CN107612138A - 一种低压直流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压直流系统。现有的直流系统不能保证在直流负载不失电的情形下实现对蓄电池组的断电检修。本发明包括三相交流电源、双电源切换装置和蓄电池组，所述的三相交流电源包括一路主电源和一路备用电源，所述的蓄电池组为两组相同的110V蓄电池组，所述的两组110V蓄电池组并联后与一DC110V的直流母线相连，所述DC110V的直流母线通过多个DC/DC升压装置分别与两段DC220V的直流母线相连，通过DC/DC升压装置实现升压；所述的两路三相交流电源与双电源切换装置互联，再供给两组110V蓄电池组充电。本发明实现了可在不增加电池数量情况下的蓄电池组冗余配置，提高了关键直流负荷的供电可靠性。

Description

一种低压直流系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体地说是一种低压直流系统。

背景技术

低压直流系统常应用于变电站以及发电厂等需要使用直流设备的场合，是电力二次系统的重要组成部分。低压直流系统是继电保护、自动装置、监控、遥控通讯、操作回路、信号回路、微机及五防系统等的直流供电电源。

目前的低压直流系统包括交流输入电源、充电装置、馈电屏、蓄电池组、降压硅链回路以及绝缘监察装置，其中蓄电池组是直流系统的核心构成部分，关系到整个直流系统是否正常运行；由于蓄电池维护不到位、充放电管理不当、蓄电池运行环境条件恶劣以及电池组本身的原因，都会造成蓄电池组内部连接出现短路、开路以及容量下降等，导致蓄电池组无法正常放电，直流关键负荷将会失去直流电源；若此时由于系统故障造成交流电也失电，则运行人员就无法掌握设备的运行状态、系统潮流等现象，另外，也会造成继电保护装置的不正确动作，即保护设备会发生误动或拒动的可能，给电网的安全稳定运行带来安全隐患，因此要保证直流系统不失电，关键是保证蓄电池组正常可靠运行。

现有的直流系统对蓄电池组的检测方法有电池巡检设备，通过电池巡检设备来监测每节电池的电压数据，但无法知道每节电池的容量、电池是否异常，也无法知道蓄电池组中某一环节是否出现开路等；另外，电池巡检设备还存在接线复杂，线缆较多，存在安全隐患，而且实际监测数据存在误差较大的问题；这些问题都会造成整个蓄电池组在需要提供直流的时候不能正常放电，进一步造成低压直流系统失电。

现有的直流系统经常采用一组蓄电池组作为直流供电电源，蓄电池组没有冗余，直流系统不能在保证直流负载直流不失电情况下的断电检修，而且在运行过程中由于由于蓄电池组维护不到位、现场的温度过高或过低以及充电装置的问题，都会造成蓄电池组的某节或几节电池发生短路、断路和电池异常等故障，从而导致蓄电池组不能正常放电，进一步造成直流系统失电，给直流负荷的正常运行带来安全隐患。另外，现有的直流系统不能保证在直流负载不失电的情形下实现对蓄电池组的断电检修。

发明内容

为解决现有低压直流系统中蓄电池组内部连接出现开路或短路故障而无法正常放电的问题，本发明提供一种对现有拓扑结构作改进的低压直流系统，以实现可在不增加电池数量情况下的蓄电池组冗余配置，保证在直流负载不失电的情形下实现对蓄电池组的断电检修，提高关键直流负荷的供电可靠性。

本发明采用如下的技术方案：一种低压直流系统，包括第一三相交流电源、第一双电源切换装置和蓄电池组，所述的第一三相交流电源包括一路主电源和一路备用电源，

所述的蓄电池组为两组相同的110V蓄电池组，所述的两组110V蓄电池组并联后与一DC110V的直流母线相连，所述DC110V的直流母线通过多个DC/DC升压装置分别与两段DC220V的直流母线相连，通过DC/DC升压装置实现升压；

所述的两路第一三相交流电源与第一双电源切换装置互联，再供给两组110V蓄电池组充电。

三相交流电源的一路主电源和一路备用电源，分别来自两端交流母线，互为备用。

本发明的技术方案可将原有直流系统中的220V蓄电池组均分成两组110V蓄电池组，两组110V蓄电池组并联，实现在不增加电池数量情况下的蓄电池冗余。分组后蓄电池组的电压降低至DC110V，然后利用直流升压装置来实现直流电压的变换，得到DC220V的直流电，在其中一组蓄电池组故障的情况下仍然能输出稳定的直流电，给直流负荷供电。DC/DC升压装置与110V蓄电池组相连，将110V蓄电池的电压升高到220V。

作为上述技术方案的补充，所述的低压直流系统还包括第二三相交流电源、第二双电源切换装置和整流模块，该第二三相交流电源也包括一路主电源和一路备用电源，两路第二三相交流电源与第二双电源切换装置互联，再供电给两个整流模块，所述整流模块的输出与DC/DC升压装置的输出并联，供电给直流负载。

整流装置的输出与DC/DC升压装置的输出并联，实现负载供电的冗余配置。

作为上述技术方案的补充，所述两路第二三相交流电源经过各自的断路器与第二双电源切换装置互联。

作为上述技术方案的补充，所述两个整流模块的输出通过各自的熔断器分别与DC/DC升压装置的输出并联。

作为上述技术方案的补充，所述两段DC220V的直流母线分别通过各自的断路器和熔断器与各自的合闸回路相连接。

作为上述技术方案的补充，所述两段DC220V的直流母线分别通过各自的断路器和熔断器与各自的控制回路相连接。

作为上述技术方案的补充，所述两路第一三相交流电源通过各自的断路器与第一双电源切换装置互联。

作为上述技术方案的补充，所述两路第一三相交流电源与第一双电源切换装置互联后经两个充电模块给两组110V蓄电池组充电。

作为上述技术方案的补充，所述的两个充电模块经过各自的熔断器和断路器分别与两组110V蓄电池组连接。

作为上述技术方案的补充，所述的两组110V蓄电池组分别通过各自的熔断器、断路器和隔离二极管并联后与DC110V的直流母线相连。

相对于现有的低压直流系统，本发明具有的有益效果如下：

1、本发明可在不增加蓄电池数量的基础上将原有直流系统中的蓄电池组分成两组，同时将两组蓄电池组并联，实现了在不增加电池数量情况下的蓄电池组冗余配置，提高了关键直流负荷的供电可靠性。

2、分组后蓄电池组的电压降低至DC110V，然后利用直流升压装置来实现直流电压的变换得到DC220V的直流电，在其中一组蓄电池组故障的情况下仍然能输出稳定的220V直流电，给直流负荷供电，实现蓄电池组冗余的效果，提高了直流系统的可靠性。

3、整流模块的输出与直流升压装置的输出进行并联，同时给直流负载供电，防止了由于直流升压装置故障或两组蓄电池组均故障造成DC220V母线失电情况的发生，进一步提高了DC220V直流母线的可靠性，保证了直流负载的供电可靠性，进一步给继电保护装置的正确动作提供了有效保障。

4、蓄电池组分组后，分别经过直流升压装置实现电压等级的变换，直流升压装置具有对蓄电池组内部开路、短路故障的实时监测功能，实现了对电池组故障检测的快速性和准确性。

5、蓄电池组分组后实现了蓄电池组的冗余配置，整流模块的输出和直流升压装置的输出并联实现了DC220V直流母线供电的冗余配置，因此本发明实现双冗余的配置。

6、本发明的双冗余配置，可以保证在直流负载不间断供电的情况下实现对蓄电池组或直流升压装置或交流整流装置的断电检修功能。

附图说明

图1为现在低压直流系统的拓扑结构图；

图2为本发明实施例1的拓扑结构图；

图3为本发明实施例2的拓扑结构图。

图1-3中，KM1、KM2为第一双电源切换装置的切换开关，KM3、KM4为第二双电源切换装置的切换开关，FU1、FU2、FU3、FU4、AFU1、AFU2、AFU3、AFU4、FU401、……FU4n、FU501、……FU5n为熔断器，MCB11、MCB12、MCB13、MCB14、MCB301、MCB302、MCB303、MCB304、MCB401、……MCB4n、MCB501、……MCB5n为断路器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

如图2所示的低压直流系统，其主要由第一三相交流电源、第一双电源切换装置、两个充电模块、两组相同的110V蓄电池组、多个DC/DC升压装置、多个合闸回路和多个控制回路组成。

所述的第一三相交流电源由一路主电源和一路备用电源组成，分别来自两端交流母线，互为备用。所述的两路第一三相交流电源通过各自的断路器MCB11、MCB12分别与第一双电源切换装置的两个切换开关KM1、KM2互联，所述的第一双电源切换装置分别连接两个充电模块，所述的两个充电模块经过各自的熔断器FU1、FU2、AFU1、AFU3和断路器MCB301、MCB303分别与两组110V蓄电池组连接，用于110V蓄电池组充电。

所述的两组110V蓄电池组分别通过各自的熔断器AFU2、AFU4断路器MCB302、MCB304和隔离二极管D1、D2并联，并联后与一条DC110V的直流母线相连。所述DC110V的直流母线通过多个DC/DC升压装置分别与两段DC220V的直流母线相连，通过DC/DC升压装置实现升压。所述两段DC220V的直流母线分别通过各自的断路器MCB401、……MCB4n、MCB501、……MCB5n和熔断器FU401、……FU4n、FU501、……FU5n与各自的合闸回路及控制回路相连接。

两组相同的110V蓄电池组可以由图1中原有直流系统的一组蓄电池组（108节）进行分组得到，分组后每组蓄电池数量为54节，即在不增加电池数量的前提下实现了蓄电池组的冗余配置。分组后蓄电池组以小倍率电流放电，如0.1-0.2C放电，给经常性负荷供电；当三相交流电源出现故障即事故情况下，事故初期蓄电池组以较大电流倍率放电，如1-2C放电。

若其中的蓄电池组1出现故障，造成其不能正常放电，则负荷全部转移至由蓄电池组2。在变电站/发电厂内交流电源运行正常的情况下，蓄电池组2以无故障情况下的2倍放电电流放电，给经常性负荷供电；当交流电源出现故障即事故情况下，事故初期蓄电池组2以故障情况下的2倍放电电流放电，给经常性负荷、事故负荷和冲击负荷供电。

实施例2

如图3所示的低压直流系统，其主要由第一三相交流电源、第一双电源切换装置、两个充电模块、两组相同的110V蓄电池组、第二三相交流电源、第二双电源切换装置、两个整流模块、多个DC/DC升压装置、多个合闸回路和多个控制回路组成。

所述的第一三相交流电源、第二三相交流电源均由一路主电源和一路备用电源组成，分别来自两端交流母线，互为备用。所述的两路第一三相交流电源通过各自的断路器MCB11、MCB12分别与第一双电源切换装置的两个切换开关KM1、KM2互联，所述的第一双电源切换装置分别连接两个充电模块，所述的两个充电模块经过各自的熔断器FU1、FU2、AFU1、AFU3和断路器MCB301、MCB303分别与两组110V蓄电池组连接，用于110V蓄电池组充电。

所述的两组110V蓄电池组分别通过各自的熔断器AFU2、AFU4断路器MCB302、MCB304和隔离二极管D1、D2并联，并联后与一条DC110V的直流母线相连。所述DC110V的直流母线通过多个DC/DC升压装置分别与两段DC220V的直流母线相连，通过DC/DC升压装置实现升压。所述两段DC220V的直流母线分别通过各自的断路器MCB401、……MCB4n、MCB501、……MCB5n和熔断器FU401、……FU4n、FU501、……FU5n与各自的合闸回路及控制回路相连接。

两路第二三相交流电源经过各自的断路器MCB13、MCB14与第二双电源切换装置的两个切换开关KM3、KM4互联，再供电给两个整流模块，所述整流模块的输出通过各自的熔断器FU3、FU4分别与多个DC/DC升压装置的输出并联，供电给直流负载。

两组相同的110V蓄电池组可以由图1中原有直流系统的一组蓄电池组（108节）进行分组得到，分组后每组蓄电池数量为54节，即在不增加电池数量的前提下实现了蓄电池组的冗余配置。分组后蓄电池组以小倍率电流放电，如0.1-0.2C放电，给经常性负荷供电；当三相交流电源出现故障即事故情况下，事故初期蓄电池组以较大电流倍率放电，如1-2C放电。

若其中的蓄电池组1出现故障，造成其不能正常放电，则负荷全部转移至由蓄电池组2。在变电站/发电厂内交流电源运行正常的情况下，蓄电池组2以无故障情况下的2倍放电电流放电，给经常性负荷供电；当交流电源出现故障即事故情况下，事故初期蓄电池组2以故障情况下的2倍放电电流放电，给经常性负荷、事故负荷和冲击负荷供电。

若两组蓄电池组都出现问题或直流升压装置（即DC/DC升压装置）出现故障，造成这一路无DC220V电压输出，则可无缝切换至由整流模块给DC220V直流母线供电，保证直流母线供电的连续性和可靠性，同时由于整流模块的存在，蓄电池组或直流升压装置可以进行快速的断电检修，保证了直流系统供电的连续性和直流系统不断电检修。

同样，若充电模块出现故障，由于蓄电池组和升压装置以及整流模块的存在可以保证在直流不失电的情况下进行充电模块的断电检修。

以上描述了本发明的基本原理和主要特征及优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种低压直流系统，包括第一三相交流电源、第一双电源切换装置和蓄电池组，所述的第一三相交流电源包括一路主电源和一路备用电源，其特征在于，

所述的蓄电池组为两组相同的110V蓄电池组，所述的两组110V蓄电池组并联后与一DC110V的直流母线相连，所述DC110V的直流母线通过多个DC/DC升压装置分别与两段DC220V的直流母线相连，通过DC/DC升压装置实现升压；

所述的两路第一三相交流电源与第一双电源切换装置互联，再供给两组110V蓄电池组充电。

2.根据权利要求1所述的低压直流系统，其特征在于，它还包括第二三相交流电源、第二双电源切换装置和整流模块，该第二三相交流电源也包括一路主电源和一路备用电源，两路第二三相交流电源与第二双电源切换装置互联，再供电给两个整流模块，所述整流模块的输出与DC/DC升压装置的输出并联，供电给直流负载。

3.根据权利要求2所述的低压直流系统，其特征在于，所述两路第二三相交流电源经过各自的断路器与第二双电源切换装置互联。

4.根据权利要求3所述的低压直流系统，其特征在于，所述两个整流模块的输出通过各自的熔断器分别与DC/DC升压装置的输出并联。

5.根据权利要求1-4任一项所述的低压直流系统，其特征在于，所述两段DC220V的直流母线分别通过各自的断路器和熔断器与各自的合闸回路相连接。

6.根据权利要求1-4任一项所述的低压直流系统，其特征在于，所述两段DC220V的直流母线分别通过各自的断路器和熔断器与各自的控制回路相连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的低压直流系统，其特征在于，所述两路第一三相交流电源通过各自的断路器与第一双电源切换装置互联。

8.根据权利要求1-4任一项所述的低压直流系统，其特征在于，所述两路第一三相交流电源与第一双电源切换装置互联后经两个充电模块给两组110V蓄电池组充电。

9.根据权利要求8所述的低压直流系统，其特征在于，所述的两个充电模块经过各自的熔断器和断路器分别与两组110V蓄电池组连接。

10.根据权利要求1-4任一项所述的低压直流系统，其特征在于，所述的两组110V蓄电池组分别通过各自的熔断器、断路器和隔离二极管并联后与DC110V的直流母线相连。