變電站直流系統(tǒng)畢業(yè)設計論文

1、變電站直流系統(tǒng)分析與設計分類號畢 業(yè) 設 計（論 文）題目 變電站直流系統(tǒng)分析與設計并列英文題目 Substation DC system analysis and design 系部 電力工程系 專業(yè) 姓名 班級 指導教師 職稱 論文報告提交日期2011.06.03鄭州電力高等?？茖W校35 變電站直流系統(tǒng)分析與設計摘 要：變電站直流電源系統(tǒng)是給信號設備、保護、自動裝置、事故照明、應急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設備。直流系統(tǒng)是一個獨立的電源，它不受發(fā)電機、廠用電及系統(tǒng)運行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證由后備電源蓄電池繼續(xù)提供直流電源的重要設備。而本文介紹了220K

2、V變電站直流系統(tǒng)接線方式和額定電壓，闡述了蓄電池的分類和影響，蓄電池容量選擇的主要因素以及計算。介紹了新型充電裝置性能及其選擇，UPS不停電電源的選擇，通信電源的設計方案。最后確定了變電站直流系統(tǒng)設計的方案。關鍵詞：直流系統(tǒng)設計；變電站；蓄電池；UPS電源；智能型高頻開關充電裝置Abstract:Substation DC power supply system is an equipment,it provides DC power to signal equipment, protection, automatic equipment, emergency lighting, emerge

3、ncy power supply and circuit breaker opening and closing operation. DC system is an independent power supply, it can avoid the influence of generators, auxiliary power and system operation mode , and in the external AC power interruption, assurance back-up power - battery provides DC power to vital

4、equipment. The article describes the 220KV substation DC system wiring and rated voltage, described the classification and impact of storage battery, the main factor to select storage batter and relevant count. At the same time,it describes the function of new type of rechargeable device and how to

5、select it,and how to select the uninterruptible power supply(UPS),and the project design of communication power supply.DC to finalize the substation design program. Key words: DC Power System Design; substation; battery; UPS power supply; intelligent charging device high frequency switching. 目錄前言1第一

6、章 變電站直流系統(tǒng)相關技術分析3第一節(jié) 變電站直流電源技術分析3第二節(jié) 蓄電池技術分析5第二章 確定直流系統(tǒng)的接線和工作電壓9第一節(jié) 直流系統(tǒng)的接線9第二節(jié) 確定系統(tǒng)工作電壓14第三章 計算與選擇16第一節(jié) 計算并選擇蓄電池容量16第二節(jié) 直流充電模塊的選擇22第三節(jié) UPS不停電電源的選擇24第四節(jié) 通信電源的分析與設計26第五節(jié) 直流系統(tǒng)中各自動開關額定容量的選擇28第四章 結論31結束語32參考文獻33前言隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，為提高電網的供電質量，使電網安全、經濟運行，并實現電力系統(tǒng)的自動化，從而對電力控制系統(tǒng)的關鍵設備控制電源的要求也越來越高。變電站內的繼電保護，自動裝置，信號裝置

7、，事故照明和電氣設備的遠距離操作，一般采取直流電源，所以直流電源的輸出質量及可靠性直接關系到變電站的安全運行和平穩(wěn)供電。在變電站中廣泛采用的直流控制電源是由蓄電池組和充電裝置等設備構成，是一種在正常和事故狀態(tài)下都能保持可靠供電的直流不停電電源系統(tǒng)。交流控制電源通常是采用UPS不間斷電源。通信電源是由模塊化的通信專用DC-DC變換器，它是從站內直流控制電源系統(tǒng)的蓄電池組取得直流電，經高頻變換輸出滿足通信設備要求的48V控制電源。從90年代開始的變電站綜合自動化技術的推廣應用，對直流系統(tǒng)提出了更高的技術要求。近年來直流系統(tǒng)的技術和設備發(fā)展迅速，閥控鉛酸蓄電池、智能型高頻開關充電裝置等，具有安全可靠

8、、技術先進和性能優(yōu)越等特點，促進了直流系統(tǒng)的發(fā)展。然而，在電力系統(tǒng)中，由于直流電源系統(tǒng)設計不合理、設備選型不當或缺乏正確的管理方法而導致電力設施損壞、系統(tǒng)故障、事故波及范圍擴大，甚至造成重大人身傷亡等事故屢有發(fā)生，給電力系統(tǒng)和國家財產造成巨大損失，所以要求電力系統(tǒng)設計、施工和運行部門必須對直流系統(tǒng)予以高度重視。以下對變電站設計中直流系統(tǒng)設計有直接影響的因素和變電站直流系統(tǒng)設計方案的選擇進行分析。本文是以220KV變電站為例進行的變電站直流系統(tǒng)設計。220KV變電站數據資料為：某城區(qū)220千伏有人值班變電站為集控中心站，主變?yōu)?×240MVA，220千伏電氣主接線為雙母線單分段接線，出

9、線10回；110千伏電氣主接線為雙母線雙分段接線，出線16回；該所直流負荷統(tǒng)計如下：經常負荷：8KW;事故照明負荷：3KW;UPS不間斷電源：10KW;斷路器合閘：220V,2A;斷路器跳閘：220V,2.5A;通信電源（DC-DC）：48V, 40A, 6組； 該變電所繼電器室布置在主控樓二層，設有專用蓄電池室，布置在主控樓一層，二者距離約30米。第一章 變電站直流系統(tǒng)相關技術分析 變電站中的控制、信號、繼電保護、監(jiān)控計算機、自動裝置和斷路器等的操作都需要可靠穩(wěn)定的工作電源供電，該電源稱為操作電源。操作電源可分為直流操作電源和交流操作電源，在變電所中主要采用的是直流操作電源。變電站的直流系統(tǒng)

10、是由直流操作電源、直流供電網絡和直流負荷組成。變電站中的直流負荷極為重要，對供電可靠性的需求很高，直流系統(tǒng)的可靠性是保障變電站安全運行的決定性條件之一。本章重點介紹變電站直流電源技術和蓄電池技術。第一節(jié) 變電站直流電源技術分析變電站的直流電源系統(tǒng)一般有蓄電池直流系統(tǒng)和硅整流直流系統(tǒng)。直流操作電源可分為獨立式直流電源和非獨立式直流電源。獨立式直流電源有蓄電池直流電源和電源變換式直流電源；非獨立式直流電源有硅整流電容儲能直流電源和復式整流直流電源。一、蓄電池直流電源蓄電池是一種可重復使用的化學電源。通過充電，可將電能以化學能的形式存儲在蓄電池內，通過放電，將存儲的化學能轉變成電能供電給直流負荷，這

11、兩種過程是可逆的。在變電站中一般采用蓄電池作為直流電源。這種直流電源不依賴于交流系統(tǒng)的運行，即使交流系統(tǒng)故障，甚至全所停電，該電源也能在一段時間內正常供電，以保證直流負荷正確動作，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。二、電源變換式直流系統(tǒng)電源變換式直流系統(tǒng)也是一種獨立式直流電源，其框圖如下：圖1-1 電源變換式直流系統(tǒng)圖這種電源是由輸入可控整流裝置U1、48V蓄電池組GB、逆變裝置U2和輸出整流裝置U3組成。正常運行時，由交流220V供電給U1，經U1可控整流后，輸出直流48V，并向蓄電池組GB充電或浮充電；同時，經逆變裝置U2變換成直流，在由輸出整流裝置輸出220V的直流電，作為供電直流電源。當交流系

12、統(tǒng)故障時，由蓄電池組GB直接向48V的直流負荷供電，同時經U2逆變和U3整流后維持向220V的直流負荷持續(xù)供電。三、整流式直流電源上述兩種直流電源，直接或間接地采用了蓄電池作為直流電源，由于蓄電池直流電源價格昂貴，壽命有限，維護量較大等，所以在一些中小型變電站中采用了硅整流直流電源。整流式直流電源實際上是一臺整流裝置，其輸入一般取自所用電的交流電壓，經整流裝置變換成直流電源。這種直流電源是非獨立式的直流電源，若交流系統(tǒng)故障，將直接影響到直流電源的輸出，不能滿足直流負荷的要求；若交流系統(tǒng)停電，直流電源將沒有輸出。為了解決上述問題，對于整流式直流電源進行了改進，其中應用最多的是硅整流電容儲能直流電

13、源和復式整流直流電源。由于應用不是太廣泛在這里就不在介紹。第二節(jié) 蓄電池技術分析蓄電池分為酸性蓄電池和堿性蓄電池。酸性蓄電池有固定型防酸隔爆鉛酸蓄電池和閥控密封免維護鉛酸蓄電池。堿性蓄電池是鎘鎳蓄電池。一、鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池從組成上來講，主要是由正極板、負極板、硫酸溶液、隔板、蓄電池槽、蓄電池蓋組成。根據蓄電池的用途不同，還有其它不同的部件，如對于防酸隔爆式蓄電池在電池蓋上安有防酸隔爆帽，有的電池還裝有密度計、溫度計等。正負極接線柱是由正負極板引出，用于對外連接。鉛酸蓄電池正極板上的活性物質是二氧化鉛（PbO2）,負極板上的活性物質是金屬鉛(Pb)。蓄電池的儲能和釋放能量是通過正、負極和硫酸

14、溶液之間發(fā)生的電化學反應來實現的。在放電過程中，放電電流從蓄電池的正極流出，經負極、電池負極、電池內部后，到達正極，實現了將蓄電池內的化學能轉換為電能，供電給負荷。這種電化學反應可以用下面的反應方程式表示Pb + 2H2SO4 + PbO2PbSO4 + 2H2O + PbSO4 負極 電解液 正極 負極 電解液 正極由上式可看出，在放電過程中，正負極在放電后都生成了硫酸鉛(PbSO4)，并消耗了電解液中的硫酸（H2SO4），生成了水（H2O），結果硫酸溶液的濃度（密度）下降。因此在實際工作中，可以根據電解液比重的變化（高低），來判斷蓄電池的放電程度和作為確定蓄電池放電終了的主要特征。在充電過

15、程中，充電電流由外部電源的正極，經蓄電池的正極、電池內部、負極，到達外部電源的負極，實際將電能轉換成化學能存儲在蓄電池內部。充電過程的電化學反應可用下面的化學反應方程式表示： PbSO4 + 2H2O + PbSO4 Pb + 2H2SO4 + PbO2負極 電解液 正極 負極 電解液 正極由此可見，充電時，正極上的硫酸鉛氧化成二氧化鉛，負極上的硫酸鉛還原成金屬鉛，并且硫酸根與水形成硫酸，使電解液的濃度逐漸上升，最后達到一穩(wěn)定值。在充電過程中，外電源強迫蓄電池接受電解，把PbSO4及H2O轉換成PbO2、Pb、H2SO4,電能轉換成后者的化學能，這是主反應。充電時還伴隨著一個很難避免的副反應，

16、即電解水生成氧氣和氫氣。特別是充電后期，電壓升高（用恒定電流充電時），電能主要消耗在電解水方面，而且對活性物質很不利。電解水的反應是： 正極: 2H2O O2 + 4H+ + 4e-負極： 4H+ + 4e- 2H2 總反應：2H2O 2H2 + O2在充電后期，從正極板析出氧氣，負極板析出氫氣。充好電之后的蓄電池會自發(fā)地進行自放電反應。負極上的自放電反應將使負極板硫化并析出氫氣；正極板上的自放電反應將析出氧氣。鉛酸蓄電池充電、自放電都會產生氧氣和氫氣的析出以及酸霧的自然揮發(fā)。這樣一來，一方面使得電池的電解液消耗很大，需要經常加酸補水進行維護；另一方面酸霧對人體，設備和環(huán)境帶來污染和危害。氫氣

17、易引起火災。由于上述原因，以前在變電所中，蓄電池是安裝在蓄電池室內，蓄電池室的建筑應符合國家相關技術要求，設置必要的附屬設備和通風設備等，投資大，運行維護量大。我國電力系統(tǒng)自20世紀80年代開始引進和采用閥控密封免維護鉛酸蓄電池（VRLA，簡稱閥控電池），90年代后開始廣泛應用。一些新建的變電所，甚至一些改造的變電所基本都是采用這種新型蓄電池，取代了固定型防酸隔爆鉛酸蓄電池。閥控電池采用了全封閉結構，設有安全閥，正極板為鉛錫合金，負極板為鈣鋁合金，電池內部電解液被吸附在極板和隔離物中，充電產生的氣體不向外逸出，全部在電液內合成H2O，該電池在在理論上不消耗水，不需添加蒸餾水，可以長期運行。由于

18、上述特點，閥控電池體積小，具有防震抗壓的特點，便于運輸，可以放倒后疊加放置，酸液無滲漏，可與其它設備同置一室，無酸霧逸出，無需設專門的電池室。鉛酸蓄電池的型號一般按以下方式表示：圖1-2 蓄電池型號表示二、鎘鎳電池鎘鎳電池屬于堿性電池，在結構上，其正極板是氧化鎳，負極板是鎘-鐵；電解液為氫化鉀或氫化鈉中加入適量的氫化鋰組成；外殼為封閉型。其化學能與電能的轉換也是通過其內部復雜的化學反應完成的。鎘鎳電池按放電電流與蓄電池的額定容量的關系可分成四類，即：I<0.5C5(A),為低倍率型；I=(0.53.5)C5(A)，為中倍率型；I=(3.57)C5(A)，為高倍率型；I>7C5(A)

19、,為超高倍率型。在變電所中，主要采用中倍率型和高倍率型。一般用在容量不太大的場合。鎘鎳電池具有對環(huán)境污染小、無腐蝕性、維護工作量小、結構緊湊、占地面積少、布置方便、使用壽命長（可長達20年）等優(yōu)點。可直接放在主控制室內或配電裝置內，不用專設蓄電池室。第二章 確定直流系統(tǒng)的接線和工作電壓第一節(jié) 直流系統(tǒng)的接線一、母線接線方式1.直流系統(tǒng)接線方式的主要原則直流系統(tǒng)采用單母線或單母線分段接線，不用雙母線接線，使系統(tǒng)接線更加簡單，運行也更加可靠。1組蓄電池可為單母線分段或單母線；2組蓄電池設兩段母線，正常獨立運行，母線之間裝有聯絡電器，一般為刀開關，必要時也可裝設保護電器。每組蓄電池設有專用的試驗放電

20、回路，蓄電池的試驗放電設備經隔離和保護電器直接與蓄電池組出口回路并接主要為了試驗時蓄電池組可以方便的退出，簡化操作步驟，簡化接線，避免誤操作。同時不影響直流母線的運行，提高可靠性。由于蓄電池試驗放電的次數不多，為提高試驗設備的利用率，所以，不宜固定連接，便于多組蓄電池公用。蓄電池直流系統(tǒng)的接線與蓄電池類型、運行方式和蓄電池組數等有關。根據運行方式，可分為充放電運行的蓄電池直流系統(tǒng)和浮充電運行的蓄電池直流系統(tǒng)。2.不同的接線方式按充電放電方式工作的蓄電池直流系統(tǒng)直流母線電壓為110V或220V。正常情況下，充電用的硅整流裝置斷開，由蓄電池組向負荷供電，蓄電池放電。為了保證在事故情況下蓄電池組能可

21、靠工作，必須在任何時候都留有一定的容量，絕不能使蓄電池完全放電，通常放電約達容量的60%-70%時，便應停止放電，進行充電。在給蓄電池組充電和放電時，充電整流裝置除向蓄電池組充電外，同時還供經常性的直流負荷用電。 蓄電池組按充電放電方式工作的主要缺點是必須頻繁的進行充電，通常每隔12晝夜充電一次，蓄電池老化較快，使用壽命短，進行維護也較復雜。按浮充電方式工作的蓄電池直流系統(tǒng)由一組鉛酸蓄電池構成的直流系統(tǒng)接線如下 圖2-1 一組蓄電池的直流系統(tǒng)圖直流系統(tǒng)采用了單母線分段接線，為母線段、。系統(tǒng)中只裝設了一組蓄電池，通過刀開關QK1、QK2可隨意接到任一母線上，也可同時接到兩段母線上（此時兩母線并聯

22、運行）。浮充設備U1和充電設備U2分別接在兩段母線上，當交流所用電有雙電源時，充電和浮充設備接在不同的交流電源上。直流系統(tǒng)中還接有絕緣監(jiān)察裝置和各種測量表計等。正常運行時，浮充設備和充電設備負責向直流系統(tǒng)供電，并兼向蓄電池浮充電。利用蓄電池內阻小，伏安特性平坦的特點，使其主要擔負短時沖擊負荷供電。在蓄電池回路中，電流表PA1為雙向電流表，以監(jiān)視充電和放電電流。電流表PA2用來測量浮充電電流，正常時被短接，測量時，可利用按鈕SB使接觸器KM的常閉觸點斷開后測試。電壓表PV1用來監(jiān)視蓄電池的端電壓。蓄電池在放電過程中端電壓會下降，從而影響直流母線電壓的穩(wěn)定，為了保證直流母線電壓的穩(wěn)定，可采用端電池

23、和端電池調節(jié)器。由兩組蓄電池構成的直流系統(tǒng)的接線方式如下圖2-2 兩組蓄電池直流系統(tǒng)圖該接線中裝設了兩組蓄電池，分別接在不同的分段母線上。在正常運行情況下，兩段母線間的聯絡刀開關打開，整個直流系統(tǒng)分成兩個沒有電氣聯系的部分，在每段母線上接一臺浮充設備，兩組蓄電池共用一臺充電設備，充電設備經兩個刀開關分別接到兩組蓄電池的出口，可分別對其進行充放電。每段母線設有單獨的電壓監(jiān)視和絕緣監(jiān)察裝置。調壓設備接在蓄電池和直流母線之間。當其中一組蓄電池因檢修或充放電需要從母線上斷開時，分段開關合上，兩段母線的直流負荷由一組蓄電池供電。 按浮充電方式工作時，充電整流裝置經常與蓄電池組同時接與母線上并聯工作。整流

24、裝置除給直流母線上的經常負荷供電外，同時以很小的電流向蓄電池組浮充電，用以補償蓄電池組自放電，使蓄電池經常處于滿充電狀態(tài)，蓄電池組主要負擔短時間沖擊負荷，如斷路器的合閘電流。此外，在交流系統(tǒng)發(fā)生故障，充電整流器斷開情況下，蓄電池組轉入放電狀態(tài)，承擔全部直流系統(tǒng)負荷。交流電恢復后，充電整流器給蓄電池組充好電在轉入浮充電狀態(tài)。這種連續(xù)浮充電方式，又稱為全浮充電方式。 為了避免由于控制浮充電流不準確，造成硫酸鉛沉淀在極板，影響蓄電池的輸出容量和降低使用壽命，規(guī)定每三個月進行一次核對性放電，放出蓄電池容量的50%60%，終止電壓為1.9V為止；或進行全容量放電，放電終止電壓為1.751.8V為止，放電

25、后應立即進行一次均衡充電（亦稱過充電）。使各個蓄電池電解液的密度、容量、電壓等都達到均衡一致的良好狀態(tài)。 采用浮充電方式運行，不僅可以減少維護工作量，而且可以提高直流系統(tǒng)的工作可靠性，蓄電池的使用壽命較充電放電工作方式延長12倍。所以，全浮充電方式在發(fā)電廠和變電所中得到廣泛應用。 為了能及時發(fā)現直流系統(tǒng)的接地故障，母線上裝設有絕緣監(jiān)察裝置（其表計部分為兩段母線共用；信號部分各自一套）。為了能及時發(fā)現母線電壓高于或低于規(guī)定值，每段母線上各裝設一套電壓監(jiān)察裝置；為了反映斷路器的位置信號，每段母線上各裝設一套閃光裝置。 采用端電池后，不但使直流系統(tǒng)的接線復雜，而且使蓄電池組的運行維護工作量增加。在全

26、浮充電運行中，正常工作時根本不需要調整蓄電池組的端電壓。因此在大型發(fā)電廠和變電所中，單直流系統(tǒng)有兩組及兩組以上蓄電池時，蓄電池組可以不設端電池，并采用全浮充電運行方式。這樣的直流系統(tǒng)典型接線一般采用單母線兩分段，每段接一組蓄電池和一臺充電整流器，另有一臺備用整流器，可接于兩段母線。當一組蓄電池進行核對性放電時，該段母線的直流負荷由另一組蓄電池供給。 二、其它直流系統(tǒng) 1.鎘鎳蓄電池的直流系統(tǒng) 國內制造廠生產和提供成套鎘鎳蓄電池直流屏，是一種高性能直流不停電電源。它具有可靠性高、適應性強、使用壽命長、電壓穩(wěn)定、放電倍率高、維護簡單、占地面積小、無污染等特點。適用于110KV及以下電壓等級的變電所

27、，容量在100A·H以下的場所。 2.硅整流電容儲能直流系統(tǒng) 硅整流電容儲能直流系統(tǒng)與蓄電池系統(tǒng)相比，具有壽命長、投資省、維護簡便、占地面積小等優(yōu)點，在中小型變電所中得到廣泛應用。尤其是35KV及以下變電所應用更廣。但硅整流電源是一種非獨立式電源，與一次交流系統(tǒng)的運行工況有關。 三、直流供電網絡 變電所的直流供電網絡是由直流母線引出，供電給直流負荷的中間環(huán)節(jié)，它是一個龐大的多分支閉環(huán)網絡。直流網絡可根據負荷類型和供電路徑，分為若干相互獨立的分支供電網絡，例如，控制、保護、信號、供電網絡、斷路器合閘線圈供電網絡及事故照明供電網絡。為了防止某一網絡出現故障時影響一大片負荷供電，也便于檢修

28、和故障排除，不同用途負荷由單獨網絡供電。 為簡化設備，220KV變電站直流系統(tǒng)一般采用環(huán)形供電網絡，在變電站內將動力母線和控制母線合一，在各直流負荷之間形成環(huán)形供電網絡，每個環(huán)的電源回路接到母線上。第二節(jié) 確定系統(tǒng)工作電壓 在確定變電站直流系統(tǒng)額定電壓時，應根據變電站的具體情況，找出影響直流系統(tǒng)額定電壓選擇的主要因素。以往設計的220KV及以下電壓等級的變電站，大多為帶電磁操作機構的斷路器，需要直流動力合閘電源，在這種情況下，滿足直流動力回路電壓的要求，降低直流動力電纜的投資成為影響直流系統(tǒng)額定電壓選擇的主要因素。因此，以往設計的變電站中多數采用了220V的直流系統(tǒng)。20世紀80年代以來，在2

29、20500KV變電站中，110KV及以上電壓等級的斷路器多數采用氣動或液壓操作機構，10KV斷路器采用彈簧操作機構，這樣就不需要直流系統(tǒng)提供動力合閘電源了。因此，滿足直流動力回路電源的要求就不再是確定直流系統(tǒng)額定電壓的主要因素。 一般來說，當直流電壓為220V時，若控制電纜長度在500m以內，電纜截面積不大于4mm2就不會給電纜的接線帶來困難。當直流電壓為110V時，若電纜長度超過250m，就要選用截面積為6mm2或10mm2的電纜，一般端子排只能連接截面積不超過6mm2的電纜芯，要連接截面積大的電纜芯必須采用特殊的連接方式，這給施工和維護都帶來困難；另外，220KV變電站的控制對象多，距離遠

30、，直流電壓采用110V，加大了控制電纜的截面積，必然大幅增加有色金屬的消耗，增加在控制電纜方面的投資。基于上述技術和經濟上的考慮，在220500KV變電站采用集中控制的情況下直流系統(tǒng)額定電壓宜選220V。 所以，此次設計的220KV有人值班的變電站站，直流系統(tǒng)電壓宜選220V。 第三章 計算與選擇 在變電站直流系統(tǒng)的分析與設計中，有許多數據需要計算，比如蓄電池的容量。也有許多模塊需要進行選擇，如蓄電池的充電模塊。本章重點介紹蓄電池容量的計算與選擇、直流充電模塊的選擇、UPS不停電電源的選擇、通信電源的設計與選擇和直流系統(tǒng)中各自動開關額定容量的選擇。第一節(jié) 計算并選擇蓄電池容量 一、蓄電池的電氣

31、特性 1.容量 電池的容量是表示蓄電池的蓄電能力，充足電的蓄電池放電到規(guī)定終止電壓時，其所放出的總容量，稱為電池的容量。若蓄電池以恒定放電電流If放電，到達規(guī)定終止電壓的時間為tf，則對應容量為 C=If·tf（A·H） 容量的單位為安時，蓄電池的實際容量并不是一個固定不變的常數，它受許多因素的影響。主要有放電率、電解液比重和電解液溫度。 放電率：放電率是反映蓄電池放電到終止電壓時間的快慢，簡稱為放電率，常用時率和倍率表示。 時率是以放電時間表示放電速率，即以某電流放電至規(guī)定終止電壓所經歷的時間，如放電率為10、8、5、3、1h。對于鉛酸蓄電池是以10h放電率為正常放電率。

32、 倍率是指電池放電電流的數值為額定容量數值的倍數。如放電電流表示為0.1C20（C20表示放電時間為20h的電池容量），對于一個60A·H的電池，即以0.1×60電流放電；3C20意指180A的電流放電。 蓄電池的額定容量是指在規(guī)定條件下所能輸出的電量。對于鉛酸蓄電池，額定容量是指電解液溫度為25時，以10h放電率對應的容量。 2.蓄電池運行方式及有關術語 蓄電池組一般有兩種運行方式，即充放電運行方式和浮充電運行方式。 充放電運行方式 蓄電池組通過放電，向直流負荷進行供電。放電結束后，將蓄電池接到充電裝置上，進行充電。 浮充電運行方式 正常時，蓄電池組和整流設備并接在直流母

33、線上，整流設備一方面向直流負荷供電，一方面以較小的充電電流向蓄電池浮充電，以補充蓄電池的自放電。當交流系統(tǒng)或整流設備故障時，甚至全所停電，由蓄電池維持向直流負荷連續(xù)供電，保證供電不中斷。 均衡充電對于一組浮充運行的蓄電池，雖然蓄電池的全組電池都處同樣的條件下，但由于某種原因，有可能造成全組電池不均衡。在這種情況下，應采用均衡充電的方法來消除電池之間的差別，以達到全組電池的均衡。均衡充電是用小電流進行13h的過充電過程，均衡充電不能頻繁進行。二、蓄電池個數的確定此次設計的220KV變電站采用控制母線與合閘母線合一的形式。在此模式下，每組蓄電池閥控密封鉛酸蓄電池個數需綜合考慮正常浮充電時直流系統(tǒng)母

34、線電壓值、直流負荷允許最高電壓值、直流負荷允許最低電壓值。1.按浮充電運行時，直流母線電壓為1.05Un選擇蓄電池個數 n=1.05UnUf Un為系統(tǒng)標稱電壓； Uf為單體電池浮充電壓，取Uf=2.25V則：n=1.05UnUf=1.05×2202.25=103蓄電池取103塊。2.蓄電池均衡充電電壓選擇根據蓄電池個數及直流母線電壓允許的最高值選擇單體蓄電池均衡充電電壓值。對于控制負荷和動力負荷合并供電:Uc1.10Unn=1.10×220103=2.35均充電壓取UC=2.30V 3.蓄電池放電終止電壓選擇根據蓄電池個數及直流母線電壓允許的最低電壓值選擇單體蓄電池事故放

35、電末期終止電壓。 對于控制負荷和動力負荷合并供 UM0.875UNn=0.875×220103=1.87 則取放電終止電壓UM=1.87V三、蓄電池容量選擇 1.直流負荷統(tǒng)計序號負荷名稱裝置容量KW計算電流A經常電流A事故放電時間電流A隨機初期1min1-60minIchoCS.1.01經常負荷836.3636.3636.3636.362事故照明313.6413.6413.643UPS電源1045.4545.4545.454通信電源26.1826.1826.1826.185斷路器合閘226斷路器跳閘2.52.57電流統(tǒng)計AI0=62.54I1=124.13I2=121.63Ichx=

36、2 2.容量選擇計算 滿足事故全停電狀態(tài)下的持續(xù)放電容量： 式中：可靠系數，取1.4； 事故全停狀態(tài)下持續(xù)放電時間x（h）的放電容 量，為121.63A； 容量系數，查直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程表B.10得其為0.45； 故： 所以，選擇蓄電池的額定容量= 400Ah。 3.電壓校驗 事故放電初期（1min）承受沖擊放電電流時，蓄電池所能保持的電壓 事故放電初期（1min）沖擊放電電流值，A； 事故放電初期（1min）沖擊放電系數； 蓄電池10h放電率標稱電流，A; I10=400/10=40A 根據Kcho的值，查直流系統(tǒng)技術規(guī)程圖B.6中0曲線，查處單體電池電壓值Ud=2.08V 則：UD=nU

37、d=214.24V 滿足86%-111%蓄電池端電壓的要求。 事故放電末期承受沖擊放電電流時蓄電池所能保持電壓。 任意事故放電階段，10h放電率電流倍數，即放電系數； x事故放電容量； x任意事故放電階段時間，h； t事故放電時間，h； x事故放電末期沖擊放電系數； x事故放電末期沖擊放電電流值，A；計算得： 查直流系統(tǒng)技術規(guī)程圖B.6得Ud=1.96V UD=nUd=201.88V滿足86%-111%蓄電池端電壓的要求。 任意事故放電階段末期，蓄電池所能保持的電壓。 查直流系統(tǒng)技術規(guī)程圖B.6,對應Kchm.x=0，得Ud=1.956V 則：UD=103×1.956=201.468

38、V 滿足86%-111%蓄電池端電壓的要求。 所以，此變電站中每組蓄電池采用103塊單體2V閥控式密封鉛酸蓄電池(膠體)，單體容量為400AH。第二節(jié) 直流充電模塊的選擇 一、近年來越來越多的變電站的蓄電池的充電設備采用智能型高頻開關充電裝置，充電浮充裝置采用多個高頻開關電源模塊（N+1）并聯組合供電，即在N個模塊滿足電池充電電流加上經常性負荷電流的基礎上在增加1個備用模塊，且各模塊可脫離監(jiān)控單元獨立進行工作，充電機的可靠性大大提高。 高頻開關整流器通常由工頻濾波電路、工頻整流電路、功率因數校正電路、直流直流交換器和輸出濾波器等部分組成。輸出回路的作用是將交流輸入電壓整流濾波為平滑的高壓直流電

39、壓；功率變換器的作用是將高壓直流電壓轉換為頻率大于20KHZ的高頻脈沖電壓；整流濾波器的作用是將高頻脈沖電壓轉換為穩(wěn)定的直流輸出電壓；開關電源控制器的作用是將輸出電流電壓取樣來控制功率開關器件的驅動脈沖的寬度，從而調整開通時間以使輸出電壓可調穩(wěn)定。由于高頻變壓器取代了笨重的工頻變壓器從而使穩(wěn)壓電源的體積和重量大大減少。高頻開關整流器和可控硅整流器相比具有以下優(yōu)點：重量輕、體積小功率因數高可聞噪音低效率高沖擊電流小模塊式結構。 由此可見，高頻開關電源是現階段變電站直流電源的必然選擇。 二、充電裝置選擇計算 1.充電裝置額定電流選擇 滿足浮充要求 Ir=0.01I10+Ijc=0.01×

40、40+62.54=62.94A 滿足初充要求 Ir=1.0I10 1.25I10 則：40AIr50A 滿足均衡充電要求： Ir=（1.0I101.25I10）+Ijc 得：102.54AIr112.54A2.輸電壓選擇 Ur=nUcm=103×2.4=247.2V Ur充電裝置額定電壓，V； n蓄電池組單體個數； Ucm充電末期單體蓄電池電壓，V，閥控式鉛酸蓄電池為2.40V；3.選擇充電裝置的額定電流為10A。4.此次設計為兩組蓄電池配三組高頻開關充電模塊，模塊數量為： N=I10Ime=4010=4 Ime單個模塊額定電流 N高頻開關電源模塊選擇數量 采用N+1形式 所以，選用

41、3套高頻開關電源模塊，單套高頻開關模塊的容量為5×10A。第三節(jié) UPS不停電電源的選擇UPS是Uninterruptable Power System（不間斷電源）3個英文單詞的縮寫，是指當交流市電斷電或其變化超出規(guī)定限額時仍能繼續(xù)向用電設備提供電能的設備。一、UPS的幾種工作方式介紹1.后備式UPS：在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電超出其工作范圍時，通過轉換開關轉換為電池逆變供電。2.在線互動式UPS：在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電偏高或偏低時，通過UPS內部穩(wěn)壓線路穩(wěn)壓后輸出，當市電異?；蛲ｋ姇r，通過轉換開關轉變成電池逆變供電。3.在線式UPS在市電正常時，由

42、市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無間斷輸出。二、隨著變電站綜合自動化水平的提高，大量采用了交流控制的微機監(jiān)控等智能化設備。為保證交流控制電源系統(tǒng)的可靠供電，通常是采用由蓄電池組、充電裝置，構成的交流不停電電源系統(tǒng)，即UPS。到90年代末，隨著高頻開關變換技術的成熟，模塊化的電力專用UPS電源和逆變電源在變電所中得到推廣應用。它取消了內置蓄電池組，逆變器直流輸入取自站內直流控制電源系統(tǒng)的蓄電池組，并且實現了直流與交流輸入和輸出的電氣隔離，以及高精度的穩(wěn)壓穩(wěn)頻逆變輸出。三、介紹幾種電力專用UPS電源典型

43、系統(tǒng)圖 1.電力專用UPS電源典型系統(tǒng)結構圖 圖3-1 典型UPS系統(tǒng)圖 電力專用UPS電源內部包含整流器、逆變器、旁路靜態(tài)開關、直流逆止二極管、輸入輸出隔離變壓器及濾波器等等單元。 此系統(tǒng)平時由交流供電，當交流出現故障時由直流提供能量。但是當機器過載、過溫或逆變器故障時都將工作于旁路狀態(tài)，機器此時的輸出只是經過濾波后無穩(wěn)壓、穩(wěn)頻處理的普通市電。只要電力專用UPS電源的交流輸入和直流輸入有一路供電正常，電力專用UPS就可輸出高品質交流電源為負載提供可靠供電。 2電力專用UPS多機N+1并聯熱備份系統(tǒng)結構圖圖3-2 UPS多機N+1系統(tǒng)圖多個UPS模塊按N+1配置，輸出并聯后接至旁路切換模塊，正

44、常時由并聯的UPS模塊向負載供電，并平均分擔電流，當其中1臺UPS模塊故障時會自動退出運行不影響其它模塊正常輸出；當2臺以上UPS模塊故障退出，且其余工作模塊出現過載時自動切換到旁路供電。當旁路切換模塊故障時，可通過維護旁路向負載供電，且維護旁路回路同樣具有防誤操作閉鎖功能。四、出于更高的可靠性考慮，此次設計的變電站采用電力專用UPS多機N+1并聯熱備份系統(tǒng)，單個模塊采用由合肥陽光電源有限公司生產的型號為SL22015K3的產品。第四節(jié) 通信電源的分析與設計通信電源是通信系統(tǒng)的重要組成部分，作為通信設備正常工作必備的基礎設施，通信電源的優(yōu)劣將影響到通信系統(tǒng)的通信質量和通信可靠性。電力通信網作為

45、電網發(fā)展的基礎設施，在保障電網安全、穩(wěn)定、經濟運行、提高電網信息化水平等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。通信電源是向通信設備不間斷的提供直流電或交流電的電能源，任何通信系統(tǒng)都離不開通信電源。通信的迅猛發(fā)展，使得通信設備對通信電源的要求越來越高，傳統(tǒng)的相控穩(wěn)壓電源已不能滿足現代通信對通信質量的要求，而逐漸被性能更為優(yōu)良高頻開關電源取代。開關電源分為ACDC、DCDC兩大類。ACDC交換是具有將交流變換為直流，輸入為50HZ60HZ的交流電，輸出為直流電；DCDC變換是將固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，也稱直流斬波。DCDC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國外均已成熟和標準化，可靠性高

46、，并已得到用戶的認可。DCDC變換器現已成功應用于電力行業(yè)。DCDC模塊可以轉換成各種不同的電壓，同電壓等級的DCDC變換器可以并聯運行，之間可以實現自動均流。分析變電所直流操作電源和通信電源的接線特點，正常均由充電設備將交流電轉換成所需的直流電，提供設備所需的電源，當交流停電時，由蓄電池保障供電；根據變電所規(guī)模和重要性不同，系統(tǒng)接線采用單母線或單母線分段接線方式，一組或兩組蓄電池。不同點是直流操作電源和通信電源的供電電壓，前者一般為220V(110V)，后者一般為48V。當前DCDC模塊的成熟發(fā)展和大量應用，給以我們一些啟示，DCDC模塊的性能指標能完全滿足通信設備對電源的要求，同時微機監(jiān)控裝置可以對DCDC模塊進行監(jiān)控，安全可靠性滿足要求。由此，我們提出了將變電站直流操作電源與通信電源集成的方案，將通信電源作為直流操作系統(tǒng)的重要負荷，根據通信負荷情況，選取適當參數和數量的的DCDC模塊將220V轉換成48V,供給通信負荷用電。這樣，變電所直流操作電源系統(tǒng)接線方式沒有改變。蓄電池容量根據變電所直流負荷和通信負荷的要求設計。直流充電設備（高頻開關電源ACDC模塊）采用N+