1、精選優質文檔-傾情為你奉上變電站直流電源系統設計1. 概述 66-110 kV變電站大多按照無人值班模式設計，蓄電池的選擇及容量計算，大多參照傳統方式統計和計算，由于現場斷路器合分閘普遍采用蓄能方式，各類高新技術設備的投入使用，取消常規接線模擬屏等功耗較大控制設備，直流負荷明顯比常規站減少，因此，確定蓄電池組的容量時，應該對站內設備直流功耗進行詳盡分析和統計，通過實例計算，針對66-110 kV無人值班變電站直流負荷分析、統計及蓄電池容量計算方式進行說明。2. 基本概念2.1. 電力工程用直流蓄電池：a) 鎘鎳蓄電池；b) 鉛酸蓄電池； 防酸隔爆、防酸消氫閥控式密封鉛酸蓄電池；2.2. 標稱電

2、壓 系統被指定的電壓110伏或220伏。2.3. 終止電壓 在指定的放電時間內要求蓄電池必須保持的最低放電電壓；2.4. 恒流充電充電電流在充電電壓范圍內，維持在恒定值的充電。2.5. 均衡充電 為補償蓄電池在使用過程中產生的電壓不均現象，使其恢復到規定的范圍內而進行的充電。考慮到蓄電池組在長期浮充電運行中，個別蓄電池落后，電解液密度下降，電壓偏低，采用均衡充電方法，可使蓄電池消除硫化恢復到良好的運行狀態。均衡充電的程序：先用I10電流對蓄電池組進行恒流充電，當蓄電池端電壓上升到（2.302.33）V×N，將自動或手動轉為恒壓充電，當充電電流減小到0.1I10時，可認為蓄電池組已被充

3、滿容量，并自動或手動轉為浮充電方式運行，浮充電壓值宜控制為（2.232.28）V×N。2.6. 恒流限壓充電 先以恒流方式進行充電，當蓄電池組電壓上升到限壓值時，充電裝置自動轉換為限壓充電，至到充電完畢。2.7. 浮充電 在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負載，以恒壓充電方式工作。正常運行時充電裝置在承擔經常性負荷的同時向蓄電池補充充電，以補償蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態處于備用。2.8. 恒流放電 蓄電池在放電過程中，放電電流值始終保持恒定不變，直放到規定的終止電壓為止。2.9. 補充充電為了彌補運行中因浮充電流調整不當造成了欠充，補償閥控蓄電池因自放電和爬電漏電

4、所造成蓄電池容量的虧損，根據需要設定時間（一般為3個月）充電裝置將自動地或手動進行一次恒流限壓充電恒壓充電浮充電過程，使蓄電池組隨時具有滿容量，確保運行安全可靠。2.10. 核對性放電長期使用限壓限流的浮充電運行方式，無法判斷閥控蓄電池的現有容量。只有通過核對性放電，才能找出蓄電池存在的問題。為了檢驗在正常運行中的蓄電池組的實際容量，將蓄電池組脫離運行，以規定的放電電流進行恒流放電，只要其中的一個單體蓄電池放到了規定的終止電壓，應停止放電。按以下公式進行容量計算：C=Ift(Ah)式中C -蓄電池組容量，Ah；If_-恒定放電電流，A；t -放電時間，h。2.11. 紋波系數充電裝置輸出的直流

5、電壓中，脈動量峰值與谷值之差的一半，與直流輸出電壓平均值之比。按以下公式計算： = 式中-紋波系數；Uf -直流電壓中脈動峰值；Ug -直流電壓中脈動谷值；Up -直流電壓平均值。2.12. 穩流精度交流輸入電壓在額定電壓±10%范圍內變化、輸出電流在20%100%額定值的任一數值，充電電壓在規定的調整范圍內變化時，其穩流精度按以下公式計算:I=I式穩流精度；IM -輸出電流波動極限值；IZ -輸出電流整定值2.13. 穩壓精度交流輸入電壓在額定電壓±10%范圍內變化，負荷電流在0100%額定值變化時，直流輸出電壓在調整范圍內的任一數值時其穩壓精度按以下公式計算：

6、 U = 式中U -穩壓精度；UM -輸出電壓波動極限值；UZ -輸出電壓整定值2.14. 效率充電裝置的交流額定輸入功率與直流輸出功率之比。按以下公式計算： =式中 -效率；WD -直流輸出功率；WA -交流輸入功率。3. 直流系統接線3.1. 直流系統電壓a) 系統標稱電壓110伏或220伏，在均衡充電運行工況下，直流控制母線電壓應不高于標稱電壓的110%；如有合閘母線，則其母線電壓不高于標稱電壓的112.5%；b) 在事故放電情況下，蓄電池出口端電壓應不低于標稱電壓的85%-87.5%；3.2. 蓄電池組a) 66-110kV變電站宜采用閥控式密封鉛酸蓄電池；b) 66-110kV變電站

7、宜裝設1組蓄電池，對于重要的110kV變電站也可裝設2組蓄電池；3.3. 充電裝置a) 1組蓄電池采用高頻開關充電裝置時，宜配置1套充電裝置，也可配置2套充電裝置；b) ,2組蓄電池采用高頻開關充電裝置時，宜配置2套充電裝置；也可配置3套充電裝置；3.4. 直流母線接線方式a) 1組蓄電池的直流系統，采用單母線接線或單母線分段接線；b) 2組蓄電池的直流系統，應采用兩段單母線接線c) 蓄電池、充電裝置與直流母線的接線方式可參考下圖：高頻開關直流操作電源系統典型接線方案說明方案一：方案一說明：直流系統由1組蓄電池、1組整流器組成，直流母線為單母線接線。正常運行時，充電裝置經直流母線對蓄電池充電，

8、同時提供經常負荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為直流母線正常的輸出電壓。該系統方案的閥控式鉛酸蓄電池組宜選擇102、103或104只。方案二：方案二說明：直流系統由1組蓄電池、1組整流器組成，直流母線為單母線接線。正常運行時，充電裝置經動力直流母線對蓄電池充電，同時經硅降壓裝置向控制直流母線提供經常負荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為動力直流母線正常的輸出電壓，從動力直流母線經硅降壓裝置取得控制直流母線正常的輸出電壓。該系統方案的閥控式鉛酸蓄電池組宜選擇108只。方案三：方案三說明：直流系統由1組蓄電池、1組整流器組成，直流母線為單母線分段接線。正常運行時，充電裝置經充電直流母線對蓄電池充電，

9、同時經硅降壓裝置向兩段控制直流母線提供經常負荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為動力直流母線正常的輸出電壓，從充電直流母線經硅降壓裝置取得控制直流母線正常的輸出電壓。該系統方案的任一段直流母線故障時，均可將環形供電的負載倒至正常母線段。該系統方案的閥控式鉛酸蓄電池組宜選擇108只方案四：方案四說明 直流系統由1組蓄電池、2組整流器組成，直流母線為單母線分段接線。正常運行時，兩組充電裝置互為備用，分別或同時工作經直流母線對蓄電池充電，同時提供經常負荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為直流母線正常的輸出電壓。該系統方案的任一段直流母線故障時，均可將環形供電的負載倒至正常母線段。該系統方案的閥控式鉛酸蓄

10、電池組宜選擇102、103或104只方案五：方案五說明 直流系統由1組蓄電池、2組整流器組成，直流母線為單母線分段接線。正常運行時，兩組充電裝置互為備用，分別或同時工作經動力直流母線對蓄電池充電，同時經硅降壓裝置向控制直流母線提供經常負荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為動力直流母線正常的輸出電壓，從動力直流母線經硅降壓裝置取得控制直流母線正常的輸出電壓。該系統方案的任一段直流母線故障時，均可將環形供電的負載倒至正常母線段。該系統方案的閥控式鉛酸蓄電池組宜選擇108只方案六：方案六說明 直流系統由2組蓄電池、2組整流器組成，直流母線為兩段單母線接線。正常運行時，母聯開關斷開，各母線段的充電裝置經

11、直流母線對蓄電池充電，同時提供經常負荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為直流母線正常的輸出電壓。該系統方案任一母線段的充電裝置故障或蓄電池組需要核對性充放電試驗時，均可將母聯開關合上，由另一母線段的充電裝置和蓄電池組給整個系統供電。該系統方案的閥控式鉛酸蓄電池組宜選擇102、103或104只。方案七：方案七說明：直流系統由2組蓄電池、3組整流器組成，直流母線為兩段單母線接線。正常運行時，母聯開關斷開，各母線段的充電裝置經直流母線對蓄電池充電，同時提供經常負荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為直流母線正常的輸出電壓。該系統方案任一母線段的充電裝置故障時，均可投入第三組備用充電裝置繼續正常運行；當任一

12、母線段的蓄電池組需要核對性充放電試驗時，均可將母聯開關合上，由另一母線段的充電裝置和蓄電池組給整個系統供電；第一、二組充電裝置經雙投開關可投到充電母線或輸出母線上，運行方式靈活。該系統方案的閥控式鉛酸蓄電池組宜選擇102、103或104只。附表1：鉛酸蓄電池個數選擇系統標稱電壓(V)單只電池電壓(V)電池個數浮充電壓(V)浮充時母線電壓(V)均充電壓(V)均充時母線電壓()放電終止電壓(V)母線最低電壓()22021062.15227.902.30110.821.8086.73107230.05111.861.8087.541032.23229.692.33109.11.8787.551042

13、31.92110.141.8587.451022.25229.502.35108.951.8786.70103231.75110.021.8787.55108(*)243.00115.361.8088.366346.75229.507.05108.955.6186.7036(*)243.00115.365.4088.36121713.50229.5014.10108.9511.2286.7018(*)243.00115.3610.8088.361102522.15111.802.30108.731.8386.5153113.95110.821.8086.73512.23113.732.3310

14、8.031.8786.7052115.96110.151.8587.45512.25114.752.35108.951.8786.7053(*)119.25113.231.8086.7354(*)121.50115.361.8088.366176.75114.757.05108.955.6186.7018(*)121.50115.365.4088.36129(*)13.50121.5014.10115.3610.8088.36482232.1549.452.30110.211.8789.602451.60115.001.8090.00232.2351.292.33111.651.8789.60

15、232.2551.752.35112.601.8789.60686.7554.007.05117.505.4090.0012413.5054.0014.10117.5010.8090.00242122.1526.762.30115.001.8090.00122.2327.002.33116.501.8090.00122.2527.002.35117.501.8090.00646.7527.007.05117.505.4090.0012813.5027.0014.10117.5010.8090.004. 直流系統主要技術參數4.1. 交流輸入額定電壓：三相380V4.2. 交流電源頻率：50Hz

16、4.3. 輸出額定電壓：110VDC（110V直流電源系統）/ 220VDC（220V直流電源系統）4.4. 穩流精度：±1%4.5. 穩壓精度：±0.5%4.6. 紋波系數：±0.5%4.7. 效率：90%4.8. 噪聲：55dB（距離裝置1m處）。5. 直流母線接線方式（66-110KV無人值班變電所）5.1. 宜采用單母線或分段單母線的接線。采用分段單母線時，蓄電池應能切換至任一母線段。5.2. 操作電源宜采用一組或蓄電池。蓄電池組宜采用性能可靠、維護量少的蓄電池，如閥控式密封鉛酸蓄電池等。作為充電、浮充電用的整流裝置宜合用一套，及以上的變電所可采用兩套充電

17、裝置或單套具有熱備用部件的充電裝置。變電所直流系統宜具有自動調節功能，充電裝置宜采用智能化整流電源裝置。5.3. 采用高頻開關充電裝置，能自動均衡充電、浮充電及其運行工況的轉換，有符合要求的穩壓、穩流精度。有自動調壓及過流、過壓保護措施。有絕緣監測功能。6. 直流負荷直流負荷按功能分類，可分為控制負荷和動力負荷；按負荷性質分類，可分為經常負荷、事故負荷和沖擊負荷。沖擊負荷可分為初期沖擊負荷(1min)和隨機沖擊負荷（5s）6.1. 經常負荷要求直流電源在正常和事故工況下，可靠供電的負荷稱為經常負荷。110 kV無人值班變電站主要的直流負荷有微機保護裝置、微機測控裝置、安全自動裝置、簡易的信號報

18、警器等。6.2. 事故負荷 在變電站交流電源系統事故停電時間內由直流電源可靠供電的負荷稱為事故負荷。110 kV無人值班變電站事故負荷，主要為照明和各類裝置負荷。裝置負荷按最嚴重事故引起一系列保護動作，引起自動裝置動作、斷路器解列跳閘。例如110 kV母線保護動作，引起110 kV側失壓，低周低壓減載裝置動作，35 kV、10 kV有源線路動作跳閘統計。6.3. 沖擊負荷 沖擊負荷主要有事故初期和過程沖擊負荷， 1 1 0kV、35 kV、10 kV斷路器采用彈簧操作機構，其跳、合閘電流大多在12.5 A之間（計算時取2 A），因此不再考慮事故過程中的隨機沖擊負荷。主要統計事故初期沖擊負荷。

19、站內無直流油泵電動機，事故初期沖擊負荷主要由備用自投裝置動作，投入斷路器合閘的合閘電流，以及在備用自投裝置動作投入斷路器合閘的同時，可能會有一些負荷支路的斷路器跳閘，事故初期負荷按這些斷路器的跳閘電流之和計算。，負荷系數Ku，取Ku = 0.857. 負荷統計7.1. 計算依據根據35 kV110 kV無人值班變電站設計規程規定，蓄電池組的容量，應滿足下列要求：a) 全所事故停電2 h的放電容量；b) 事故放電末期最大沖擊負荷的容量。c) 事故照明燈在維修人員到達現場后開啟，按1 h計算。7.2. 負荷統計根據國網微機保護裝置通用技術條件對裝置直流電源回路功率消耗的要求：當正常工作時，不大于5

20、0 W；當保護動作時，不大于80 W。現在各大廠生產的微機保護、測控裝置等直流功耗都低于這個要求。一般為：當正常工作時，不大于20-40 W；當保護動作時，不大于40-60 W。由于各廠的保護、測控裝置的直流功耗大小不一，以及斷路器三相操作箱無確切負荷資料，可以粗略估計如下：單個的功耗按45W統計，負荷系數1.0。繼電保護裝置，負荷系數1.0。主變壓器：50Wx4x2臺 =400W10kV系統保護：45Wx20套=900W66kV系統保護：100Wx6條=600W 測控裝置: 45 x12=540W安全自動裝置和其它設備等計400Wa) 經常負荷統計根據以上統計，變電站經常負荷為2840W電力

21、工程直流系統設計手冊中表3-10列出了列出了變電站經常負荷數據統計表，其中最大規模110kV變電站，經常直流負荷為1600W。參照其他工程的計算經驗，也可按照每面屏80W統計； b) 事故負荷統計事故照明負荷按1h統計; 容量2000W安全自動裝置和其它設備等計3.0kW，負荷系數0.63.0kW x0.6=1800W沖擊負荷：沖擊負荷為斷路器跳合閘時的短時沖擊電流。本站最大的斷路器合閘電流按照合跳6臺開關計算：12A。8. 蓄電池容量選擇計算(以翁牛特旗66kV那什罕變電站例)8.1. 計算依據GFM型固定閥控式密封鉛酸蓄電池充放電特性及相應技術參數。蓄電池容量選擇計算方法按電力工程直流系統

22、設計技術規程(DL/T 5044-2004) 附錄B.2中的電壓控制法進行計算。8.2. 計算原則a) 直流系統主接線采用單母線接線，母線電壓為220V。 b) 本計算書按本工程遠景規模對直流負荷進行統計，選擇蓄電池。c) 蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池。計算時按單個電池浮充電電壓為2.25V/個(25°C時),均衡充電電壓最高為2.35V/個考慮,事故放電時間2小時，蓄電池放電末期終止電壓為1.87V。d) 直流屏集中布置，均布置在主控制室。8.3. 蓄電池個數及終止電壓計算8.3.1. 蓄電池個數選擇： a) 按浮充電運行時選擇：n = 1.05 Ue / Uf = 1.05 2

23、20 / 2.25= 102.67（個）取103（個）b) 校核均衡充電時直流母線電壓： Uc=(2.35×103) /220=1.10 Ue直流控制母線電壓不高于標稱電壓的110%，電壓保持在允許范圍內。c) 校核放電終止時直流母線電壓： =(1.87×103) /220=0.8760.85 Ue放電終止時直流母線電壓保持在允許范圍內。d) 蓄電池浮充電運行時，蓄電池組端電壓為：Uc = n x Uf =103x2.25 =231.75V=1.053Ue上述規格蓄電池選103只是可行的。8.3.2. 蓄電池容量計算目前國內常用的蓄電池計算方法有兩種；一種為電壓控制法（容量

24、換算法）；另一種為階梯計算法（亦稱電流換算法）。a) 220V直流負荷統計表 翁牛特旗66kV那什罕變電站220V直流負荷統計表序號負荷名稱裝置容量(W)負荷系數計算容量(W)負荷電流(A)經常電流(A)事故放電時間及電流(A)備注 初期1min持續0-60m持續60-120 m末期5s1經常負荷28401284012.912.912.912.912.912.92直流常明燈20012000.90.90.90.90.90.93UPS電源30000.618008.28.28.28.28.28.24事故照明2000120009.19.19.15其它事故負荷50015002.32.32.32.32.3

25、6跳閘沖擊26000.85221010107合閘沖擊26000.85221010108電流統計(A)22.034.324.333.434.39容量統計(Ah)24.333.410容量累加(Ah)57.7b) 滿足事故全停電狀態下的持續放電容量Cc=Kk(Ah)=1.4×57.7/0.58=139.3 Ah其中：Cc 蓄電池10h放電率計算容量 Csx 事故全停電狀態下相對應的持續放電時間的放電容量 Kk 可靠系數 取1.4 Kcc 容量系數 表示在指定的放電終止電壓下，對應的放電時間xh，從附表B.10中查出。在相同事故放電容量下，放電終止電壓越低，蓄電池10h放電率計算容量越小；放電終止電壓越高，蓄電池10h放電率計算容量越大。根據蓄電池10h放電率計算容