第8章 直流系统.docVIP

第8章 直流系统 8.1 直流系统的概述及工作原理 8.1.1 直流系统的概述： 在发电厂中，为了保证控制回路、继电保护、自动装置、UPS、事故照明及直流电动机负荷的连续、可靠工作，必须装设性能可靠的直流系统。 我厂的直流电源系统遍布厂区的每个角落，直流电源经过各配电箱进入每个厂用电配电屏及控制柜、继电保护屏等直流用户。在我厂的直流电系统中，配有220V、110V及48V三种电压等级的直流电源，其中机组用直流电源有220V、110V及48V三种电压等级；外围设备如循环水泵房、水处理及灰处理则采用110V电压等级的直流系统；超高压配电室（GIS）采用220V及48V电压等级的直流系统。每个系统均有一个配电网络。 对各种电压等级的直流电源，其作用总结如下： 1. 220V电压等级的直流电源主要供厂用直流电机（如汽机直流润滑油泵、发电机直流密封油泵及锅炉直流扫描风机）、不停电电源系统（UPS）及事故照明。GIS系统的220V直流电源主要供500KV开关的控制及继电保护。 2. 110V电压等级直流电源主要供开关的控制回路、继电保护及发电机的起励电源。 3. 48V电压等级直流电源主要供热工回路及电气的远方控制回路。 直流系统主要包括充电器及蓄电池两大部分。我厂直流系统中采用两种类型的蓄电池，分别是：GIS系统中的220V及48V直流系统的蓄电池采用镍镉蓄电池组，属于碱性蓄电池。其他的直流系统的蓄电池则采用铅酸蓄电池组，属于酸性蓄电池。 8.1.2 直流系统的工作原理 直流系统的工作原理主要分充电器的工作原理及蓄电池的工作原理进行分析，而蓄电池的工作原理则以酸性蓄电池的工作原理进行分析。 1. 充电器的工作原理 充电器的工作原理简图如下页所示。交流电源经过变压器后经六脉冲可控硅整流桥进行全波整流，然后经过电感及电容组成的滤波回路滤除交流成份后供给直流母线负荷及蓄电池的充电电流。 充电器由微处理器控制，通过控制单元的充电功能模块进行监视及控制。充电功能模块接收系统输出的各个测量值及向触发脉冲功能模块提供控制信号来控制可控硅的导通、截止及调节信号。 充电器原理简图 图中可控硅的RC回路用来抑制可控硅的操作过电压，直流侧的LC回路用来抑制电压、电流的突变。 1. 蓄电池的工作原理 每个蓄电池主要由正、负极板，电解液及容器组成。一般采用塑料作材料。蓄电池的正极板是表面式的铅板，上面有棱角凸起，以增大极板与电解液的接触面积。负极板为匣式结构的铅板，匣式铅板中间有较大的栅格，内部充以有多孔性的有效物质，通常是铅的氧化物、铅粉及稀硫酸调成的浆状混合物。为了防止多孔性物质的脱落，负极板的两边用有孔的薄铅皮封盖。极板在工厂经化学处理后，正极板表面为二氧化铅，负极板表面为海绵状的铅棉，而电解液则采用稀硫酸溶液。 为了分析蓄电池的工作原理，下面则以放电及充电的两个过程的化学反应来分析蓄电池是如何实现电能与化学能的相互转换。 （一）放电过程 在蓄电池放电时，放电电流在蓄电池内部是由负极流向正极，即稀硫酸电离出来的H+向正极移动，而SO42— 向负极移动。其正、极板上的化学反应过程分别是： 正极板上：PbO2+2H++H2SO4+2e(得到两个电子) → PbSO4+2H2O 负极板上：Pb+SO42- → PbSO4+ 2e(释放两个电子) 总反应式为：PbO2+Pb+2H2SO4 → 2PbSO4+2H2O 由以上的反应式可以看出，在整个放电过程中，正、负极板上都变成了PbSO4，消耗了电解液（H2SO4），并生成了水（H2O），从而使电解液稀释，比重下降。同时又因PbSO4的电阻大，所以在放电时，蓄电池的内阻将逐渐增大，端电压下降。 （二）充电过程 在充电过程中，蓄电池中流过的电流方向与放电时相反，正、负极板上的PbSO4和电解液中的水被分解。其正、负极板上的化学反应方程式分别表示如下。 正极板上：PbSO4+2H2O → PbO2+2H++H2SO4+2e(释放两个电子) 负极板上：PbSO4+2e(得到两个电子) → Pb+SO42- 总反应式为： 2PbSO4+2H2O → PbO2+Pb+2H2SO4 因此在充电过程中，正、负极板上的PbSO4分别被还原成PbO2和Pb，电解液的比重增大，同时蓄电池的内阻减小，因而端电压升高。 在蓄电池的充电阶段实现了电能向化学能的转化，而在放电阶段又实现了化学能与电能的转化。 蓄电池的端电势可用如下的表达式表示： E=0.85+d （式中的d表示电解液的比重、0.85表示铅酸蓄电池的电势常数） 从上式可以看出，蓄电池的电势与极板的大小、电解液的多少及容器的大小无关。同时还需指出，实际上蓄电池的端电势除与电解液的比重有关外，还与电解液的温度有关，