质的不同,蓄电池一般分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。下以铅酸蓄电池为例,对铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。下以铅酸蓄电池为例,对蓄电池的构
10、造、工作原理进行介绍。蓄电池的构造、工作原理进行介绍。8 8一、铅酸蓄电池的构造300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统9 9二、铅酸蓄电池的构造300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 蓄电池由极板、电解液和容器构成,如图蓄电池由极板、电解液和容器构成,如图3 3 一一6 6 一一1 1 所示。极板分正极板和负极板,在正极上的活性物质是二所示。极板分正极板和负极板,在正极上的活性物质是二氧化铅(氧化铅(PbO2PbO2),负极板上的活性物质是灰色海绵状的金),负极板上的活性物质是灰色海绵状的金属铅(铅绵)属铅(铅绵),电解液是浓度为电解液是浓度为27273737的硫酸水溶液的
11、硫酸水溶液(稀硫酸),其与水的相对密度在(稀硫酸),其与水的相对密度在1515时为时为1.21,1.21,放电放电时比重稍为下降。时比重稍为下降。电解液面应该比极板上边至少高出电解液面应该比极板上边至少高出10mm 10mm,比容器上边,比容器上边至少低至少低151520mm20mm。前者是为了止反应不完全而使极板翘曲,。前者是为了止反应不完全而使极板翘曲,后者是防止电解液沸腾时从容器内溅出。蓄电池中负极板后者是防止电解液沸腾时从容器内溅出。蓄电池中负极板总正极板多一块,使正极板的两面在工作中起的化学作用总正极板多一块,使正极板的两面在工作中起的化学作用尽量相同,以防止极板发生翘曲变。同极性的
12、极板用铅尽量相同,以防止极板发生翘曲变。同极性的极板用铅条连接成一组,此铅条焊接在极板的突出部分,并用耳柄条连接成一组,此铅条焊接在极板的突出部分,并用耳柄挂在容器的边缘上。挂在容器的边缘上。1010三、蓄电池的工作原理 300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统1 1 放电放电 把正、负极板互不接触而浸把正、负极板互不接触而浸入容器的电解液中,在容器外用入容器的电解液中,在容器外用导线和灯泡把两种极板连接,如导线和灯泡把两种极板连接,如图图 (a)(a)所示,此时灯泡发亮,所示,此时灯泡发亮,因为二氧化铅板和铅板都与电解因为二氧化铅板和铅板都与电解液中的硫酸起了化学变化,使两液中的硫酸
13、起了化学变化,使两种极板之间产生了电动势(电压)种极板之间产生了电动势(电压),在导线中有电流流过,即化学,在导线中有电流流过,即化学能变成了使灯泡发光的电能。这能变成了使灯泡发光的电能。这种由于化学反应而输出电流的过种由于化学反应而输出电流的过程称为蓄电池放电。程称为蓄电池放电。(a)(a)蓄电池放电蓄电池放电1 1、容器、容器、2 2、电解液;、电解液;3 3、二氧化铅板(正极)、二氧化铅板(正极)4 4、铅板(负极);、铅板(负极);5 5、灯泡;、灯泡;1111四、蓄电池的放电300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 放电时,正负极板上的活性物质都与硫酸发生了化学放电时,正负极
14、板上的活性物质都与硫酸发生了化学变化,生成硫酸铅变化,生成硫酸铅PbSO4 PbSO4。当两极板上大部分活性物质都。当两极板上大部分活性物质都变成了硫酸铅后,蓄电池的端电压就下降。当端电压降到变成了硫酸铅后,蓄电池的端电压就下降。当端电压降到1.8 1.8 1.75V 1.75V 以后,放电不宜继续下去,此时两极板间的以后,放电不宜继续下去,此时两极板间的电压称为终止放电电压。电压称为终止放电电压。在整个放电过程中,蓄电池中的硫酸逐渐减少而形成在整个放电过程中,蓄电池中的硫酸逐渐减少而形成水,硫酸的浓度减少,电解液密度降低,蓄电池内阻增大,水,硫酸的浓度减少,电解液密度降低,蓄电池内阻增大,电
15、动势下降,端电压也随之减小,此时,正极板为浅褐色,电动势下降,端电压也随之减小,此时,正极板为浅褐色,负极板为深灰色负极板为深灰色 必须注意,在正常使用情况下,蓄电池不宜过度放电,必须注意,在正常使用情况下,蓄电池不宜过度放电,因为在化学反应中生成的硫酸铅小晶块在过度放电后将结因为在化学反应中生成的硫酸铅小晶块在过度放电后将结成体积较大的大晶块,晶块分布不均匀时,就会使极板发成体积较大的大晶块,晶块分布不均匀时,就会使极板发生不能恢复的翘曲,同时还增大了极板的电阻。放电时产生不能恢复的翘曲,同时还增大了极板的电阻。放电时产生的硫酸铅大晶块很难还原,妨碍充电过程的进行。生的硫酸铅大晶块很难还原,
16、妨碍充电过程的进行。1212五、蓄电池的充电300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 把外电路中的灯泡换成直流把外电路中的灯泡换成直流电源,即直流发电机或硅整流设电源,即直流发电机或硅整流设备,并且把正极板接外电源的正备,并且把正极板接外电源的正极,负极板接外电源的负极,如极,负极板接外电源的负极,如图图 (b)(b)所示;所示;6 6直流发电机直流发电机 当外接电源的端电压高于蓄电池的电动势时,外接电源的电当外接电源的端电压高于蓄电池的电动势时,外接电源的电流就会流入蓄电池,电流方向与放电时电流方向相反,于是在蓄电流就会流入蓄电池,电流方向与放电时电流方向相反,于是在蓄电池内就产生了
17、与上述相反的化学反应,硫酸从极板中析出,正极板池内就产生了与上述相反的化学反应,硫酸从极板中析出,正极板又转化为二氧化铅,负极板又转化为纯铅,而电解液中硫酸增多,又转化为二氧化铅,负极板又转化为纯铅,而电解液中硫酸增多,水减少。经过这种转化,蓄电池两极之间的电动势又恢复了,蓄电水减少。经过这种转化,蓄电池两极之间的电动势又恢复了,蓄电池又具备了放电条件。这时外接电源的电能充进了蓄电池变成化学池又具备了放电条件。这时外接电源的电能充进了蓄电池变成化学能而贮存了起来,这种过程为蓄电池充电。能而贮存了起来,这种过程为蓄电池充电。1313六、蓄电池的充电过程300MW300MW机组的直流系统机组的直流
18、系统 充电过程使硫酸铅小晶块分别还原为二氧化铅(正极板充电过程使硫酸铅小晶块分别还原为二氧化铅(正极板)和铅绵(负极板),极板上的硫酸铅消失。由于充电反)和铅绵(负极板),极板上的硫酸铅消失。由于充电反应逐渐深人到极板上活性物质内部,硫酸浓度就增加,水应逐渐深人到极板上活性物质内部,硫酸浓度就增加,水分减少,溶液的密度增大,内阻减少,电动势增大,端电分减少,溶液的密度增大,内阻减少,电动势增大,端电压随之上升。压随之上升。当充电电压上升到大约当充电电压上升到大约2.3V 时,极板上开始有气体析时,极板上开始有气体析出:正极板上逸出氧气,负极板上逸出氢气,造成强烈的出:正极板上逸出氧气,负极板上
19、逸出氢气,造成强烈的冒气现象这种现象称为蓄电池的沸腾。沸腾的原因是负极冒气现象这种现象称为蓄电池的沸腾。沸腾的原因是负极板上硫酸铅已经很少了,化学反应逐渐转变为水的电解所板上硫酸铅已经很少了,化学反应逐渐转变为水的电解所造成。上述两种反应同时进行时,需要消耗更多的能量,造成。上述两种反应同时进行时,需要消耗更多的能量,浪费蒸馏水和电力,因此,为了维持恒定的充电电流,应浪费蒸馏水和电力,因此,为了维持恒定的充电电流,应逐渐提高外加电源的电压。逐渐提高外加电源的电压。1414七、蓄电池充电完成依据:300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 为了减少能量损耗,防止极板活性物质脱落损坏,在充为
20、了减少能量损耗,防止极板活性物质脱落损坏,在充电终期时,充电电流不宜过大,在有气体放出时应减小充电电终期时,充电电流不宜过大,在有气体放出时应减小充电电流。在充电终期时,正、负极板的颜色由暗淡变为鲜明,电流。在充电终期时,正、负极板的颜色由暗淡变为鲜明,蓄电池发生强烈的气泡,当蓄电池端压在蓄电池发生强烈的气泡,当蓄电池端压在2.52.7V 并经并经lh 不变,即认为充电已经完成。不变,即认为充电已经完成。1515八蓄电池自放电现象八蓄电池自放电现象300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 由于电解液中所含金属杂质沉淀在负极板上,以及极由于电解液中所含金属杂质沉淀在负极板上,以及极板本身
21、活性物质中也含有金属杂质,因此,在负极板上造板本身活性物质中也含有金属杂质,因此,在负极板上造成局部的短路,形成了蓄电池的自放电现象。通常在一昼成局部的短路,形成了蓄电池的自放电现象。通常在一昼夜内,蓄电池由于自放电,将使其容量减少夜内,蓄电池由于自放电,将使其容量减少0.5%0.5%1%1%自放自放电现象也随着电解液的温度、密度和使用时间的增长而增电现象也随着电解液的温度、密度和使用时间的增长而增加。加。放电时电解液因硫酸减少而变稀;充电时,电解液因放电时电解液因硫酸减少而变稀;充电时,电解液因硫酸增多而变浓。因此,电解液的浓度就代表着蓄电池放硫酸增多而变浓。因此,电解液的浓度就代表着蓄电池
22、放电和充电的程度。电解液的浓度用其密度大小来衡量。电和充电的程度。电解液的浓度用其密度大小来衡量。1616第三节第三节 充电设备充电设备300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统一、充电设备的种类:一、充电设备的种类:蓄电池只能用直流电源来充电,发电厂厂用电是蓄电池只能用直流电源来充电,发电厂厂用电是交电。这就需要使用将交流电变为流电的设备,即整交电。这就需要使用将交流电变为流电的设备,即整流设备。可以用作充电设备的整流设备有下述几种:流设备。可以用作充电设备的整流设备有下述几种:(1(1)电动机一发电机组(由交流电动机带动直流发)电动机一发电机组(由交流电动机带动直流发电机)。电机)。
23、(2(2)汞弧整流器。)汞弧整流器。(3(3)钨管整流器。)钨管整流器。(4(4)半导体整流器:如硅整流器、硒整流器等。)半导体整流器:如硅整流器、硒整流器等。目前,广泛采用硅整流器作为直流电源蓄电池的充电目前,广泛采用硅整流器作为直流电源蓄电池的充电设备。设备。1717二、高频充电器二、高频充电器 300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 高频充电器又可分为高频充电器又可分为GZDW 微机自控高频开关电源直微机自控高频开关电源直流充电器及流充电器及TEP一一M 系列高频开关电源直流充电器系列高频开关电源直流充电器 GZDW GZDW 微机自控高频开关电源直流充电器工作原理微机自控高频
24、开关电源直流充电器工作原理(一)工作原理(一)工作原理充电浮充电装置采用五个高频开关电源模块并联组成,充电浮充电装置采用五个高频开关电源模块并联组成,N+N+1 1 备份,即在用备份,即在用N N 个模块满足蓄电池的充电电流加上经常个模块满足蓄电池的充电电流加上经常负荷电流(合闸电流除外)下,选用负荷电流(合闸电流除外)下,选用N+1 N+1 个模块即可。个模块即可。充电器充电时采用恒流方式,向蓄电池提供稳定的直充电器充电时采用恒流方式,向蓄电池提供稳定的直流电流。充电器浮充电时,采用恒压方式,充电模块输出流电流。充电器浮充电时,采用恒压方式,充电模块输出端并联后经逆止二极管到直流母线上,再经
25、熔断器接到蓄端并联后经逆止二极管到直流母线上,再经熔断器接到蓄电池组上。当交流电中断时,充电机无直流电压输出,此电池组上。当交流电中断时,充电机无直流电压输出,此时蓄电池电压加到控制母线上,使控制母线供电连续。设时蓄电池电压加到控制母线上,使控制母线供电连续。设备根据交流停电时间长短在交流恢复时,自动选择浮充或备根据交流停电时间长短在交流恢复时,自动选择浮充或均充状态对蓄电池进行补充性充电。均充状态对蓄电池进行补充性充电。1818三、GZDW 微机高频直流充电器工作方式:300MW300MW机组的直流系统机组的直流系统 蓄电池组充电按照强充(恒流)蓄电池组充电按照强充(恒流)均充(恒压)均充(
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