1選題背景

直流屏是直流電源操作系統(tǒng)的簡稱,其常常也被稱作智能免維護直流電屏,它是用來供應直流電源的裝置。現(xiàn)今許多發(fā)電廠及變電站中操作電力的電源采用的都是直流電源,它向控制負荷、動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源,是當代控制、保護電力系統(tǒng)的基礎。直流屏多應用于電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠、水電站、各類變電站等,也應用于石化、礦山、鐵路等行業(yè)中供電系統(tǒng),它還適用于開關分合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護和故障照明等場合。直流屏也是一種基于控制、保護、管理、測量的全新的數(shù)字化直流系統(tǒng)。直流屏通常包括整流模塊、監(jiān)控模塊、電池組、降壓單元、配電單元,整流模塊、監(jiān)控模塊、電池組、降壓單元、配電單元均安裝在標準配電柜內(nèi)。監(jiān)控模塊采用LCD顯示,按鍵操作,實現(xiàn)友好的人機界面,工作參數(shù)、故障狀態(tài)一目了然。

2功能介紹及設計

2.1實現(xiàn)兩路交流進線自動切換

直流屏交流進線分為主交流進線與備用交流進線,當主交流進線出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)自動切換到備用交流進線。

為直流屏配置交流進線監(jiān)控模塊,能監(jiān)測進線回路和每段母線的電壓、電流,并能根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷交流進線的情況,從而控制選擇主交流進線或備用交流進線。

在這里我們選用艾默生EAU01智能交流配電監(jiān)控模塊,其面板端子圖如圖1所示。

端子P1+、P1-是該模塊的電源端子,用來給該模塊提供電源,端子NA、NB、NC用來監(jiān)測主交流進線上的電壓,判斷主交流進線狀態(tài),端子EA、EB、EC用來監(jiān)測備用交流進線的電壓,判斷備用交流進線的狀態(tài)。端子NR+、NR-、ER+、ER-分別用來控制交流進線下端接觸器的吸合,為了避免接觸器同時吸合,實現(xiàn)兩路交流進線互為閉鎖,在主交流進線中的接觸器控制線路中接入備用交流進線中的接觸器的常閉節(jié)點,同時也需要在備用交流進線中的接觸器控制線路中接入主交流進線中的接觸器的常閉節(jié)點。

通過以上設計,實現(xiàn)對兩路交流進線的監(jiān)測與主交流進線故障時的自動切換。

2.2充電功能設計

充電功能即整流模塊將交流轉換成直流的過程。在這個過程中,整流模塊輸出的電流一部分供設備使用,一部分需要對電池進行充電。對電池充電一般分為兩種情況:均充、浮充。均充充電較快,它以定電流、定時間的方式對電池充電。當電池充滿狀態(tài)時,整流模塊并不會停止向電池充電,仍會提供恒定電壓和很小的電流為電池充電。這主要是因為,不管電池是否在使用,都會自然地釋放電能,所以利用浮充這種方式,可以彌補這種自然放電。因此,整流模塊需要有監(jiān)測直流輸出電壓、電流的功能,并據(jù)此進行均充、浮充選擇?，F(xiàn)有的整流模塊智能程度比較高,基本都具有這種功能,因此不需要我們做過多的設計。在這里我們使用艾默生的ER22010/T整流模塊,該系列是艾默生最新產(chǎn)品,具有過壓保護、欠壓保護、輸出電流短路保護等,性價比較高。

2.3直流饋線監(jiān)測模塊設計

直流饋線監(jiān)測模塊主要用于監(jiān)測系統(tǒng)中的直流電壓、直流電流、母線絕緣,并能控制降壓硅鏈,實現(xiàn)合母電壓和控母電壓的自動調(diào)節(jié)。直流饋線監(jiān)測模塊我們使用艾默生的EDU01模塊,該模塊的端子如圖2所示。

端子HM+、HM-用于監(jiān)測合閘母線電壓,端子KM+、KM-用于監(jiān)測控制母線電壓,為了確保安全,這四個端子在與母排連接中間需要加入熔斷器。

端子IB+、IB-用于監(jiān)測電池電流,端子IZ+、IZ-用于監(jiān)測負載電流,VB+、IB+用于監(jiān)測電池電壓。

K1、K2、K3用于控制降壓硅鏈,實現(xiàn)合母電壓、控母電壓的自動調(diào)節(jié)。在220V的直流屏系統(tǒng)中,直流輸出的額定電壓是220V,合母電壓應為額定電壓的87.5%～112.5%,控母電壓應為額定電壓的85%～110%。為保證系統(tǒng)中既有合母電壓也有控母電壓,我們通過降壓硅鏈實現(xiàn)該目標,通過將合母電壓適當降壓來得到控母電壓,從而滿足系統(tǒng)要求。我們用直流饋線監(jiān)測模塊上K1/K2/K3端子、繼電器、降壓硅鏈實現(xiàn)7級降壓,每級5V?？刂七B接如圖3所示。

繼電器狀態(tài)與降壓硅鏈所降電壓的關系如表1所示。

2.4電池監(jiān)測儀

直流屏中配備電池監(jiān)測儀,主要用來監(jiān)測電池組單個電池的電壓。在這個設計中,我們選用艾默生EBU01電池監(jiān)測儀對電池組進行監(jiān)測。為了保證該模塊的安全,為該模塊的電源端子以及用來采集單個電池電壓的端子接上300VDC直流熔斷器。

EBU端子如圖4所示。

Tx-、Tx-為通信線,TP1、TP2用來連接溫度傳感器,每個電池的正極連接到1+～24+端子上,每個電池的負極串聯(lián),并連接到24-,當電池不足24個時,將多余的正極端子串聯(lián)到24-上。在設計方案中,用到的電池數(shù)為18個,將18個電池的正極分別連接到1+～18+端子上,將電池負極串聯(lián)起來連接到24-端子上,并將19+～24+端子串聯(lián),連接到24-端子上。

2.5監(jiān)控功能

智能一體化電源系統(tǒng)的監(jiān)控功能應集成在信息一體化平臺中實現(xiàn)。主界面應顯示智能一體化電源系統(tǒng)的主接線圖,正確反映智能一體化電源各功能單元的實時運行工況和信息。智能一體化電源各功能單元均有獨立的子界面,子界面能以模擬圖等方式顯示。

3電池容量設計及充電模塊計算

3.1電池容量設計

電池容量設計基于直流負荷的統(tǒng)計,直流負荷按性質可分為經(jīng)常負荷、事故負荷、沖擊負荷。經(jīng)常負荷主要是保護、控制、自動裝置和通信設置。事故負荷是指停電后必須由直流系統(tǒng)供電的負荷,如UPs、通信設置等。沖擊負荷是指極短時間內(nèi)施加的大電流負荷,比如斷路器分、合閘操作等。根據(jù)上述三種直流負荷統(tǒng)計就可以計算出事故狀態(tài)下的直流持續(xù)放電容量。

一般220kV變電站直流系統(tǒng)的蓄電池要選擇兩組,電池容量150～200Ah:110kV變電站直流系統(tǒng)的蓄電池要選擇一組,電池容量100～150Ah:35kV變電站直流系統(tǒng)的蓄電池要選擇一組,電池容量50～100Ah。此次設計電池容量為100Ah。

3.2充電模塊計算

充電模塊的數(shù)量是基于電池容量來計算的。充電模塊數(shù)量的配置需全部模塊額定電流總值≥最大經(jīng)常負荷加蓄電池充電電流(蓄電池充電電流按0.1C10～0.2C10）。如100Ah的蓄電池組其充電電流是0.1C×100=10A,在不計算經(jīng)常負荷的情況下選用額定電流5A的模塊,2個模塊就可滿足對蓄電池充電的需求,設計時要實現(xiàn)N+1冗余,因此總共選擇3個5A模塊。

4結語

設計直流屏,不但要根據(jù)實際情況,選擇合適的容量及充電模塊的數(shù)據(jù),還應該充分利用交流進線監(jiān)控模塊、直流饋線監(jiān)測模塊、電池監(jiān)測儀等模塊實現(xiàn)對直流屏系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測。除此之外,還需對斷路器的規(guī)格、熔斷器的熔斷能力、線纜的直徑等進行計算選擇,從而保證整個系統(tǒng)的可靠性。