1、常用的操作电源的类别
①由蓄电池组供电的直流操作电源,具有可靠性高和容量较大的突出优点,但投资较大,运行维护也较复杂。
②整流操作电源,目前应用最为广泛,常用的有硅整流电容储能的和带镉镍蓄电池的硅流的两种。
③交流操作电源,具有简单经济、便于运行维护的突出优点,在小型变电所中应用很广。
④交直流混合操作电源,例如合闸采用交流操作电源,而继电保护、自动装置和跳闸采用蓄电池组供电。
2、操作电源的基本要求
①供电可靠,在一次电路发生故障情况下,它也能保证二次回路正常工作。
②有足够的容量,能够保证二次回路执行其跳、合闸的功能。
③其电流类别应与二次回路中控制、保护装置的电流类别要求相适应。
④尽可能简单经济,便于运行维护。
3、对用作直流电源的蓄电池组要求
①由浮充电设备引起的波纹系数不应大于5%。
②电压允许波动应控制在额定电压的5%范围内。
③放电末期直流母线电压下限不应低于额定电压的85%,充电后期直流母线电压上限不应高于额定电压的115%。
4、对用作直流电源的交流整流电源要求
①在最大负荷时保护装置动作直流母线电压不应低于额定电压的80%,最高电压不应超过额定电压的115%,并应采取稳压、限幅和滤波的措施。电压波动应控制在额定电压的5%范围内,波纹系数不应大于5%。
②当采用复式整流时,应保证在各种运行方式下,在不同故障点和不同相别短路时,保护装置均能可靠动作。
③对采用电容储能电源的变电所和水电厂,电力设备和线路应具有可靠的远后备保护,在失去交流电源情况下,当有几套保护同时动作时,或在其它情况下消耗直流能量最大时,应保证保护与断路器可靠动作,同一厂所的电源储能电容的组数应与保护的级数相适应。
5、对交流操作电源的要求
①当采用交流操作的保护装置时,短路保护可通过被保护元件的电流互感器取得操作电源。
②变压器的瓦期保护和中性点非直接接地电力网的接地保护,可由电压互感器或变电所所用变压器取得操作电源,亦可增加电容储能电源作为跳闸的后备电源。
二、保护装置常用的操作电源
1、直流操作电源
①铅酸蓄电池组
②镉镍蓄电池组
③电容储能的硅整流器
2、交流操作电源
①直接动作式
②中间电流互感器供电方式
③去分流跳闸的交流操作方式
④利用予充电的电容器作跳闸电源的方式。
⑤利用所用变压器作交流操作电源的方式。
五种方式接线图。
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如上图所示。正常情况下,电流继电器KA不动作,其常开触点是断开的,中间电流互感器TAM的二次侧处于开路状态,断路器的跳闸线圈YR不通电,断路器QF不会跳闸。而在一次电路发生相间短路时,KA动作,其常开触点闭合,接通跳闸线圈YR,由中间电流互感器TAM供给跳闸电流,使断路器QF跳闸,切除短路故障。
中间电流互感器的铁心是做成速饱和的,因此它又称为“速饱和电流互感器。其铁心做成速饱和的目的在于:①在短路时,用以限制通过跳闸线圈的电流,一般限制在7~12A内;②用以减轻电流互感器TA1、TA2的二次负载阻抗(TAM铁心饱和后阻抗减小)。但采用中间电流互感器作为操作电源,结线较复杂,使用的电器较多,且灵敏度较低,现已为“去分流跳闸”的交流操作方式所取代见图2-3a、b
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如图2-3a所示。正常情况下,电流继电器KA的常闭角点将跳闸线圈YR短路(分流),YR不通电,因此断路器QF不会跳闸。而在一次电路发生相间短路时,KA动作,其常闭触点断开,使YR的短路分流支路被去掉(被称为"去分流"),从而使电流互感器的二次电流全部通过YR,致使断路器跳闸。这种"去分流跳闸"的交流操作方式的突出优点在于结线简单,省去了中间电流互感器,提高了保护灵敏度。但这种原理结线不够完善,因为如继电器KA的常闭触点遭受外界振动而偶然断开时将导致断路器误跳闸。为此,实际应用的电路如图2-3b所示。这种方式在现代企业供电系统中广泛应用。
由图2-3b可知,此电路中的电流继电器(通常彩GL-型)增加了一对常开触点,与跳闸线圈YR串联,以防止继电器常闭触点偶然断开而造成断路器呈跳闸。
但是,此过电流继电器的常开、常闭触点,必须是"先合后断转换触点",否则,不仅不起保护作用,而且将造成电流互感器二次侧带负荷开路,这是不允许的。
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如图2-4所示。由预先充好电的电容器向跳闸线圈YR供电。此电容器的电容量(μF)下式确定
式中,WYR为跳闸线圈跳闸所需的电能(W.h),UC为电容器的充电电压(V)在电压互感器容量足够时,也可直接利用电压互感器作跳闸电源。
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如图2-5所示。利用接于主变压器二次侧的所用变压器TS1和TS2作为交流操作电源,这种方式简单方便,但可靠性不高。
三、铅酸蓄电池组供电的直流操作电源
1、铅酸蓄电池的结构性能
铅酸蓄电池的正极板为二氧化铅(PbO2),负极板为铅(Pb),电解液为稀硫酸(H2SO4),其密度为1.20~1.29g/cm3,电池外壳用玻璃或塑料制造。固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池的型号和技术数据可查有关厂家资料。
放电的化学反应式为
Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O
充电的化学反应式为
2PbSO4 2H2OPbO2 2H2SO4 Pb
充电终止电压为2.7V,放电终止电压为1.8V(按10h放电率)。电池额定电压为2V。铅酸蓄电池不宜过放电和过充电
蓄电池充好电后,即使不带负荷,随着时间的增长也会耗去一部分电量,这称为“自放电现象”。铅酸蓄电池一昼夜可因此耗去0.5%~1%的容量。
为了弥补自放电损耗,通常采用浮充电方式运行,即以很小的电流随时给蓄电池充电。
2、按浮电方式运行的含合闸电源的直流操作电源
(1)单母线直流系统结线图2-6
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图a为常见的按浮充电方式运行的蓄电池组单母线直流系统原理结线。它采用一套硅整流设备兼作蓄电池充电及浮充电电源,并选用手动端电池调整器SA。该系统具有以下特点
①设有专用直流合闸小母线,以保证变电所内断路器远距离合闸的电压要求
②正常运行时浮充电设备可以对全部蓄电池进行浮充电,其电流通路如图2-7b所示
③利用手动端电池调整器SA的充电手柄作为合闸母线的电压调整手柄
(2)蓄电池容量的选择
蓄电池容量按下列两个条件选择,取其中较大者:
①按事故状态下持续放电容量选择
Q=Krel(IL I`L)t
式中,IL为经常性直流负荷电流;I`L为事故状态下增加的直流负荷电流;t为事故持续时间,一般取为1h;Krel为可靠系数,可取1.1
②按最大冲击负荷电流选择:
IL.max=IL I`L Ion.max
式中,IL和I`L的含义如①:Ion.max为断路器最大合闸电流
(3)蓄电池总台数的确定
①蓄电池总台数按下式确定
n=UWB/Udsc
式中,UWB为直流母线正常工作电压,取1.05UN,UN为直流系统额定电压,Udsc为单个蓄电池事故放电末期允许的终止电压,取1.95V
②蓄电池基本台数按下式确定
no=UWB/Uch
式中,Uch为单个蓄电池充电末期终止电压,取平均值2.6V;UWB仍取1.05UN。
③端电池指用来调节母线电压的那些蓄电池,其台数为
nend=n-no
(4)充电设备和浮充电设备的选择
①充电设备的充电电流按下式计算
Ich=IL Ich.max
式中,IL为蓄电池组经常性直流负荷电流;Ich.max为蓄电池组最大充电电流,可取10h放电电流。
②充电设备的最高电压按下式计算
Uch=nUch.(max)
式中,n为蓄电池总台数;Uch.(max)为单个蓄电池充电末期的最高电压,取2.7V
③充电设备的功率按下式计算
Pch=UchIch=Uch(Ich.max IL)
①其浮充电流按下式计算
Ich.fl=IL Idsc.pr=IL 0.15×
式中,IL为蓄电池组经常性直流负荷电流;Idsc.pr为其自放电电流;QN为所用蓄电池的额定容量(A.h)
②浮充电设备的功率按下式计算
Pch.fl=UchIch.fl
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