直流操作电源在工厂中的选择与应用

于海东

摘 要 发电厂和变电站中的电力操作电源现今采用的都是直流电源，它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源，是当代电力系统控制、保护的基础。直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站，和其他使用直流设备的用户（如石化、矿山、铁路等），适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合。

关键词 直流电源 铅蓄电池 镍镉蓄电池

一、前言

变电所的控制、保护、自动装置、信号以及不間断电源等所需的直流电源，要求可靠，即在正常情况下和事故情况下应保证直流电源源的不间断供电。目前在变电所中所使用的直流操作电源，种类很多，常用的有铅酸蓄电池、整流式直流电源和碱性镉镍电池等。

二、直流操作电源的特点

铅酸蓄电池直流电源的最大优点是容量大、供电可靠，所以在发电厂、大型变电所（220kV及以上）得到广泛的应用。其缺点是维护管理复杂、安装占地面积大、使用寿命较短等。

整流式直流电源投资最省，安装简单，占地面积小。缺点是电源容量小、可靠性低，一般适用于35kV及以下不重要的变电所。

碱性镉镍蓄电池直流电源是80年代发展起来的新型直流电源。其特点是成套性强、安装维护方便、价格适宜、可靠性高、瞬间放电电流大、寿命长，因此在110kV及以下变电所已得到广泛的应用。

本文仅介绍以上三种常用直流操作电源供设计时选用。在设计时采用哪一种类型的操作电源，应根据变电所的大小，重要性以及投资情况、综合技术经济比较后确定。

三、直流系统的负荷及电压的选择

110kV及以下变电所，用于合闸、控制、保护、信号等，直流操作电源宜选用220V，以减小电缆、导线截面，节省有色金属。仅作控制、保护、信号用的直流操作电源电压，也可以采用110V或48V。电压低，要求的绝缘水平也低，可以提高运行的可靠性，同时减少了中间断电器线圈断线和接地故障。但是由于电压低，电缆截面加大，从经济比较看，一般采用220V电压较110V电压可节省较大的投资，110V电缆截面大约是220V电缆的4倍。

四、蓄电池的组数的选择

110kV及以下变电所无论是铅酸蓄电池组还是镉镍蓄电池组，宜选用一组蓄电池。只是对重要的大型变电所，才选用两组蓄电池，当一组蓄电池进行充放电试验时，另一组蓄电池投入运行，以保证直流系统不间断供电。

五、直流系统和直流屏

110kV及以下变电所直流系统及直流屏典型设计原则为：

直流系统一般采用220V或110V电压。

接线方式采用单母线分段接线。变电所蓄电池组一般不设端电池。

蓄电池组按CF型固定防酸隔爆式铅酸蓄电池进行编制。蓄电池容量规格为200、300、400、500、600、800、1000Ah。蓄电池个数根据直流系统电压等级而定，对220V取104～107个，对110V取52～53个。

直流配电屏的操作和保护设备采用空气开关或刀开关（组合开关）和熔断器。屏内母线为绝缘母线。直流系统应能承受5～10kA的短路电流。

每段直流母线上均应设绝缘监察和电压监察装置。

直流信号馈线有中间继电器（DZ-810/A型）监视及信号灯监视两种接线。采用自动空气开关时，馈线失电监视是利用自动空气开关的辅助接点和钮扣开关组成的信号系统来实现。

事故照明采用由直流母线直接供电，变电所一般无需装设事故切换装置。

直流配电屏和充电整流屏的结构采用封闭定型屏（高2260mm，宽800mm，深600mm）

六、直流系统电池的种类

目前常用直流系统的电池一般有铅酸电池与镉镍电池两种。两种电池原理不同，具体原理如下：

铅酸蓄电池

1859年法国普兰特（Plante）发现，由正极板、负极板、电解液、隔板、容器（电池槽）等5个基本部分组成。用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。

镉镍电池

二者均采用氧化镍或氢氧化镍作正极，以氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液，金属镉或金属氢化物作负极。金属氢化物电池为20世纪80年代末，利用吸氢合金和释放氢反应的电化学可逆性发明制成，是小型二次电池主导产品。

七、现状及结论

总之，铅蓄电池和镍镉蓄电池各有优缺点：铅蓄电池优点：造价低，无“记忆效应”；缺点：能（量）重（量）比很小，内阻大，自放电电流较大，维护复杂，需要有良好的通风环境（以免释放的氢气积聚引发火灾），抗震性能较差；镍镉蓄电池优点：内阻小，可大电流充放电，能量密度较高，耐过充，维护较简单，充放电循环次数较多；缺点：镉的排放会生态环境影响很大，记忆效应严重。

目前，国内普遍采用免维护的铅酸蓄电池。但部分国外工程，业主普遍要求选用镉镍电池，据了解镉镍电池，耐候性优越，抗冲击性能好，充放电完全、损失率小。

（作者单位：中冶东方秦皇岛研究设计院）