蓄电池组的直流电源供应

蓄电池是组成蓄电池组直流电源的最基本、最重要元件，其性能的好坏将直接影响发电厂和变电站直流系统的稳定运行。因此，应对蓄电池类型及组成原理等方面有所了解。

一、蓄电池的基础知识

蓄电池按电解液不同可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两种。比较常用的有铅酸蓄电池和镉镍碱性蓄电池。

（一）铅酸蓄电池

1.铅酸蓄电池的结构及类型

铅酸蓄电池由含有二氧化铅成分的正极板、金属铅负极板、硫酸电解液、隔板、测温及防爆元件、外壳等组成；正、负极板经引线输出直流电源。

（1）铅酸蓄电池的正负极板。依构造和活性物质化成方法可分为四类：涂膏式极板、管式极板、化成式极板、半化成式极板。涂膏式极板（涂浆式极板）由板栅和活性物质构成。板栅的作用为支撑活性物质和传导电流、使电流分布均匀，板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金；正极活性物质主要成分为二氧化铅，负极活性物质主要成分为绒状铅。

（2）隔板。电池用隔板是由微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材料制成的。其主要作用是：防止正负极板短路；使电解液中正负离子顺利通过；阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。

（3）电解液。它的作用是传导电流和参加电化学反应。电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，其纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。

（4）电池壳、盖。一般由塑料和橡胶材料制成，它是装正、负极板和电解液的容器。

（5）排气栓。一般由塑料材料制成，对电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化，同时可以将充电时电池内产生的气体排出电池，避免电池产生危险。电池使用前，必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺穿，以保证气体溢出通畅。

蓄电池除上述部件外，还有链条、极柱、鞍子、液面指示器等零部件。

铅酸蓄电池产品有防酸隔爆式固定铅酸蓄电池（GF型、GGF型、GGM型、消氢式GGM型等）和全密封阀控式免维护铅酸蓄电池。

阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Battery（简称VRLA电池）。它在使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾；电池盖上设有单向排气阀（也叫安全阀），当电池内部气体量超过一定值（通常用气压值表示）时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。

目前，大型发电厂和变电站广泛使用的是免维护铅酸蓄电池。

2.铅酸蓄电池原理

当铅酸蓄电池正、负极板分别与外加直流电源的正、负极对应相连，且外加直流电源的电压高于蓄电池的电势时，蓄电池内部有充电电流，充电电流从正极板流向负极板。蓄电池充电时正、负极板化学反应式如下：

则正、负极板总化学反应式为

蓄电池充电时，其正、负极板上的物质与硫酸电解液化学反应，将电能转换成化学能储存，电解液浓度上升。

当铅酸蓄电池正、负极板外加直流负荷对外放电时，蓄电池内部的放电电流从负极板流向正极板。蓄电池放电时正、负极板化学反应式如下：

正、负极板总化学反应式为

蓄电池放电时，其正、负极板上的物质与硫酸电解液化学反应，将化学能转换成电能供直流负荷用电，消耗了硫酸，析出水，所以电解液浓度下降，比重降低。

由铅酸蓄电池原理分析可知，酸蓄电池充、放电过程是一个可逆的化学反应过程，其可逆化学反应式为

铅酸蓄电池在其充、放电时，电解液浓度发生变化，同时伴随氧气、氢气及硫酸气体产生；在日常维护时，需对铅酸蓄电池进行补酸、环境通风，蓄电池室需设较复杂的防酸和防爆设施，以防止环境污染及气体爆炸现象发生。因此，铅酸蓄电池使用寿命短，运行维护工作量较大。但铅酸蓄电池端电压较高、冲击放电电流较大，常用于向断路器跳、合闸的冲击负荷供电。

3.铅酸蓄电池部分主要技术指标及电气特性

（1）放电率。蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位为h。铅酸蓄电池以10h为正常放电率，而镉镍碱性蓄电池以5h为正常放电率；铅酸蓄电池放电率小，放电电流大，它与蓄电池的容量密切相关。

（2）蓄电池的容量（Q）。它是蓄电池蓄电能力的重要标志，一般分为额定容量和实际容量两种。

额定容量是指充满电的蓄电池在25℃时，以正常放电率为时间所放出的电能，即

式中　QN——蓄电池的额定容量，A·h；铅酸蓄电池也可以用C10（A·h）表示，镉镍碱性蓄电池也可以用C5（A·h）表示；

IN——额定放电电流，即放电率所对应的放电电流值，A；

tN——放电至终止电压的时间，即正常放电率，h。蓄电池的实际容量指充满电的蓄电池非额定工况条件下，放出的电能，即

式中　Q——蓄电池的实际容量，A·h；

I——实际放电电流，A；

t——放电终止电压的实际时间，h。

蓄电池实际容量与放电电流的大小关系密切，以大电流放电，到达终止电压的时间就短；以小电流放电，到达终止电压的时间就长。通常用放电率来表示放电至终止电压的快慢。放电率可用放电电流表示，也可用放电终止电压的时间来表示。

例如：额定容量为21.6A·h的蓄电池，若用电流表示放电率，则为21.6A率；若用时间表示，则为10h率。如果放电电流大于21.6A，则放电时间就小于10h，而放出的容量就要小于额定容量。若以2h放电率放电，达到终止电压所放出的容量只有额定容量的60％，即130A·h左右；若放电电流小于21.6A，则放电时间就大于10h，此时放出的容量就允许大于额定容量。

正常时，蓄电池不允许以过大的电流放电；但在几秒钟的短时间内，可以承受较大的冲击电流。例如：电磁操作机构的断路器在合闸操作瞬间，需要直流电源提供较大的能量。蓄电池都有其允许的最大放电电流值及对应允许的放电时间，一般不超过为5s。

（3）充电特性。当蓄电池端以恒定不变的电流（10h充电电流）进行连续充电时，其端电压与充电时间的关系如图2-3所示。

铅酸蓄电池电压在充电过程中分三个阶段变化。在充电初期，正、负极板上立即有硫酸析出，电解液密度骤增，蓄电池的电势也随之快速上升；要维持恒定充电电流不变，电压在短时间内必须急剧升高，如图2-3中曲线12段。在充电中期，电解液比重的增加与扩散速度趋于平衡，蓄电池的电势增加缓慢；同时电解液内电阻逐渐减小，要维持恒定充电电流不变，只要缓慢增加外加电压，如图2-3中曲线23段。在充电末期，正、负极板上的硫酸大部分还原成二氧化铅和铅，同时大量的水被电解，正、负极板上释放氧气和氢气，使内电阻增加，要维持恒定充电电流不变，外加电压必须升高，如图2-3中曲线34段和45段。当到达曲线上5点，正、负极板上的有效物质已全部还原，电解液呈现沸腾现象，充电的能量用于电解水，充电时间无论多长，蓄电池的充电电压不再升高，电压稳定在2.7V左右，充电可以停止。

蓄电池停止充电后，由于无充电电流，其端电压立即降为2.3V；此后，随着正、负极板中电解液扩散，密度逐渐下降，蓄电池内部电解液比重均匀，蓄电池的电势变为2.06V左右稳定，即到达曲线上6点。

（4）放电特性。当蓄电池端以恒定不变的电流（10h放电电流）进行连续放电时，其端电压与放电时间的关系如图2-4所示。

图2-3　蓄电池端电压与充电时间的关系曲线

图2-4　蓄电池端电压与放电时间的关系曲线

铅酸蓄电池电压在放电过程中分三个阶段变化。在放电初期，正、负极板上电解液密度骤减，蓄电池的电势也随之快速下降；要维持恒定放电电流不变，电压在短时间内必须急剧降低，如图2-4中曲线12段。在放电中期，极板上生成的水与渗入电解液量趋于平衡，电解液比重下降速度变缓，蓄电池的电势也随之下降缓慢；同时电解液内电阻逐渐增大，电压缓慢下降，如图2-4中曲线23段。在放电末期，极板上的有效物质大部分还原成硫酸铅，硫酸铅把极板上的细孔堵塞，使电解液很难渗入细孔内，同时内电阻迅速增加，于是蓄电池电压也迅速下降，如图2-4中曲线34段。当到达曲线上4点时，电压为1.8V左右，放电可以停止。如果继续放电，极板细孔内已无电解液，几乎全变成水，电势急剧下降，同时内电阻迅速增加，蓄电池的端电压快速降低，如图2-4中曲线46段。

蓄电池在曲线上4点停止充电后，由于无放电电流，其电势立即上升；此后，随着正、负极板中电解液的渗入，比重逐渐上升，蓄电池的电势回升到2.0V左右，即到达曲线上5点。

（5）放电终止电压。它指蓄电池放电时，其端电压急剧下降到临界电压值，即如图2-4中曲线上4点的电压值。铅酸蓄电池规定的终止电压为1.8V，镉镍碱性蓄电池规定的终止电压为1.00V。

（6）自放电。充满电的蓄电池在空载运行时（或存放期间），由于自身原因发生电能损失现象称为自放电。自放电产生的主要原因为：电池极板含有杂质，在极板上形成局部小电池的两极，小电池的两极形成短路回路，由此产生短路电流使蓄电池自放电；其次，蓄电池中电解液各处密度不同，使电池极板各处产生的电势大小不等，在电池正、负极间又发生蓄电池自放电。自放电会使电池极板硫化（蓄电池长期处于放电或半放电状态，极板上就会生成一种白色的粗晶粒硫酸铅，正常充电时它不能转化为二氧化铅和绒状铅，这称为硫酸铅的硬化，简称硫化）。为防止电池极板硫化，一般发电厂和变电站对蓄电池定期进行均衡充电，补充因自放电造成的电能损失。

均衡充电是蓄电池组的特殊充电运行方式。在蓄电池组完成经常充电后，再延长充电时间，并以恒压充电；其恒压值高于经常充电电压，充电时间与均衡充电电压有关。另外，蓄电池组在长期使用期间，由于整流充电设备调整问题而产生低浮充电电压，或者整流充电设备监测仪表不准确等原因，使个别蓄电池未充满电。若不采取措施，将影响蓄电池效率和使用寿命。因此，也必须采用均衡充电方式，使每节蓄电池恢复充满电状态。

（二）镉镍碱性蓄电池

镉镍碱性蓄电池由氧化镍成分的正极板、金属镉负极板、隔板、电解液及密封外壳等组成。其中，正负极之间隔膜栅状板一般由热缩性塑料注射而成；电解液一般为氢氧化钾；外壳有铁质和塑料外壳两种。

镉镍碱性蓄电池工作原理与铅酸蓄电池相似。当外加直流电源充电时，电池将电能转换成化学能存储；当外加直流负载放电时，电池将化学能转换成电能向直流负载供电。

根据放电电流与镉镍碱性蓄电池的额定容量C5（A·h）关系分为低倍频型、中倍频型、高倍频型和超高倍频型四种类型。低倍频型镉镍碱性蓄电池的放电电流不大于0.5C5（A），中倍频型在（0.5～3.5）C5（A）之间，高倍频型不大于7C5（A），超高倍频型大于7C5（A）。超高倍频型镉镍碱性蓄电池的内阻小，瞬时放电倍率高达20～30。

镉镍碱性蓄电池具有对环境污染小（产生腐蚀性气体少）、使用寿命长、体积小及维护工作量小等优点，但其价格较贵，具有放电电流较小等缺点。中、小型发电厂的辅助车间和110kV以下的变电站一般采用中倍频型镉镍碱性蓄电池。

二、铅酸蓄电池组的直流电源

1.铅酸蓄电池组的直流电源组成

直流系统为双母线接线的蓄电池带端电池的直流电源系统如图2-5所示。它是由充电设备U1、蓄电池组GB、浮充电设备U2、相应的刀开关和监测量仪表等组成。

电源系统每组直流母线上各接一套电压监察装置和闪光装置，两组直流母线Ⅰ和Ⅱ公用一套绝缘监察装置。以上三套装置，我们将在本章的第四节介绍。每组直流母线上又接有控制、信号馈线与动力馈线。其中，控制、信号馈线向发电厂和变电站的控制、信号、测量、继电保护、自动装置、计算机监控系统等负荷供电；动力馈线向断路器合闸回路、事故照明，以及锅炉、汽轮机事故保安负荷等负荷供电。

图2-5　蓄电池组带端电池的直流电源系统

（1）充电设备U1和浮充电设备U2。两组直流母线Ⅰ和Ⅱ公用一套充电设备和浮充电设备，它们既可作为向蓄电池组充电的电源设备，又可作为蓄电池组定期放电的电路，即逆变型的整流设备。正常运行时，它们向母线上的全部直流负荷供电。

充电设备和浮充电设备一般由整流变压器、整流电路、滤波器及控制回路等组成，如图2-6所示。其输出的直流电压和电流连续可调，并具有稳压和稳流功能。，

图2-6　充电设备组成框图

（2）蓄电池组GB。经刀开关QK1和QK2使两组直流母线Ⅰ和Ⅱ公用一套蓄电池组。在充电设备和浮充电设备事故情况下，蓄电池组既可作为向重要直流负荷供电的电源；在正常运行时，又可作为维持直流母线电压恒定不变的电源。

图2-5中的蓄电池组由n0节基本电池和n′节端电池组成。当蓄电池组被充满电时，接入直流母线的多节电池组成基本电池；当蓄电池组放完电时，接入直流母线的多节电池组成蓄电池组总节数n，则端电池节数n′=n-n0。

蓄电池组在充电、放电过程中，通过调整接入直流母线的端电池节数，维持直流母线电压恒定。蓄电池组在充电过程中，直流母线电压要升高，此时要减少接入直流母线端电池节数，抑制母线电压的升高；蓄电池组在放电过程中，直流母线电压要下降，此时要增加接入直流母线端电池节数，限制母线电压的下降。而基本电池不参加调整。通过端电池调整器可以调整端电池节数。

端电池调整器的工作原理如图2-7所示。一排相互绝缘的固定金属片4，分别与每节端电池的端子相连接；两个可动触头1和2分别被放电手柄S1和充电手柄S2带动，当可动触头由一个金属片移至相邻的另一个金属片时，接入直流母线的端电池节数发生了变化，即增加一节端电池，并完成了一次调整过程。为防止在调整过程中造成电池回路开路，先使触头1和2跨接在相邻的两个金属片上，电池回路通过电阻R连接，再断开触头1。端电池调整器既可以手动控制，也可以远方电动控制。

近年来，已投入运行的大型机组和超高压变电站蓄电池组直流系统，一般均不设置端电池。因为带端电池的直流蓄电池组主要存在下列问题：

图2-7　端电池调整器示意图

1、2—可动触头；3—电阻；4—固定金属片

1）正常运行时，对不接入直流母线的部分端电池，因自放电和维护不当而导致硫化，影响端电池的使用寿命。

2）端电池的存在，既增加配套设备（例如：端电池调整器等设备），又使蓄电池组引出电缆增多，接线复杂化。另外，国内制造的端电池调整器容量不能满足大容量直流系统的供电要求。(www.xing528.com)

（3）监测量仪表。电压表PV2和电流表PA3用以监视充电设备U1输出端电压和电流。电压表PV3和电流表PA4，用以监视浮充电设备U2输出端电压和电流。电压表PV1用来监视蓄电池组端电压；电流表PA1为双向电流表，用以监视蓄电池组充电和放电电流；电流表PA2用来监测蓄电池组浮充电电流，正常时被接触器KM常闭触点短接；当按下按钮SB使接触器KM失磁，其常闭触点断开，自动将PA2表接入蓄电池组主回路，此时通过读取其数值，监测蓄电池组浮充电电流大小。

2.蓄电池组的运行方式

蓄电池组的运行方式有充电放电方式和浮充电方式两种。其中，发电厂和变电站的蓄电池组普遍采用浮充电方式运行。

（1）充电放电运行方式。其接线图如图2-8所示。蓄电池组充电时，检查端电池调整器的放电手柄S1和充电手柄S2均在蓄电池组最右端，全部蓄电池都接入；合上双投刀开关QK1，使其触点1-2、3-4接通，蓄电池切换至Ⅰ组母线上；合上双投刀开关QK3，使其触点5-6接通；调整充电设备U1输出电压，使其输出电压略高于直流母线电压1～2V，则充电设备U1以I1大小电流对蓄电池组进行充电。在充电过程中，充电设备U1除了向蓄电池组提供电源外，还承担直流母线上的全部直流负荷。

在充电过程中，蓄电池端电压逐渐上升，充电电流逐渐减小，为了维持恒定的充电电流，需不断地提高充电设备U1的端电压；同时为了保持直流母线的正常工作电压，必须2-3、将放电手柄S1向左逐渐移动，来减少接入母线上的蓄电池数目。放电手柄S1左移后，使流过接入两个手柄之间的端电池的充电电流增大为I1+I2，I2为直流母线上的全部直流负荷电流。为了防止端电池过充电，在充电过程中，应将充电手柄S2逐渐向左移动，将充好电的端电池停止充电。

图2-8　充电、放电运行方式的蓄电池接线图

充电末期时，每节蓄电池的端电压约为2.7V，放电手柄S1已移到最左位置，此时接入母线上的蓄电池就是不参加调节的基本电池。对于额定电压为220V的直流系统，其直流母线的额定电压为230V，则发电厂和变电站的基本电池的节数为

式中　n0——基本电池节数；

Um——直流母线的额定电压，V。

（2）放电运行方式。此方式将充满电的蓄电池带全部直流负荷运行，使蓄电池处于放电状态。放电运行方式如图2-8所示。

蓄电池放电的最初阶段，放电手柄S1和充电手柄S3处于端电池的最左端；拉开双投刀开关QK3，使其触点1-2、2-3、4-5、5-6均断开；合上刀开关QK1，使其触点1-2和3-4接通；则蓄电池组接入Ⅰ母线，将已充好电的蓄电池组带全部直流负荷运行。

在放电过程中，蓄电池的端电压要降低，为了保持母线电压恒定，要经常将放电手柄S1向右移动，用以增加蓄电池接入母线的数目。

充电设备输入交流电源系统可能发生故障，为了保证直流系统供电的可靠性，在蓄电池放电到额定电压的75％～80％（未放电至终止电压）时，就停止放电，准备充电。因此，蓄电池组到放电末期时，对于发电厂，放电末期每节蓄电池的电压为1.75V；对于变电站，放电末期每节蓄电池的电压为1.95V。此时，放电手柄S1移到最右端，将全部蓄电池（包括基本电池和端电池）均接入直流系统，以维持母线直流电压恒定。

对于额定电压为220V的直流系统，其直流母线的额定电压为230V，则全部蓄电池组节数n为：

蓄电池组的端电池节数为：

式中　n——蓄电池总数；

Um——直流母线的额定电压，V。

可见，放电手柄S1的作用是当蓄电池端电压变化时，调整端电池的接入数目，用以维持直流母线工作电压恒定。充电手柄S2的作用是在充电时，将已充满电的端电池退出充电运行状态。另外，充电放电运行方式操作频繁，蓄电池容易老化损坏。所以，发电厂和变电站中很少采用充电放电运行方式。

（3）浮充电运行方式。此方式将充好电的蓄电池与充电设备并联运行，此运行方式的充电设备称为浮充电设备；浮充电设备除了向母线上的经常性直流负荷供电外，同时还以较小的浮充电流向蓄电池浮充电，以补偿蓄电池的自放电损耗，使蓄电池经常处于充满电状态。出现短时较大负荷时（如断路器合闸、许多断路器同时跳闸、直流电动机启动），主要由蓄电池承担向短时较大的冲击负荷供电的任务，而浮充电设备只能提供略高于其额定输出的电流。当浮充电设备的输入交流电源故障时，所有直流负荷完全由蓄电池供电。

蓄电池浮充电运行时，如图2-5所示。刀开关QK2合闸，其触点1-2、3-4接通，蓄电池切换至Ⅱ组母线上；双投刀开关QK4合闸，其触点2-3、5-6接通；此时浮充电设备U2与蓄电池并联运行。浮充电设备U2除了向Ⅱ组母线上的经常性直流负荷供电外，同时还较小的浮充电流向蓄电池GB浮充电。刀开关QK3合闸，其触点1-2、4-5接通，充电设备U2切换至Ⅰ组母线上，并承担全部直流负荷的供电任务。

蓄电池浮充电运行方式，既提高了直流系统供电的可靠性，又大大减少了充电次数，提高了蓄电池的使用寿命，所以得到了广泛应用。

三、镉镍蓄电池组的直流电源

1.镉镍蓄电池组的直流电源组成

如图2-9所示，镉镍蓄电池直流系统由蓄电池组、充电设备、浮充电设备和相应的开关及监测仪表等组成。

蓄电池组GB不带端电池，它经电压调整器V接入直流母线，并向控制及信号负荷供电，直流母线接有电压监视继电器K1、绝缘监察装置、电压监察装置及闪光监察装置；而直流母线上的动力负荷（例如：合闸馈线、事故照明负荷）直接由蓄电池组供电。

图2-9　镉镍蓄电池直流系统

浮充电设备由隔离变压器T1与其输入电源监视继电器K2、T1输出监视指示灯HL1、单相桥式整流器U1与其输出监视电压表PV3、U1整流输出电压继电器KV等组成；浮充电设备的作用与铅酸蓄电池组相同。

充电设备由隔离变压器T2与其输出监视指示灯HL2、充电电流调整器T、单相桥式整流器U2与其输出电压表PV1、充电电流表PA1等组成。

2.镉镍蓄电池组的运行方式

镉镍蓄电池组与铅酸蓄电池组相同，也有两种运行方式，即充电或浮充电方式。而QK5为镉镍蓄电池GB充电或浮充电切换双投开关。

（1）蓄电池充电。如图2-9所示，蓄电池GB充电时，双投开关QK5置充电位置，即2-3、5-6触点接通，使充电整流器U2经限流电阻R10向蓄电池GB充电，并利用电压表PV1和电流表PA1监视充电电压和充电电流，其大小可由充电电流调节器T和限流电阻R10进行调节。

（2）蓄电池浮充电运行。此时，双投开关QK5置于浮充电位置，即1-2、4-5触点接通，浮充电整流器U1经电压调整器V和开关QK4向控制与信号负荷供电，同时以小电流向蓄电池充电；电压调整器V由若干个串联二极管和转换开关SA等组成，镉镍蓄电池组在浮充电和放电末期端电压变化大，通过调整串联二极管的数量，维持直流母线电压在允许的变化范围内。对电压调整器及内装串联二极管数量的控制，分为手动控制和自动控制两种，如图2-9所示。

1）手动控制。通过转换开关SA来控制相应数量的二极管短接或接入。当直流母线电压低于允许值时，可根据降低的幅度，通过操作转换开关SA，可以短接一定数量的二极管，以达到提高输出电压的目的。

2）自动控制。当浮充电设备隔离变压器T1的输入电源电压下降或消失时，继电器K2失磁；K2常闭触点闭合，蓄电池组经电压调整器V接入直流母线，并向控制及信号负荷供电，同时启动中间继电器KC；KC的常开触点闭合，将电压调整器V中的二极管全部短接；同时，KC的常开触点经手动开关S10电铃HAU带电，并发出音响信号。拉开开关S10可解除音响信号。按钮SB用来复归中间继电器KC。当T1的输入电源电压恢复时，继电器K2励磁，K2常闭触点断开，蓄电池组停止向控制及信号直流母线供电，改为浮充电设备向控制及信号直流母线供电。

（3）当直流母线电压下降时，母线电压监视继电器K1失磁，其常闭触点闭合，启动信号系统，发出“直流母线电压下降”信号。

镉镍蓄电池直流系统适用于110kV及以下电压等级的发电厂和变电站。

四、蓄电池组数的确定

发电厂和变电站的蓄电池组数按下列因素确定：

（1）为了满足继电保护和断路器的跳闸回路“双重化”供电要求，大容量发电厂和超高压变电站一般设置两组及以上的蓄电池组。大容量发电厂和超高压变电站中重要的一次设备均配置双套保护装置，每套保护装置的直流分别由两组蓄电池组电源供电；当一次系统发生短路故障时，保证至少一套保护装置正确动作，使断路器可靠跳闸，切除故障设备。

（2）对采用单元控制方式的大容量发电厂，按单元每台机组均设置蓄电池组，向本台机组的直流负荷供电，使各单元控制室直流电源系统相互独立，互不影响。在发电厂网络控制室也设置蓄电池组，向高压配电装置的直流负荷供电。

（3）大容量发电厂的直流动力负荷和控制、信号负荷分别设置不同的蓄电池组。因为大容量发电厂的直流动力负荷（断路器的合闸回路）功率较大，如果直流动力负荷和控制负荷由同一蓄电池组供电，将对控制负荷产生不良影响。例如：断路器在合闸瞬间，引起直流母线电压波动，将影响保护、信号回路的正常运行。

（4）SDJ1—84《火力发电厂设计技术规程》规定：

1）对采用主控制室控制方式的发电厂，发电机台数为三台及以上且总容量为100MW及以上时，宜设置两组蓄电池组。直流动力负荷和控制负荷分别由不同的蓄电池组供电，否则，设置一组蓄电池组，并同时向直流动力负荷和控制负荷供电。

2）对采用单元控制室控制方式的发电厂，且单机容量在100～125MW之间时，每台机组设置一组蓄电池组。单机容量在200～300MW之间时，每台机组设置两组蓄电池组，直流动力负荷和控制负荷分别由各自的蓄电池组供电。单机容量为600MW的机组，每台机组设置三组蓄电池组；其中，两组蓄电池组向控制负荷供电，一组蓄电池组向直流动力负荷和直流事故照明负荷供电。

（5）SDJ2—88《变电所设计技术规程》规定：500kV及以上的超高压变电站宜设置两组蓄电池组；当有弱电直流负荷时，还应设置两组48V蓄电池组。对220～330kV的变电站，一般设置一组110V或220V蓄电池组。

五、单机容量为600MW的发电厂蓄电池组直流电源系统组成实例

1.主厂房直流系统

每台机组装设三组蓄电池组。其中，一组为220V蓄电池组，两组为110V蓄电池组。110V直流系统供控制、保护、测量及其他控制负荷用电；220V直流系统供事故照明，动力负荷和UPS电源等负荷用电。

主厂房110V直流电源系统如图2-10所示。直流系统采用单母线分段接线，每段直流母线各配置一组110V蓄电池组阀控式免维护铅酸蓄电池（型号GFM-1500Ah），每组52只蓄电池。两段直流母线配置一套直流监控装置，110V直流系统安装电压与绝缘监察装置。每台机组的两组110V蓄电池组以浮充电方式正常运行（浮充电压2.15V，均衡充电电压2.25V），配置三套容量完全相同的高频电源开关整流充电装置，整流装置的充电模块按N+1（40×11）冗余配置。其中，一套工作充电器和一套备用充电器的交流电源均从1号机400V保安A段引接，另一套工作充电器的交流电源从1号机400V保安B段引接。正常运行时，充电器由厂用电供电；厂用电源消失时，由接在保安段母线上的柴油发电机供电，以保证直流系统供电的可靠性。

图2-10　600MW机组主厂房110V直流电源系统

主厂房220V直流电源系统如图2-11所示。直流系统采用单母线分段接线，每段直流母线各配置一组220V蓄电池组阀控式免维护铅酸蓄电池（型号GFM-1500Ah），每组104只蓄电池。两段直流母线配置一套直流监控装置，220V直流系统安装电压与绝缘监察装置。每台机组的两组220V蓄电池组以浮充电方式正常运行（浮充电压2.15V，均衡充电电压2.25V），配置三套容量完全相同的高频电源开关整流充电装置，整流装置的充电模块按N+1（40×11）冗余配置。其中，一套工作和一套备用充电器的交流电源均从1号机400V保安A段引接，另一套工作充电器的交流电源从1号机400V保安B段引接。正常运行时，充电器由厂用电供电；厂用电源消失时，由接在保安段母线上的柴油发电机供电，以保证直流系统供电的可靠性。

图2-11　600MW机组主厂房220V直流电源系统

2.升压站直流系统

随着电力技术的发展，许多新投产的600MW机组大电厂不设网络控制楼，网络控制室设置在主厂房单元控制室内，仅在升压站设置继电器室，升压站直流系统为单母线分段接线的110V直流系统，作为升压站设备的控制和保护用电源。设两组蓄电池（GFM-800Ah，每组51只），两组蓄电池设置两组容量完全相同的高频开关整流装置作为充电电源，整流模块为N+1冗余配置，额定电流为150A。该系统设有两套微机电池巡检仪以及电压绝缘监测装置。直流屏包括联络屏、充电器屏、直流馈电屏。

有的电厂不单独设置一套升压站的直流系统，只在继电器室设直流分屏，由来自主厂房两台机组的各自独立直流系统两路供电，以保证升压站继电器室内设备在正常和事故情况下正确工作。

3.脱硫直流系统

在脱硫系统设置一组220V蓄电池组，作为脱硫系统设备的控制和保护电源。220V蓄电池组采用阀控式免维护铅酸蓄电池。蓄电池组正常以浮充电方式运行。脱硫系统一组220V蓄电池组设置一组高频开关整流装置。高频开关整流装置的充电模块按N+1冗余配置。

4.远离主厂房辅助车间直流系统

一般配置各自独立的成套蓄电池直流电源屏。特别是新建的发电厂，广泛采用微机控制高频开关直流柜，作为自动控制与保护、动力、仪器仪表、信号、通信和事故照明等的操作电源。与传统的直流电源相比，高频开关电源具有稳压、稳流精度高、体积小、重量轻、效率高、输出纹波及谐波失真小、自动化程度高及可靠性高等优点；同时配有智能直流接地检测仪、智能蓄电池监测系统，保证系统运行安全、可靠，维护方便。

高频开关直流柜组成按功能分为交流输入单元、充电单元、集中监控单元、电压调整单元、智能绝缘监察单元、直流馈电回路、蓄电池组和智能蓄电池组监测系统等；按屏分为充电柜、进线柜、馈线柜和电池柜。

（1）充电单元。它由两个以上的高频开关电源模块组成，高频开关电源模块采用N+1冗余方式组合，以并联方式组合供电。

（2）集中监控器单元。监控器是直流系统的智能监控管理单元，负责对直流电源系统各单元运行状态与数据的采集、显示及系统单元运行参数的设定，并控制各单元的正常运行；集中监控采用高性能单片机作为主机，大屏幕液晶汉字显示。

（3）交流输入单元。它为充电单元提供交流输入电源，通常由两路AC380V/50Hz的交流电源经互投电路手动或自动选择一路向充电单元供电；交流输入单元含有防雷电路和三相输入状态监视电路，当有雷击发生时，通过防雷电路保护使充电电源免受损坏；当交流电源发生缺相或失压故障时，输入状态监视电路启动，点亮光字牌进行报警；同时把故障信号通过集中监控器送往后台和远方遥信装置。

（4）电压调整单元。蓄电池组的浮充电电压高于直流母线电压是不允许的，必须采用电压调整装置进行调压。电压调整装置一般采用多级硅链结构，它具有自动、手动两种调压方式。正常运行时，将转换开关置于自动位置，装置处于自动调压状态，这时调压装置实时检测控制母线电压，并与设定值进行比较，根据比较结果，控制硅链的投入级数，保证直流母线的电压调节范围；当装置处于手动调压状态时，通过转换开关处于不同的位置；使相应的执行继电器动作，实现投入或切除各级硅链，从而保证直流母线的电压调节范围。

（5）智能绝缘监察单元。其功能是对直流母线电压和母线对地绝缘电阻进行测量，若超出正常范围时，发出报警信号；巡检各馈线支路绝缘电阻；具备通信功能，实现无人值守。

（6）直线馈线回路。它是直流系统通过合闸母线和控制母线对下级负荷供电的回路；回路的数量和容量通常由用户根据变电站的具体情况给出，构成馈线柜。

（7）蓄电池组。根据不同的电压等级要求（110VDC/220VDC），蓄电池组由若干个电池串联组成。正常运行状态下，充电单元对蓄电池组成进行浮充电；当厂站用交流电中断的情况下，直流电源由蓄电池组提供。

（8）智能蓄电池组监测单元。监测系统能在线监测电池组及每个电池的端电压，静态测量电池组容量；保证了蓄电池组可靠运行，同时具有远程通信功能，实现变电站无人值守。

高频开关直流柜基本工作原理为：正常情况下，由充电单元向蓄电池组进行浮充电的同时，又向经常性负荷供电；当动力负荷需要较大冲击电流（比如断路器分/合闸）时，冲击负荷超过高频开关电源柜的额定电流值，母线电压下降，蓄电池开始放电；冲击负荷退出后，由高频开关电源柜给蓄电池组补充电直到充满为止；当厂站用电交流电中断的情况下，由蓄电池组单独供电。