1、直流系統(tǒng)概述
變電站為什么要采用直流系統(tǒng)，與交流系統(tǒng)相比有哪些優(yōu)勢(shì)？
1. 電壓穩(wěn)定好,不受電網(wǎng)運(yùn)行方式和電網(wǎng)故障的影響,單極接地仍可運(yùn)行 。
2. 單套直流系統(tǒng)一般有二路交流輸入（自動(dòng)切換），另有一套蓄電池組，相當(dāng)于有三個(gè)電源供電，供電可靠高。
3. 直流繼電器由于無電磁振動(dòng)、沒有交流阻抗，損耗小，可小型化，便于集成。
4. 如用交流電源，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障，電壓會(huì)因短路而降低，使二次控制電壓也降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因電壓低而使斷路器跳不開！
直流電源系統(tǒng)的作用
1. 直流系統(tǒng)是給信號(hào)及遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備、保護(hù)及自動(dòng)裝置、事故照明、斷路器（開關(guān)）分合閘操作提供直流電源的電源設(shè)備。直流系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的電源，在外部交流電中斷的情況下，由蓄電池組繼續(xù)提供直流電源，保障系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行。
2. 直流系統(tǒng)的用電負(fù)荷極為重要，對(duì)供電的可靠性要求很高，直流系統(tǒng)的可靠性是保障變電站安全運(yùn)行的決定性條件之一。
3. 在系統(tǒng)發(fā)生故障，站用電中斷的情況下，如果直流電源系統(tǒng)不能可靠地為工作設(shè)備提供直流工作電源，將會(huì)產(chǎn)生不可估計(jì)的損失。
直流電源系統(tǒng)的組成
直流系統(tǒng)包括：交流輸入、充電裝置、蓄電池組、監(jiān)控系統(tǒng)（包括監(jiān)控裝置、絕緣監(jiān)測(cè)裝置等）、放電裝置（可選）、母線調(diào)壓裝置（可選）、饋線屏等單元組成。
直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及常用術(shù)語
蓄電池組
用電氣方式連接起來的兩個(gè)或多個(gè)單體蓄電池。
蓄電池
能將所獲得的電能以化學(xué)能的形式貯存并將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N電化學(xué)裝置。
充電模塊
將交流電整流成直流電的一種換流設(shè)備，其主要功能是實(shí)現(xiàn)正常負(fù)荷供電及蓄電池的均/浮充功能。
合閘母線
直流電源屏內(nèi)供斷路器操作機(jī)構(gòu)等動(dòng)力負(fù)荷的直流母線。
控制母線
直流電源屏內(nèi)供保護(hù)及自動(dòng)控制裝置、控制信號(hào)回路等的直流母線。
合閘母線與控制母線的區(qū)別是什么？
控制母線提供持續(xù)的，較小負(fù)荷的直流電源；而合閘母線提供瞬時(shí)較大的電源，平時(shí)無負(fù)荷電流。在合閘時(shí)電流較大，會(huì)造成母線電壓的短時(shí)下降。
控母電壓一般為220V，合母電壓稍高一些，一般為240V。
直流饋線
直流饋線屏至直流小母線和直流分電屏的直流電源電纜。
監(jiān)控模塊
直流系統(tǒng)的充電模塊統(tǒng)一受控于一臺(tái)中央控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“四遙”功能，這樣的系統(tǒng)稱為監(jiān)控模塊。
常用術(shù)語:
1. 直流標(biāo)稱電壓：
是指直流系統(tǒng)中受電設(shè)備的直流額定電壓。有48 V、 110V、220V三個(gè)電壓等級(jí)。
2. 直流額定電壓：
是指供電設(shè)備的直流額定電壓，一般指母線電壓。50V、 115V、 230V三個(gè)電壓等級(jí)。
3. 直流額定電流：
是指供充電裝置輸出的直流額定電流。5A、10A、15A、20A、30A、40A、50A、80A、100A、160A、200A、250A、315A、400A。
4. 充電：
充電裝置用不同的方式對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。
5. 恒流充電：
充電電流在充電電壓范圍內(nèi)維持在恒定值的充電。
6. 浮充電：
在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負(fù)載，以恒壓充電方式工作。正常運(yùn)行時(shí)，充電裝置在承 擔(dān)經(jīng)常負(fù)荷的同時(shí)向蓄電池補(bǔ)充充電，以補(bǔ)充蓄電池的自放電，使蓄電池以滿容量的狀態(tài)處于備用 。
7. 恒壓充電：
充電電壓維持在恒定值的充電。
8. 限流恒壓充電：
采用限制電流，電壓維持在恒定值的充電。
9. 均衡充電：
為補(bǔ)償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象，使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)而進(jìn)行的充電，稱為均衡充電。蓄電池事故放電后進(jìn)行的補(bǔ)充充電，也稱為均衡充電。
10. 蓄電池容量C10：
10小時(shí)率額定容量。單位：Ah。
11. 核對(duì)性放電：
在正常運(yùn)行中的蓄電池組，為了檢驗(yàn)其實(shí)際容量，以規(guī)定的放電電流進(jìn)行恒流放電，只要有單節(jié)電池達(dá)到了規(guī)定的放電終止電壓，即停止放電，然后根據(jù)放電電流和放電時(shí)間，計(jì)算出蓄電池組的實(shí)際容量，稱為核對(duì)性放電。
直流系統(tǒng)的劃分
48V系統(tǒng)主要用于通信、遠(yuǎn)動(dòng)裝置及保護(hù)通道接口裝置及載波機(jī)等。
110V 主要用于保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)、斷路器的分合閘控制等。
110V蓄電池個(gè)數(shù)少，占地面積小，安裝和維護(hù)工作簡單。
220V直流電源對(duì)變電站的事故照明比較有利，接線簡單。因照明電壓一般采用220V，如使用110V直流系統(tǒng)時(shí)，需要采用逆變裝置或其它辦法來解決事故照明的供電問題，較為復(fù)雜。
直流系統(tǒng)常用接線包括：
直流電源系統(tǒng)接線
直流饋線接線
直流電源系統(tǒng)常用接線方式
直流系統(tǒng)電源接線應(yīng)根據(jù)電力工程的規(guī)模和電源系統(tǒng)的容量確定。按照各類容量的發(fā)電廠和各種電壓等級(jí)的變電所的要求，直流系統(tǒng)主要有以下幾種接線方式。
一組充電機(jī)一組蓄電池單母線接線
特點(diǎn):
接線簡單、清晰、可靠。
一套充電機(jī)接至直流母線上，所以蓄電池浮充電、均衡充電以及核對(duì)性放電都必須通過直流母線進(jìn)行，當(dāng)蓄電池要求定期進(jìn)行核對(duì)性充放電或均衡充電而充電電壓較高，無法滿足直流負(fù)荷要求時(shí)，不能采用這種接線。
適用范圍:
適用于110kV以下小型變（配）電所和小容量發(fā)電廠，以及大容量發(fā)電廠中某些輔助車間。
對(duì)電壓波動(dòng)范圍要求不嚴(yán)格的直流負(fù)荷，不要求進(jìn)行核對(duì)性充放電和均衡充電電壓較低，能滿足直流負(fù)荷要求的閥控型密封鉛酸蓄電池組。
二組充電機(jī)一組蓄電池單母分段接線
特點(diǎn):
蓄電池經(jīng)分段開關(guān)接至兩端母線，二套充電機(jī)分別接至兩段母線。
分段開關(guān)設(shè)保護(hù)元件，限制故障范圍，提高安全可靠性。
適用范圍：
適用于110kV 以下小型變（配）電所和小容量發(fā)電廠，以及大容量發(fā)電廠中某些輔助車間。
對(duì)電壓波動(dòng)范圍要求不嚴(yán)格的直流負(fù)荷。
不要求進(jìn)行核對(duì)性充放電和均衡充電電壓較低的蓄電池，如閥控型密封鉛酸蓄電池組。
二組充電機(jī)二組蓄電池雙母接線
特點(diǎn):
整個(gè)系統(tǒng)由二套單電源配置和單母線接線組成，兩段母線間設(shè)分段隔離開關(guān)，正常兩套電源各自獨(dú)立運(yùn)行，安全可靠性高。
與一組電池配置不同，充電裝置采用浮充、均充以及核對(duì)性充放電的雙向接線，運(yùn)行靈活性高。
適用范圍：
適用于500kV 以下大、中型變電所和大、中型容量發(fā)電廠。
負(fù)荷對(duì)直流母線電壓的要求和對(duì)運(yùn)行方式的要求不受限制。
三組充電機(jī)二組蓄電池雙母接線
特點(diǎn):
備用充電機(jī)采用均充、浮充兼?zhèn)涞慕泳€，運(yùn)行方式靈活，可靠性高。
正常運(yùn)行時(shí)充電裝置與蓄電池在母線并聯(lián)運(yùn)行，直流母線電源切換時(shí)不停電，提高了直流母線供電的可靠性
適用范圍:
適用于500kV 大型變電所和大容量發(fā)電廠。
適用于對(duì)直流母線電壓有任何要求的負(fù)荷和任何類型的蓄電池，可以滿足蓄電池各種工況運(yùn)行的需要。
500kV變電站直流系統(tǒng)，應(yīng)滿足兩組蓄電池、兩臺(tái)高頻開關(guān)電源或三臺(tái)相控充電裝置的配置要求，每組蓄電池和充電裝置應(yīng)分別接于一段直流母線上，第三臺(tái)充電裝置（如果有備用充電裝置）可在兩段母線之間切換，任一工作充電裝置退出運(yùn)行時(shí)，手動(dòng)投入第三臺(tái)充電裝置。
補(bǔ)充說明：
1. 直流系統(tǒng)中的主要電源是蓄電池組，其次是充電和浮充電設(shè)備。220～500kV變電所蓄電池正常情況下以浮充電方式運(yùn)行。直流負(fù)荷實(shí)際上由浮充電設(shè)備供電，蓄電池處于浮充電狀態(tài)。
2. 當(dāng)有兩組蓄電池時(shí)，每段直流母線接一組蓄電池和一套浮充電設(shè)備。兩套浮充電設(shè)備應(yīng)接在不同的交流電源回路。
3. 110kV以下變電所一般采用單母線接線，220～500kV變電所常用的直流母線接線方式有單母線分段和雙母線兩種。
4. 330kV及以上電壓等級(jí)變電站應(yīng)采用三臺(tái)充電裝置，兩組蓄電池組的供電方式。
5. 重要的220kV變電站應(yīng)采用三臺(tái)充電裝置，兩組蓄電池組的供電方式。
常見饋線接線方式
直流系統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)有兩種供電方式：
1、環(huán)形供電
2、 輻射形供電
環(huán)形供電
在大型直流網(wǎng)絡(luò)中，環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)操作切換較復(fù)雜、尋找接地故障點(diǎn)也較困難；環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)路徑較長，電纜壓降也較大，因此，變電站直流系統(tǒng)的饋線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用輻射狀供電方式，不宜采用環(huán)狀供電方式。
輻射形供電
輻射電源供電網(wǎng)絡(luò)是以直流屏上直流母線為中心，直接向各用電負(fù)荷供電的一種供電方式。
采用輻射電源供電方式的優(yōu)點(diǎn)：
一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)由1～2條饋線直接供電，當(dāng)設(shè)備檢修時(shí)或調(diào)試時(shí)，可方便地退出，不致影響其他設(shè)備。
當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，便于接地故障點(diǎn)的查找。
電纜的長度較短，壓降較小。
采用輻射電源供電方式的缺點(diǎn)：
饋線數(shù)量增加，電纜總長度增加，可能使直流主屏數(shù)增加，投資較大。
輻射電源供電方式配置的基本原則
1. 下列回路由獨(dú)立的直流回路供電：
信號(hào)回路單獨(dú)設(shè)置直流供電回路。
具有雙重跳閘線圈和雙重化保護(hù)裝置的電氣元件，設(shè)置兩組直流電源時(shí)，由獨(dú)立的回路分別供電給兩套保護(hù)裝置并各自動(dòng)作于一組跳閘線圈。
發(fā)電機(jī)或發(fā)電廠-變壓器組，對(duì)主保護(hù)、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)以及勵(lì)磁設(shè)備配置二回或三回直流回路。
不同的直流回路應(yīng)接于不同總?cè)蹟嗥鞯闹绷髂妇€段上。
2.在負(fù)荷較多且分布較集中的地方應(yīng)設(shè)置直流分電屏，由直流分電屏向各個(gè)負(fù)荷分別供電。
補(bǔ)充說明：
1. 對(duì)于直流饋線， 220kV及以上變電所考慮到保護(hù)裝置的雙重化及控制回路的雙重化；
一是要求保護(hù)電源與控制電源分開，分別由不同的小開關(guān)供電或供不同的小母線；
二是要求雙重化的兩組電源由直流系統(tǒng)不同的母線電。
2. 繼電保護(hù)裝置、信號(hào)回路、斷路器控制回路直流電源，應(yīng)分別由專用的直流空氣開關(guān)供電。
3. 雙配置繼電保護(hù)，兩套保護(hù)裝置、斷路器兩組跳閘線圈應(yīng)分別由專用的直流空氣開關(guān)供電，且接與不同的直流小母線。
4. 對(duì)直流系統(tǒng)的空氣開關(guān)或熔斷器，其容量不但要滿足在最大動(dòng)態(tài)工作電流的2倍，還一定要考慮上下級(jí)的配合，上級(jí)開關(guān)或熔斷器的容量不能低于下級(jí)總的最大動(dòng)態(tài)工作電流的2倍。
5. 事故照明宜分為兩個(gè)回路，分別接在兩段母線上。