110KV变电站直流系统分析与设计 毕业设计.doc
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1、题 目 变电站直流系统分析与设计 并列英文题目 Substation Dc System Analysis And Design 变电站直流系统分析与设计 1 摘要 在变电站中,直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电 源监测装置、直流分支馈线等部分组成,并由此形成一个庞大、遍布变电站的直流电源供 电网络,为继电保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、UPS、通信等等各个子 系统提供安全、可靠地工作电源。 在本次毕业设计中,我主要是对直流系统的功能做了一个了解,对蓄电池的容量的计算 与选择做了重要的分析,对充电装置的分析与选择以及对自动开关额定容量的选择。 关键词
2、: 直流系统、蓄电池组、不停电电源、充电装置 Abstract In substation, the DC system mainly by the battery, charger, DC feeder screen, DC power distribution cabinet, DC power supply monitoring device, DC branch feeder components, and thus formed a large, around the substation DC power supply network, relay protection devic
3、e, circuit breaker tripping, signal system, DC charger, UPS, communication and so on various subsystems to provide safe, reliable power supply. In this graduation design, I mainly to the DC system functions to do an understanding, selection and calculation of the capacity of the battery made importa
4、nt analysis, the analysis and selection of charging device and a selection of rated capacity automatic switch. Keywords: DC system, battery, uninterruptible power supply, charging device 变电站直流系统分析与设计 2 目录 ABSTRACT 1 前言 5 第一章变电站直流系统功能、重要性论述 6 1.1 变电站直流系统的概念及特点 .6 1.2 直流电源系统的功能重要性及应用 6 第二章变电站直流电源技术分析
5、8 2.1 充电装置 8 2.2 蓄电池 9 2.3 对直流控制电源的基本要求 9 第三章蓄电池技术分析 .11 3.1 蓄电池的定义与分类 11 3.2 蓄电池的工作原理概述 12 3.3 蓄电池的电气特性 13 3.4 蓄电池的放电特性 14 3.5 充电方式 16 第四章 直流系统的接线方式 17 4.1 直流系统接线分类 17 4.2 直流系统接线的基本原则和要求 17 变电站直流系统分析与设计 3 4.3 单母线接线 18 4.4 单母线分段接线 19 第五章系统的工作电压 .20 第六章 计算并选择蓄电池容量 22 6.1 直流负荷分类 .22 6.2 发电厂、变电站事故停电时间
6、.23 6.3 直流负荷统计(系统工作电压 110V) .23 6.4 阀控铅酸蓄电池的选择 .24 第七章 直流充电模块的选择 32 7.1 高频开关充电模块工作原理 .32 7.2 充电装置的选择 .34 第八章 UPS 不间断电源的选择 .37 8.1 变电站设交流不断电电源的必要性 .37 8.2 对 UPS 系统的基本要求 .38 8.3 UPS 的配置方式 38 第九章 通信电源设计 40 9.1 变电站通信电源 .40 9.2 通信直流变换器的作用 .40 9.3 对通信电源的特殊要求 .40 9.4 DC/DC 通信电源技术指标 41 变电站直流系统分析与设计 4 第十章 各自
7、动开关额定容量的选择 42 10.1 保护电器选型基本要求 42 10.2 直流保断路器及开关设备的选择 43 10.3 控制、保护、信号回路断路器选择 44 10.4 直流分电柜电源回路 45 10.5 充电装置输出回路 45 10.6 蓄电池组出口回路 45 10.7 直流母线联络电器(隔离开关) 46 10.8 蓄电池放电回路的断路器 47 10.9 电气接线图 48 第十一章 结论 49 结束语 .50 参考资料 .51 变电站直流系统分析与设计 5 前言 电力控制系统是电力系统和电力设备可靠、高效运行的保证, 所以人们十分关注电力控制技术的发展。经过长期不懈努力,电力 控制技术日臻完
8、善,目前已经达到了十分先进可靠的程度。 电力控制必须具备安全可靠的控制电源。在电力工程中,控制 电源分为两类,一类是直流电源,一类是交流电源。由于直流电源 独立于交流动力电源系统之外,不受交流电源系统事故的影响,具 有安全可靠、运行维护方便等特点,从而得到广泛的应用。在电力 工程中,由于直流电源系统设计不合理、设备选型不当或缺乏正确 的运行管理方法而导致电力设备损坏、系统故事故波及范围扩甚至 造成人身伤亡等事故屡有发生,给电力系统和国家财产造成巨大损 失。所以要求电力系统设计、施工和运行部门必须对直流电源系统 给予高度重视。 变电站直流系统分析与设计 6 第一章 变电站直流系统功能、重要性论述
9、 1.1 变电站直流系统的概念及特点 在变电站中,直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线 平、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成, 由此形成一个庞大的遍布变电站的直流电源供电网络。 特点:变电站直流系统是一种独立、安全、稳定、可靠的电源供电 系统,它独立于交流动力电源系统之外,不受交流电源的影响,具 有高度安全可靠、运行维护方便的特点。 1.2 直流电源系统的功能重要性及应用 直流系统是独立的重要的操作电源,主要用于开关的控制、继 电保护、自动装置、信号装置、监控系统、事故照明、直流油泵和 交流不停电电源装置等的电源监视和维护直流设备的完好性,对变 电站以及整个电力系统的
10、安全可靠运行十分重要。 各类变电站直流电源系统必不可少,对于不同电压等级的变电 站往往设计不同电压的直流输出,以满足设备运行的需要。 在变电站中,直流电源系统应满足各类负荷中双重化配置 的要求,在变电站内由于被控制设备多,提高直流网络的安全可靠 变电站直流系统分析与设计 7 性至关重要。 直流系统广泛应用于水力、火力发电厂、各类变电站和其它使 用直流设备的用户(如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电 气化铁路、房地产等,但是它同样广泛地应用于通信部门、计算机 房、医院、矿井、宾馆以及高层建筑的可靠应急电源用途十分广泛) , 所以,要求电力系统给予直流电源系统予高度重视。 变电站直流系统分析与
11、设计 8 第二章 变电站直流电源技术分析 2.1 充电装置 充电装置的发展: 交流电动机带动直流发电机 磁饱和充电机控制技术(大功率二极管) 可控硅器件(晶闸管) (相控电源) 高频开关电源(ACDC) 1)大功率二极管应用于直流电源上,并用磁饱和控制技术调整直流 输出电压 2)可控硅器件(晶闸管)使电压调整与整流由同一器件完成,通过 控制晶闸管导通角达到调压的目的 3)高频开关电源技术组成的 ACDC 模块转换结构的充电机 高频开关电源与线性电源、相控电源的比较: 1)线性电源:线性电源的主要特点是功率器件工作在放大状态,具 有稳定度高、可靠性好、成本低等优点,但是效率 低、笨重、体积大,只
12、能做中小功率的电源 2)相控电源:是通过控制可控硅的导通角来达到稳压作用,功率因 数比较低、效率低、笨重、体积大 变电站直流系统分析与设计 9 3)高频开关:体积小、效率高、从移动电话的充电器到我们的彩电、 音响供电电源,从路灯到车站电子显示牌这些都用到 了开关电源,电源还有 ACDC、DCDC、DCAC 控制方式:脉宽调制和频率调制 2.2 蓄电池 蓄电池主要分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类,在电力系 统直流电源中,阀控密封式铅酸蓄电池占绝大多数 ,对蓄电池 的具体分析在下一章中详解 2.3 对直流控制电源的基本要求 1)在设计上,系统设计要简单可靠、同事又能满足运行灵活性 的要求,为此,要
13、正确运用经过实践考验的典型设计和标准 设计。 2)对蓄电池、充电装置、直流屏等设备要选用可靠性高、性能 良好、制造精致、符合各级制造标准、有运行经验或经过主 管部门鉴定的产品。 3)设备的安装环境条件一定要符合设备的要求,特别是蓄电池 的环境条件是否符合安全运行的要求尤为重要。 4)对蓄电池组,要严格按现行规定和蓄电池的技术要求进行安 装及充放电工作。 5)运行中的蓄电池组,要按规程定期检查、正确充放电、及时 变电站直流系统分析与设计 10 消除一切不正常现象,认真进行维护。 变电站直流系统分析与设计 11 第三章 蓄电池技术分析 3.1 蓄电池的定义与分类 蓄电池是一种储能装置,它把电能转化
14、为化学能储存起来,又 可把储存的化学能转化为电能,这种可逆的转换过程是通过充、放 电循环来完成的,而且可以多次循环使用,使用方便且有较大的容 量。蓄电池按电解液不同可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池,发电厂 和变电站广泛应用的是防酸隔爆式、消氢式、阀控密封式(即免维 护)铅酸蓄电池。 铅酸蓄电池正极板的活性物质式二氧化铅( ),负极板的活2PbO 性物质是绒状铅(Pb),电解液为稀硫酸。放电时正极板的二氧化铅( )、负极板的绒状铅(Pb)变为硫酸铅( ),电解液中的硫酸2PbO4S 在与正负极产生化学反应后密度下降。充电时正极极板上硫酸铅变 为二氧化铅,负极板上的硫酸铅变为绒状铅,电解液的密度上升。
15、 阀控密封式铅酸蓄电池 阀控电池采用吸液能力强的超细玻璃纤维材料作隔板,具有良 好的干、湿态弹性,使较大的电解液全部被其贮存,而电池内无游 离酸(贫液),或者使用电解液与硅胶组合为触变胶体,正常充、 放电运行状态下处于密封状态,电解液不泄漏,也不排放任何气体, 不需要定期加水或酸,正常时极少维护。 阀控蓄电池是装有密封安全气阀的密封铅酸电池,是一种用气 阀调节的非排气式电池,当电池在异常情况析出盈余气体,或过充 变电站直流系统分析与设计 12 电时产生的气体达到开阀压力时,经过节流阀泄放,随后减压关闭, 它是单向的,不允许空气中的气体进入电池内。 阀控电池可分为单体式(2V),200Ah及以下
16、容量的电池可以组 合成6V(3个2V单体电池组成)。和12V(6个2V单体电池组成)。 本站选取的即为阀控密封式铅酸蓄电池。 3.2 蓄电池的工作原理概述 总反应: oHPbssoHP2442b 充电: 正极: ess4224 向负极表面移动.eOH21o2 1 负极: .4_4esoPbPbs 4 海绵状铅与氧气: .2 2 Pbo与电解液反应: .oHsH244 3 负极总反应式: eO_2 如上述所述,正极产生的氧气与充电状态下的负极的活性物质 迅速反应生成水,因此水损失很少,而且又是密封的,所以不需要 向里面加水。所以,本变电站采用阀控式密封铅酸蓄电池。 这表明在充电时, 分析出 离子
17、,水分离出 , 1 4PbSO24soH 与 在移动过程中化合成 分子,从而使电解液的密24SoH2H 度增加,所以,电解液的密度。可以衡量蓄电池的充电程度。 变电站直流系统分析与设计 13 随着充电的进行,正负极板的活性物质随之增加,在电解液 2 密度增加的前提下,电池的电压升高,因此,也可以用电池 电压判断蓄电池的充电程度。 要保持充电的继续进行,必须要使充电电源电压高于电池电 3 压,以决定电解液中正负离子的移动方向,使电池的内电流 方向由正极流向负极。 放电总反应式: oHPbssoHPbo24422 随着生成水的增加,电解密度随之降低,电池内阻增加,而 内电动势下降,事端电压下降。
18、特点:1 小电流放电, 和 形成较慢, 不会堵塞极板4PbSOo2H4PbSO 上的空穴,不会堵塞浓度较大的电解液向极板内部扩散, 电动势和内阻变化不大,端电压下降缓慢。 2 大电流放电,电极生成物较快,容易堵塞电极上的孔穴, 电阻和电动势变化较快。 3.3 蓄电池的电气特性 3.3.1蓄电池的额定容量与容量系数 容量特性,蓄电池的容量是表示蓄电池的蓄电能力,是指充足 电的蓄电池以某一放电率开始放电,到端电压为放电终止电压为止, 这个过程中放出的电能 变电站直流系统分析与设计 14 ItC C蓄电池的容量 I 恒定的放电电流 t 从开始放电到放点结束的时间 反应蓄电池从放电开始到规定的放电终止
19、电压的快慢称为放电 率,放电率可以用时率(h率)和电流率(I率)表示。 铅酸蓄电池的额定容量与容量系数 我国电力系统用温度在25摄氏度,10h放电率放出的容量 作10C 为铅酸蓄电池的额定容量。 蓄电池容量的这种特性用容量系数 表示:cK 10Cc C任意时率放电时的允许放电容量 蓄电池的额定容量10 3.3.2 影响放电容量的因素以及各因素的作用 影响放电容量的因素有:放电率、电解液密度和电解液的温度。 放电率与蓄电池的容量呈反比关系,放电率越大,蓄电池容量 越小,放电率越小,放电时间越长,蓄电池容量越大。 蓄电池的放电容量与电解液的密度和电解液的温度成正比。电 解液密度越大,温度越高,蓄电
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