直流系统及UPS系统培训

主动and平和 2021-09-04

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直流系统及UPS系统培训

(一)、直流电源系统

1．直流系统概述

2．本工程直流系统配置

3．直流系统组成

4．直流系统工作原理

5．直流系统的接线方式

6．直流系统的运行方式

7．蓄电池组运行过程中的充电方式

8．充电器及蓄电池的运行操作

9. 直流系统的运行规定

10．直流系统的检查

11．直流系统的异常及事故处理

(二)、不间断电源（UPS)系统

1．不间断电源UPS装置的功能

2. UPS系统的构成(有改动)

3．本工程UPS系统配置

4. 工作原理(有改动)

5. UPS运行方式的规定

6. UPS设备的操作(新增)

7. UPS装置运行中的检查

8．故障处理

1.在发电厂、变电所直流系统中，普遍采用蓄电池组作为直流电源。蓄电池组是一种独立可靠的电源，它可以在发电厂、变电所内发生任何事故，甚至在全厂交流电源都停电的情况下，仍能保证直流系统中的用电设备可靠而连续的工作。否则在交流电源完全消失的情况下，一切控制、保护、自动装置都将失去作用，甚至在夜间照明也会没有，这显然不利于机组安全、可靠地运行和及时地进行事故处理。

2.工程设置电压为220V，容量为500Ah的直流系统一套，主要用作系统中主断路器的操作、控制电源以及UPS系统直流电源、二次回路中的仪器、仪表、继电保护、自动控制和事故照明的电源。

3.直流系统组成:

直流系统由电池屏、直流充电屏、馈线屏组成。

(1).电池屏

电池屏就是一个可以摆放多节电池的机柜。电池屏中的电池一般是由2V-12V的电池以一定数量串联方式组成，对应电的电压输出也就是110V或220V。

本工程直流系统蓄电池配置为:220V，500Ah，免维护阀控蓄电池。

(2).直流屏

包括:

交流配电（将交流电源引入分配给各个充电模块)

充电模块（完成AC/DC变换);

电池监测仪（监测单只/组电池的电压、电流、容量等参数)绝缘监测（实现系统母线和支路的绝缘状况监测）

监控模块（将系统的交、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光报警;进行系统的智能管理，实现人机对话界面的通讯和后台机的远程监控)

人机对话界面(显示系统运行过程中的重要数据，查询系统故障报警信息)

(3).馈线屏

馈线屏由机柜、直流输出总开关、馈线开关组成。

4.直流系统工作原理:

两路交流输入经交流配电单元互投后，选择其中一路交流输入提供给充电模块;充电模块输出稳定的直流电源，一方面对蓄电池组补充充电，另一方面提供合闸输出(或控制输出），为负载提供正常的工作电流;绝缘监测单元可在线监测直流母线和各支路的对地绝缘状况;集中监控单元可实现对交流配电单元、充电模块、直流馈电、绝缘监测单元、直流母线和蓄电池组等运行参数的采集与各单元的控制和管理，并可通过远程接口接受后台操作员的监控。

5.直流系统的接线方式

本工程直流系统供电网络采用辐射状供电方式，下面为本工程直流系统简图,详细见初设蓝图。

6.直流系统的运行方式:

充电器-蓄电池组的运行方式有充-放电方式和浮充电方式两种，发电厂中的充电器-蓄电池组一般采用浮充电方式运行。

(1).蓄电池组的充-放电运行方式就是对运行中的蓄电池组进行定期的充电,以保持蓄电池的良好状态。其工作特点是正常工作时，充电设备退出，由充好电的蓄电池向直流负荷供电。

为了保证在事故情况下蓄电池组能可靠的工作，蓄电池组正常放电时必须留有一定的裕量，决不能使蓄电池完全放电。通常放电约达容量的60%-70%时,便应停止放电,将充电设备投入，进行充电。在充电过程中充电设备除了向蓄电池组供电以外，还要担负经常性直流负载，故充电设备必须有足够的容量。

(2).蓄电池的浮充电运行方式:

浮充电方式是充电器与蓄电池组并列运行于直流母线上的运行方式，正常运行时，主要由充电设备供给正常的直流负载,同时还以不大的电流补充蓄电池的自放电。蓄电池平时不供电，只有在负载突然增大（如断路器合闸等)，充电设备满足不了时，蓄电池才少量放电。这种运行方式称为浮充电方式。

浮充电运行方式的优点:

①.蓄电池组经常处于满充电状态，其容量可以被充分利用。

②.正常运行中，直流母线电源是恒定的，无需调节。

③.由于补偿了蓄电池的自放电，因而使蓄电池使用寿命延长。

④.不需经常充放电,简化了运行维护，提高了安全性。

7.阀控式密封铅酸蓄电池组运行过程中充电方式通常有三种:初充电、浮充电、均衡充电。

（1）初充电:

新安装的蓄电池或大修中更换的蓄电池第一次充电,称为初充电。初充电电流为1.0倍I₁₀(10小时率放电电流），单体电池充电电压到2.3~2.4V时电压平衡，电压下降即可投运，即转为浮充运行。

（2）浮充电:

阀式电池完成初充电后，转为浮充电运行，浮充电电压值为2.23~2.27V之间，根据制造厂家要求和运行具体使用情况而定。浮充电流值为0.3~2mA/h，作为电池内部的自放电和外壳表面赃污后所产生的爬电损失，从而使蓄电池组始终保持95%以上的容量。

（3）均衡充电:

阀式电池在长期浮充运行中，如发生以下情况时，需对蓄电池进行均衡充电:

①.当电池安装完毕;

②.浮充运行中蓄电池间电压偏差超过规定标准时，即个别电池硫化或电解液的密度下降，造成电压降低，容量不足

③.当交流电源中断时,放电容量超过规定（5%~10%）C10以上。

上述情况,按程序进行均衡充电。对第二种情况如果设有电池监控装置能判断时，根据该装置监测情况进行均衡充电如果不准确的电池监控装置时，则根据制造厂的要求，一般浮充运行3个月，720小时后即进行均衡充电。在投运前对电池进行初充电，此时用恒流为1.0 I₁₀进行充电。当单体电池电压上升为2.35V转为恒压充电,此时充电电流减少，转为正常运行状态,即浮充电压为2.25V。当运行720h以后进行均衡充电，即先以1.0 I₁₀对电池充电，电池电压为2.35V转为恒压充电。

8.充电器及蓄电池的运行操作:

(1).直流系统的操作的注意事项:

①.直流系统的任何并列操作，必须在并列点处核对极性正确、电压差正常(一般不超过2~3V)后,方可进行并列。

②.馈线双电源时,正常情况下，一路工作一路备用。只有在母联开关合上时才能进行合环、开环、倒负荷操作。

③.当两组直流母线接地极性不同时，严禁并列运行，以防直流系统两点接地。

④.蓄电池和充电器组必须并列运行，充电器组供给正常的负荷电流和蓄电池的浮充电流,蓄电池作为冲击负荷和事故情况的供给电源。正常情况下，直流母线不允许脱离蓄电池组运行。

⑤.工作充电器组故障时，短时可由蓄电池单独供给负荷;若工作充电器组短时不能恢复运行时，应将两组直流母线并列，由另一组充电器组来带两组直流母线运行。

⑥.两组联络母线,在一组充电器组故障情况下，应先退出故障充电器组，后合上母联开关，由另一组充电器组带内组母线运行。此种运行方式下，应注意观察负荷、浮充电流及充电器组的运行情况。

⑦.设备在新投入运行或大修后投入运行前应做详细检查，应有检修各有关班组可以运行的交待记录。

⑧.线路保护在失去直流电源后，应申请调度同意退出该保护，电源正常后再申请调度同意投入该保护。

⑨.值班人员在检查、操作、异常及事故处理后应做好汇报和记录。

(2). 220V直流系统及设备的倒换和操作

①.直流系统并列条件

a.两直流系统极性相同。

b.两直流系统电压相等。

②.充电器的并列、解列及倒换操作原则

充电器的并列

a.确保充电器各充电模块正常备用。

b.合上充电器交流电源输入开关。

c.合上充电器直流输出开关。

d.确保充电器工作正常，输出电压符合蓄电池浮充电压数值。

充电器的解列

a.断开充电器直流输出开关。

b.断开充电器交流电源输入开关。

工作充电器倒为备用充电器运行

a.确保备用充电器各充电模块正常备用。

b.合上备用充电器交流电源输入开关。

c.合上备用充电器直流输出开关。

d.确保备用充电器工作正常，输出电压符合蓄电池浮充电压数值。

e.合上备用充电器与工作蓄电池并列开关。

f.断开工作充电器直流输出开关。

g.断开工作充电器交流电源输入开关。

9.直流系统的运行方式及运行规定

(1).每组母线的充电器电源与蓄电池组电源并列运行在母线上，充电器除带正常负荷外，还以很小的电流向蓄电池浮充，以补偿其自放电。

(2).本工程220V直流系统配备了一段直流母线，采用单母线接线方式。

(3).直流系统运行参数:

①.220V直流动力母线电压应经常保持在230V，允许变化范围为225~235V;

②.110V直流控制母线电压应经常保持在116V，允许变化范围为113~120V;

③.单体蓄电池电压应经常保持在2.20V，低于2.20V则每三个月需进行一次均衡充电;

④.220V蓄电池单体电瓶浮充电压值为2.25~2.30V。

(4).绝缘电阻值:

蓄电池绝缘电阻不低于0.2MΩ(电压表法）;

直流母线绝缘电阻不低于50MΩ(用500V摇表测定)；

直流分支绝缘电阻不低于0.5MΩ（用500V摇表测定)。

10.直流系统的检查

(1).蓄电池室的检查

①.蓄电池室内严禁烟火、吸烟，且避免产生火花的工作，并配备专用的灭火器，如干粉灭火器、四氯化碳灭火器等。

②.蓄电池应离开热源和易产生火花的地方，且安全距离应大于0.5m，更换灯泡时应开启风机，断开电源。

(2).蓄电池定期检查项目如下

①.蓄电池组浮充电流适当，无过充和欠充情况;

②.室内无强烈气味，通风及附属设备良好;

③.室内清洁无杂物，温度正常（25℃左右)，相对湿度不大于80%;

④.工作照明和事故照明正常;

⑤.电瓶无破裂、渗漏;

⑥.电池无发热现象;

⑦.电池极板无弯曲，膨胀、裂开、短路现象;

⑧.各接头及联接线无松脱、短路、接地等现象。

(3).充电器的检查

①.充电器的检查次数每班不少于一次。

②.充电器的检查项目如下

③.运行指示灯亮且指示正常;

④.输出电压、输出电流正常;

⑤.各部元件无过热现象，接线无松动，响声正常;

⑥.各保险接触良好，无熔断报警;

⑦.充电器的风扇运行正常。

(4).直流盘的检查

直流盘的检查每班不少于两次。直流盘的检查项目如下:

①母线电压、浮充电流及负荷电流正常;

②直流系统绝缘正常;

③直流盘上各开关、刀闸位置正确，接触良好;

④盘上各信号灯指示正确，无异常信号;

⑤直流盘内端子排及电缆头无过热现象。

11.直流系统的异常及事故处理

(1).直流系统故障的危害性

①.直流系统中发生两点接地时，可能会引起直流熔断器熔断或造成保护和断路器误动作，这对安全运行有极大的危害性。

②.直流系统中，正、负电发生一点接地的情况较为普遍，如发生一点接地后，在同一极的另一地点再发生接地或另一极的一点接地时，便构成两点接地短路,这将造成信号装置、继电保护和断路器的误动作。

③.两点接地还可能会造成断路器拒绝动作。

④.两点接地引起熔断器熔断，同时有烧坏继电器触点的可能。

(2).直流系统接地的现象及处理

①.直流系统接地的现象

直流接地光字信号发出，警报响;直流母线正极(或负极)对地电压降低，负极（或正极）对地电压上升。

②.直流系统接地的处理

a.首先复归接地信号，如不能复归时，应查看数字集中监控装置面板上的直流系统故障和绝缘故障报警信号灯亮，查看显示窗内故障内容，切换绝缘监察装置查看接地电压及绝缘数值，查看接地监视器的接地电流(毫安）数值应大于15mA，还应判明接地的极性，其方法有:

1)可查看接地监视器的接地电流（毫安)数值的同时，查看显示的是负或正。

2)装有正、负极分别接地掉牌继电器的可直接确认极性。

3)可用直流电压表分别测量正、负极的对地电压值,测量电压值低的一极为故障接地(对地电压一般在70V及以下)。

4)也可用验电笔直接验电的方法进行确认，如验电笔带有发光二极管的在验电时，发光二极管不亮的为接地(红灯为正电，绿灯为负电，黄灯为交流电)，如验电笔带有氖泡发光的在验电时,氖泡靠近笔帽侧亮为正电，靠近笔尖侧亮为负电，不亮一侧为接地。

b.直流母线分路负荷安装在线直流接地检测装置的可直接显示故障回路。

c.配备有直流系统接地故障检测仪的单位，可使用该仪器对分路负荷进行测试查找处理。

d.未配备有直流系统接地故障检测仪的单位，可根据当时运行方式、天气变化、检修设备的变动情况，进行重点拉、合试验。

e.有备用的设备先倒备用，当此路接地,必须再倒回原方式再查找下一级故障点。

f.拉、合试验前，应与有关单位联系，防止误停、误投设备。

g.拉、合试验时，应先拉次要负荷，如因天气影响直流系统绝缘普遍降低时，可同时拉开多路负荷查找。

h.在切断各专用直流回路时,不论回路接地与否，应立即将其合入，并通知专业检修人员处理。

(3).直流系统接地的处理原则

①.必须确认直流一点接地的极性(正极还是负极），粗略分析直

流接地的原因（天气原因、操作引起还是二次回路上有人工作引起）。

②.若有人在二次回路上工作或对设备进行检修试验,应立即停止其工作，并拉开所用直流试验电源，查看接地信号是否消失。

③.查找的顺序:带有缺陷的分路，然后一股分路;先户外，后户内;先次要分路，后重要分路;先新投运设备，后投运已久的设备;先负荷，后电源。

④.如果直流系统带两段直流母线运行，可经倒回操作拉开母线分段电源开关,确定接地点位置在哪段直流母线范围内，再进行客分路的查找。

⑤.在切断各专用直流回路时，切断时间不得超过3s，不论回路接地与否均应合上。

⑥.由于直流瞬时中断，可能引起其他设备的保护、联锁、电压监视异常:有可能造成开关误动时，必须在采取措施后，方可进行倒换操作。

⑦.当两组直流系统发生不同极性接地时，严禁采取先并、后拉的方法进行倒换操作。

(4).直流系统接地查找时的注意事项

①.禁止使用灯泡测试法查找接地点，以防止直流回路短路。

②.使用仪表检查直流接地时，所用仪表内阻不应小于2000 Ω / V。

③.直流系统发生接地时，禁止在二次回路上工作。

④.查找直流系统一点接地时，应防止直流回路另一点接地，造成直流短路。

⑤.查找和处理直流系统接地故障时，必须由两人及以上配合进行，其中一人操作，一人监护，并监视表计指示和信号的变化。

⑥.在拉路查找直流系统接地前，应采取必要的措施，以防止因直流电源中断而造成保护装置误动作。

(5).直流母线电压低

①.现象

a.音响报警，“直流母线故障”光字牌亮;

b.可能出“充电器故障”光字牌;

c.微机监控模块显示母线电压低。

②.处理

a.复归音响;

b.检查充电器的输出和绝缘监察装置，并可用万用表测量，以判断母线电压是否低于正常值;

c.若直流母线电压异常是因充电器的故障引起，按有关处理；

d.若是因交流电源消失引起，应尽快恢复交流电源；

e.若实测直流母线电压正常，而监控装置显示直流母线电压低，联系检修处理。

(6).直流母线电压高

①.现象

a.音响报警，“直流母线故障”光字牌亮;

b.可能出“充电器故障”光字牌;

c.微机监控装置显示母线电压偏高。

②.处理

a.复归音响;

b.检查充电器的输出和绝缘监察装置，并可用万用表测量，以判断母线电是否高于正常值;

c.若直流母线电压异常是因充电器的故障引起，按充电器处理;

d.若实测直流母线电压正常，而监控装置显示直流母线电压高，联系检修处理。

(7).充电器故障

①.现象

a.报警，出“充电器”故障信号;

b.“直流母线电压故障”信号也可能发出;

c.就地充电器面板上“异常”指示灯亮;

d.充电器输出电压、电流异常。

②.处理

a.复归音响;

b.查蓄电池带直流负荷正常，检查与其并联运行的其他充电器是否也异常，若其他充电器也异常，可能是输入过/欠压、输出过压造成;

c.若为部分充电器故障引起，在非故障充电器不会过负情况下,可维持正常方式运行，退出故障充电器，通知检修处理。若故障台数过多，非故障充电器满足不了正常运行，则将两组直流母线并列运行，退出故障充电器组进行隔离后,通知检修处理;

d.故障排除后,投入充电器运行并恢复至原正常运行方式。

(8).其他故障的处理

①.蓄电池组输出保险熔断，首先检查整流屏运行正常，详细检查蓄电池组及其出口接线，若无明显故障，更换保险一次，若仍熔断则不能再换,应汇报值长，通知检修处理。在更换保险时应戴好防护手套。

②.电压表无指示:值班人员运行中若发现充电器（蓄电池或直流母线段电压表无指示，首先用验电器确定直流母线是否失压，若不是，应检测回路电压及电压表熔断器是否正常，若故障无法处理，则汇报值长，通知检修处理。

③.充电器屏无电流输出时:首先检查蓄电池组运行正常，检查直流母线运行正常。将高频开关电源模块停电，详细检查整流屏故障原因。处理不了时，汇报值长，通知检修处理。若需长时间处理,则应合上联络开关，由备用电源串带运行。

④.若蓄电池输出保险熔断，同时整流屏故障跳闸造成直流母线失压，应立即汇报值长，合上联络开关，由备用电源串带运行。

⑤.馈线分支开关跳闸时，在未查明原因并做好措施前，不得送电。

二、不间断电源（UPS)系统

1.不间断电源UPS装置的功能

UPS是连接在用户关键装备（负载）和交流电源之间的备用电源设备，它的作用是保证负载有持续的电源供应，并在交流电源中断的情况下它也可以在预定时间内对负载供电。

2.UPS系统的构成

为了保证UPS系统不间断地向重要负荷供电，每套UPS系统设有三路电源，即UPS工作主电源、直流(蓄电池)电源、旁路电源。

UPS系统设备由主机柜（包括输入变压器、整流器、逆变器、输出隔离变压器、逆变静态开关和旁路静态开关等)、隔离变压器柜、旁路稳压柜和配电柜等组成。

①.整流器:它将交流电整流成直流电，且当输入电压发生变化或负载电流发生变化时,整流器能提供给逆变器一稳定的直流电源。

②.逆变器:它将整流器或由220V直流电源送来的直流电转换成大功率、波形好的交流电提供给负载。

③.静态开关:它在过载或逆变器停机的情况下自动将负载切换到旁路后备电源，并在正常运行状态恢复后自动且快速地将负载由旁路后备电源切换到逆变器。静态开关一般采用晶闸管元件，切换时间tq<5ms，实现了对负载的不间断供电。

④.隔离变压器:它的作用是当逆变器停止工作，负载由旁路电源供电时，实现电源与负载间的电气隔离。

⑤.旁路稳压变压器:它的作用是当逆变回路故障时能自动地将负荷切换到旁路回路。这种变压器除采取可靠屏蔽措施外,还具有稳压的功能。

6.手动旁路开关:它可将静态开关和逆变器完全旁路隔离，以便在安全和不间断向负载供电的条件下对UPS进行维护。

3.本工程UPS系统配置

为了保证本工程的计算机、智能装置、调节装置及热工仪表等不停电负荷的不间断供电，本工程将装设一套UPS，额定输出容量为30KVA。

在发电厂，UPS系统主要为以下设备提供稳定电源:机组微机服务器及DCS、机组热控继电器、热工调整控制装置、机组重要设备保护装置、机组监视仪表等。

4.工作原理:

电力系统专用在线UPS的设计依据是高可靠、0间断，系统有四种不同运行模式:正常模式、直流模式、静态旁路模式、检修旁路模式。其原理图如下:

交流输入经过输入变压器和整流电路后与直流输入并联，在线逆变后经过输出隔离变压器给重要负载供电，平常工作时整流器输出端的直流电压略高于直流输入端的电压，因此，平常工作时并不消耗蓄电池的电力，一旦交流断电，直流电力自动给逆变器供电，因此交流输出仍保持不间断同样，万一直流断电，在交流电网有电时也不影响交流输出,因此实现了0间断的切换。另外,万一逆变器故障或过载,该电源也将自动切换到旁路电源上供电，旁路电源可由电网供电,也可由另外一台在线逆变电源供电，若用另外一台在线逆变电源供电，即实现了逆变器的冗余联接进一步提高了供电的可靠性。旁路供电回路除了具有静态开关切换电路外,还加入了旁路隔离变压器，以保证可靠供电，另外为保证维修时不间断供电，还增设了手动维修旁路开关（先合后离)。

(1).通常情况下，市电通过整流器给逆变器供直流电。逆变器重新产生一个与输入市电频率相位相同的正弦交流电输出给负载设备。

(2).市电故障。

a.在市电故障的情况下（例如断电或超差),系统利用蓄电池的储备能量,继续产生交流电力，确保不间断输出，在输出端看不出有任何的中断或变化。

b.在市电故障情况下，逆变器将会在电池耗尽时停止输出。这时UPS不能再提供电源了。逆变器电池供电的备用时间决定于电池容量和负载的大小。

c.当市电重新恢复时，逆变器再次通过整流器供电。

(3).自动旁路。a.如果逆变器无法输出所需功率(由于过载、过热等原因），旁路静态开关将会自动接通，令负载由旁路提供电压。若逆变器是由于过载引起的动作，UPS需关机才能复位。若逆变器是由于过热引起的动作，UPS将在温度低于报警点时跳回正常输出。

b.如果发生严重过载或短路，旁路保护开关或熔断器会由于保护UPS而断开。

c.如果机器在旁路状态时市电故障，负载将会发生掉电。因此，如果UPS工作在过载状态，负载将得不到保护。

d.关闭逆变器开关，再断开旁路输出空开，UPS系统将彻底关机。

(4).维修旁路

系统也可以通过后面板的手动维修旁路开关转到旁路状态。开关有两个位置:位置“Ⅰ”是“UPS供电”，位置“Ⅱ”是“维修旁路供电”状态(负载直连到旁路市电)。

5.UPS运行方式的规定

(1). UPS系统有四种不同运行模式:正常模式、直流模式、静态旁路模式、检修旁路模式。在UPS系统正常时，应采用正常模式运行;当工作主电源故障时，UPS自动切换至直流模式运行;当工作电源与直流电源均故障时，UPS自动切换至静态旁路模式运行。除了UPS系统故障造成停机或需要进行维护等情况外，应采用正常模式运行。

(2).启动UPS系统时，必须先关断各负载，待UPS系统启动后逐步投入负载，避免过大的负载冲击电流损坏UPS系统。UPS系统停机操作应待有关负载停止运行后方可进行。

(3).静态旁路模式运行时，负载不宜超过80%额定值，以达到稳压效率最高，可靠性最好。

(4)．UPS系统馈线柜严禁接入其他临时负载。

(5).机组大、小修或UPS系统检修后，应进行的试验

①.UPS系统由主电源供电切至直流电源供电;

②.UPS系统由直流电源供电切至主电源供电;

③.UPS系统由逆变器供电切至静态旁路供电;

④.UPS系统由静态旁路供电切至维修旁路供电;

⑤.UPS系统由维修旁路供电切至静态旁路供电;

⑥.UPS系统由静态旁路供电切至逆变器供电。

(6).如以上(5)的试验不成功或UPS系统运行参数不在正常范围，相应的机组不宜启动。

(7). UPS系统遇到: