Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
Система питания постоянного тока для управления подстанцией - это независимый источник электроэнергии, обычно 110 или 125 В постоянного тока от аккумуляторной батареи и зарядного устройства, который питает реле защиты, катушки отключения автоматических выключателей и цепи управления независимо от состояния системы переменного тока. Когда этот источник выходит из строя, автоматические выключатели не могут сработать, реле не могут сработать, а неисправности остаются неустраненными.
Опыт эксплуатации более 50 промышленных подстанций выявил тревожную закономерность: 15-20% “отказов” реле защиты на самом деле связаны с ухудшением характеристик системы постоянного тока. Реле работало нормально. А вот батарея - нет.
Реле защиты требуют стабильного напряжения постоянного тока в пределах ±10% от номинального значения. Система с напряжением 125 В постоянного тока, проседающая до 95 В во время неисправности, когда несколько катушек отключения требуют тока одновременно, может не сработать в течение требуемого времени отключения в 3-5 циклов. На бумаге схема защиты выглядела идеально. На практике ее погубило пониженное напряжение.
Батареи для станций коммунального и промышленного назначения обычно состоят из свинцово-кислотных элементов (залитых или типа VRLA), рассчитанных на 8-часовую разрядную емкость. Расчеты размеров в соответствии с [ПРОВЕРЬТЕ СТАНДАРТ: IEEE 485] требуют, чтобы батареи питали наихудшие нагрузки, включая:
Непрерывные нагрузки: релейная нагрузка, сигнальные лампы, SCADA RTU (обычно 5-15A в сумме)
Испытания в горнодобывающей промышленности с частым переключением нагрузки показали, что батареи емкостью менее 80% не способны поддерживать одновременное отключение нескольких выключателей при повреждениях шин. Скоординированная защита отказала именно тогда, когда это было наиболее важно.
Зарядное устройство должно поддерживать плавающее напряжение в диапазоне 2,17-2,25 В на элемент (130-135 В для 60-элементной сети), обеспечивая при этом ток как для непрерывной нагрузки, так и для подзарядки батареи. Неисправности зарядного устройства часто проявляются постепенно из-за дрейфа регулировки напряжения, поэтому периодическая проверка крайне важна.
На подстанциях доминируют две аккумуляторные технологии:
Вентилируемые свинцово-кислотные (VLA): Затопленные ячейки со съемными крышками, требующие периодического добавления воды. Во время зарядки они выделяют водород и нуждаются в вентилируемых помещениях. Срок службы достигает 15-20 лет при правильном уходе - но “правильный” означает ежеквартальные проверки электролита и ежегодные уравнительные сборы.
Свинцово-кислотные аккумуляторы с вентильным регулированием (VRLA): Герметичная конструкция с использованием абсорбированного стекломата или гелевого электролита. Не требуют особого ухода, но менее устойчивы к перезарядке и высоким температурам окружающей среды. При благоприятных условиях ожидается 10-12 лет. При постоянной комнатной температуре 35°C этот срок снижается до 5-6 лет.
Конфигурация ячеек зависит от целевого напряжения. В системе 110 В постоянного тока используется 55 элементов при номинальном напряжении 2,0 В. В системе 125 В постоянного тока используется 60 элементов. Последовательное соединение означает, что один слабый элемент влияет на всю цепочку.
Зарядное устройство работает в трех режимах:
Современные зарядные устройства с переключаемым режимом обеспечивают точное регулирование и цифровой контроль. Старые феррорезонансные конструкции все еще работают на многих объектах - функциональные, но менее точные.
[Экспертный взгляд: Реалии аккумуляторной комнаты]
Зарядное устройство прекрасно маскирует эту проблему. Напряжение выглядит нормальным во время работы поплавка. Потребляемый ток кажется стабильным. Затем питание переменного тока пропадает, и 10-летний VRLA-банк выдает 60% номинальной емкости. Время резервного копирования рушится с 8 часов до менее чем 3.
Симптомы проявляются только под нагрузкой: быстрое падение напряжения при отключении зарядного устройства, сокращение продолжительности резервного копирования и дисбаланс напряжения в ячейках при разряде.
Полное отключение очевидно. Дрейф напряжения - нет. Повышенное напряжение (выше 2,30 В/элемент) ускоряет коррозию сетки и высушивает электролит. При пониженном напряжении батареи остаются частично разряженными, что снижает резервную емкость и ускоряет сульфатацию.
Критические пороги тревоги для системы 110 В постоянного тока:
| Состояние тревоги | Порог | Последствия |
|---|---|---|
| Высокое напряжение постоянного тока | >126V | Повреждение оборудования, ускоренное старение батареи |
| Низкое напряжение постоянного тока | <105V | Аккумулятор разряжается, возможна неисправность зарядного устройства |
| Отказ зарядного устройства переменного тока | Вход потерян | Аккумулятор с полной нагрузкой |
| Неисправность заземления | >0,5 мА на землю | Обнаружена деградация изоляции |
Большинство систем постоянного тока подстанций работают без заземления. Такая конструкция допускает однократное замыкание на землю - отсутствие обратного пути означает отсутствие тока. Система продолжает работать, пока вы находите проблему.
Второе замыкание на землю все меняет. Если первое повреждение находится на положительной шине, а второе контактирует с отрицательной клеммой катушки отключения, ток течет через землю. Отключающая катушка может сработать ошибочно. Или еще хуже: неисправности, которые полностью обходят катушку отключения, предотвращают ее срабатывание во время реальных неисправностей.
Ослабленная клемма аккумулятора показывает незначительное сопротивление при токе плавания 2А. То же самое соединение при токе катушки отключения 30 А падает напряжение ниже порога срабатывания катушки. Сопротивление 0,5 Ом, которое казалось приемлемым, создает падение 15 В под нагрузкой.
Термические циклы, возникающие при ежедневных перепадах температуры, постепенно ослабляют болтовые соединения. Обычно виновниками этого являются стойки аккумулятора и межэлементные разъемы.
Профили нагрузки делятся на непрерывные (реле, индикаторы: 5-15 А), кратковременные (катушки отключения: 30-50 А в течение 100-200 мс) и аварийные (освещение, вентиляция во время отключения). Недостаточно мощные банки справляются с нормальной работой, но выходят из строя, когда замыкание шины требует одновременного отключения нескольких выключателей.
Емкость уменьшается с ростом температуры:
| Температура | Приблизительная вместимость |
|---|---|
| 25°C | 100% (ссылка) |
| 15°C | 90% |
| 0°C | 75% |
| -18°C | 50% |
Жара ускоряет старение - срок службы батареи сокращается вдвое на каждые 8-10°C выше 25°C. На открытых подстанциях в жарком климате циклы замены VRLA составляют 6-7 лет вместо 12.
Для определения места замыкания на землю требуется систематическая изоляция:
Шаг 1: Подтвердите индикацию неисправности на реле обнаружения заземления или устройстве контроля изоляции. Обратите внимание на то, где находится повреждение - на положительной или отрицательной шине.
Шаг 2: Последовательно открывайте выключатели ответвлений, начиная с самых крупных или наиболее подозрительных цепей.
Шаг 3: Контролируйте детектор заземления после размыкания каждого выключателя. Когда индикация неисправности исчезнет, вы изолируете поврежденную ветвь.
Шаг 4: В пределах неисправной ветви сегментируйте и тестируйте дальше, используя тот же подход "открыл и проконтролировал".
Шаг 5: Осмотрите места общих неисправностей:
Оборудование для обнаружения включает в себя мостовые схемы с балансировкой сопротивления, делители напряжения с опорным центральным контактом и активные устройства контроля изоляции, обеспечивающие количественные показания в кОм.
[Экспертный взгляд: поиск замыканий на землю]
Последствия каскадируют:
Реле защиты теряют питание. Обнаружение неисправностей прекращается. Элемент защиты от сверхтоков, который должен срабатывать за 20 мс, ничего не видит, потому что его источник питания мертв.
Катушки отключения остаются без питания. Даже если резервное реле работает по схеме с питанием от ТТ, то вакуумный выключатель не может сработать без постоянного тока на его катушке. Механизм остается запертым, пока течет ток повреждения.
Сбой связи со SCADA. Операторы не видят развивающейся проблемы. Сигналы тревоги, которые должны были сработать несколькими минутами раньше, так и не доходят до диспетчерской.
Автоматическое АПВ отключается. Последовательность восстановления, которая должна была бы снова включить линию после переходного замыкания, не может быть выполнена.
Неисправность горит до тех пор, пока не сработает защита вышестоящего уровня - если защита вышестоящего уровня имеет здоровое питание постоянным током. В противном случае разрушение оборудования в конечном итоге ограничивает ток повреждения. Обмотки трансформатора выходят из строя. Кабели взрываются. Инциденты, связанные со вспышками дуги, нарастают.
Допуск напряжения катушки отключения имеет значение. Для надежной работы большинства катушек требуется 80-110% номинального напряжения. Катушке постоянного тока 110 В требуется не менее 88 В для создания усилия, достаточного для отпирания механизма. Ниже этого порога происходит частичная работа или полный отказ.
Понимание требований к расцепителям вакуумных выключателей помогает правильно определить системы постоянного тока: https://xbrele.com/what-is-vacuum-circuit-breaker-working-principle/
Ежемесячные задания:
Квартальные задачи:
Ежегодно:
Испытания на вместимость:
Соответствие напряжения постоянного тока техническим характеристикам выключателя предотвращает сбои в работе. Проверьте номинальное напряжение катушки расцепителя, минимальное рабочее напряжение и максимальное непрерывное напряжение до завершения проектирования системы постоянного тока. Вакуумный прерыватель зависит от надежной работы механизма: https://xbrele.com/what-is-a-vacuum-interrupter/
Варианты резервирования для критически важных установок включают:
Системы непрерывного мониторинга батарей измеряют напряжение отдельных элементов, сопротивление межэлементных соединений и температуру окружающей среды. Они отслеживают данные и сигнализируют об отклонениях до возникновения сбоев, что оправдывает их стоимость за счет раннего предупреждения и снижения нагрузки на ручной контроль.
Включите требования к напряжению управления постоянного тока в спецификации на закупку. Контрольный список RFQ на сайте https://xbrele.com/vcb-rfq-checklist/ включает в себя параметры схемы управления, а также номиналы первичной обмотки. Для получения комплексных решений по вакуумным выключателям с правильно подобранными системами управления обращайтесь в инженерную группу XBRELE: https://xbrele.com/vacuum-circuit-breaker-manufacturer/
Внешняя ссылка: МЭК 62271-106 - Стандарт IEC 62271-106 для контакторов переменного тока
Вопрос: Какой уровень напряжения постоянного тока наиболее часто используется для защиты подстанций среднего напряжения?
О: 110 В постоянного тока преобладает в регионах, подписанных МЭК, включая Китай и Европу, в то время как 125 В постоянного тока является стандартом для североамериканских подстанций в соответствии с практикой IEEE/ANSI. Выбор зависит от региональных стандартов и совместимости установленного оборудования.
В: Как долго аккумуляторная батарея правильного размера должна обеспечивать резервное питание?
О: Практика проектирования обычно предусматривает 4-8 часов автономной работы, что обеспечивает достаточное время для реагирования оператора или восстановления бригады коммунальщиков. Для критически важных объектов может быть установлена более длительная продолжительность на основе анализа времени восстановления.
Вопрос: Почему на подстанциях используются незаземленные системы постоянного тока, а не заземленные?
О: Незаземленные системы продолжают работать при одном замыкании на землю, что дает время для обнаружения и устранения проблемы до того, как второе замыкание приведет к отказу защиты. Эта устойчивость достигается ценой необходимости использования оборудования для обнаружения заземления и систематических процедур поиска неисправностей.
В: Как определить, что емкость батареи снизилась, без проверки на разряд?
О: Разброс напряжения отдельных ячеек во время плавающей зарядки указывает на относительное состояние ячеек - ячейки, отклоняющиеся от среднего значения более чем на 0,05 В, требуют исследования. Однако только тест на контролируемый разряд позволяет выявить реальную доступную емкость в условиях нагрузки.
Вопрос: Что вызывает случайные сбои в работе автоматических выключателей?
О: Высокоомные соединения в цепи питания постоянного тока создают падение напряжения, которое появляется только во время работы катушки отключения при высоком токе. Измерения плавающего напряжения показывают нормальные показания, но соединение выходит из строя под кратковременной нагрузкой 30-50 А при работе катушки отключения.
В: Могут ли системы мониторинга батарей заменить периодические испытания на разряд?
О: Системы мониторинга обеспечивают непрерывное отслеживание тенденций и раннее предупреждение об ухудшении состояния ячеек, но измеряют косвенные показатели, а не фактическую производительность. В промышленной практике мониторинг используется для оптимизации расписания испытаний, а не для полного отказа от тестирования.
Вопрос: Каков типичный интервал замены батарей VRLA на подстанциях?
О: Батареи VRLA, эксплуатируемые в климатических условиях, обычно требуют замены через 10-12 лет. Повышенная температура окружающей среды, частые глубокие разряды или результаты испытаний на емкость ниже 80% от номинала требуют более ранней замены независимо от возраста.
