直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、201b變電站直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)莊玉斌蘭鈾公司 電控車間 摘要：201b變電站直流系統(tǒng)主要由蓄電池組、充電裝置、直流饋線屏、直流配電柜、直流電源監(jiān)測裝置、直流分支饋線等部分組成，并由此形成一個(gè)龐大、遍布變電站的直流電源供電網(wǎng)絡(luò)，為繼電器保護(hù)裝置、斷路器跳合閘、信號系統(tǒng)、直流充電機(jī)、UPS、通信等等各個(gè)子系統(tǒng)提供安全、可靠的工作電源。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括接線方式，系統(tǒng)電壓確定，蓄電池容量計(jì)算，直流充電模塊選擇，通信直流變換器的選擇等。關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；蓄電池組；不停電電源；充電裝置201b Substation DC System DesignAbstract：201b Substation DC sy

2、stem consists of batteries, charging devices, DC screen, DC power distribution cabinets, DC power monitoring device, DC branch feeder and other components, which are formed by a large, all over the DC power supply substation network, following the electrical protection devices, circuit breaker, sign

3、al systems, DC charger, UPS, communications and so on each subsystem to provide a safe, reliable supply of work. The design include wiring, system voltage to determine ，the battery capacity calculation, the DC charging module selection, choice of communication DC-DC converter.Key words：DC system；bat

4、teries；Uninterrupted power supply；charging devices目錄第一章 概述1第二章 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)2一、負(fù)荷種類2二、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算2第三章 主接線方案6一、直流系統(tǒng)的額定電壓6二、蓄電池及充電裝置組數(shù)的確定8三、直流系統(tǒng)基本接線方式8第四章 直流系統(tǒng)的設(shè)備選擇11一、蓄電池類型比較選擇11二、蓄電池?cái)?shù)量的確定12三、蓄電池組選擇13第五章 總結(jié)17第一章 概述 變電站直流系統(tǒng)是應(yīng)用于各類變電站和其它使用直流設(shè)備的用戶，為給信號設(shè)備、保護(hù)、自動裝置、事故照明、應(yīng)急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設(shè)備。變電站直流系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的電源，它不受發(fā)電機(jī)、

5、用戶及系統(tǒng)運(yùn)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(shè)備。在201b變電所中，直流系統(tǒng)主要為站用控制負(fù)荷和動力負(fù)荷應(yīng)急電源。在本變電所中控制負(fù)荷主要包括電氣和熱工系統(tǒng)的控制，信號，保護(hù)，自動裝置和某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這些都是變電所正常，安全運(yùn)行的極為重要的負(fù)荷；除為直流控制負(fù)荷外，還為一些動力負(fù)荷，例如合閘大電流的電磁操作機(jī)構(gòu)，事故照明裝置等。這些動力負(fù)荷，都是保證變電所安全起停所必需的，是非常重要的負(fù)荷?？梢姡绷骺刂齐娫聪到y(tǒng)兼有直流保安電源的功能，其工作的可靠性是極為重要的。為保證直流系統(tǒng)正常供電，根據(jù)電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊計(jì)算出201b變電所事故放

6、電容量和蓄電池臺數(shù)及容量，并由此確定了直流系統(tǒng)接線方案。第二章 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)一、負(fù)荷種類在統(tǒng)計(jì)直流負(fù)荷容量時(shí)，要用到“負(fù)荷系數(shù)”的概念。所謂“負(fù)荷系數(shù)”既是實(shí)際計(jì)算負(fù)荷容量與額定負(fù)荷容量的比值。應(yīng)用負(fù)荷系數(shù)是為了更真實(shí)的統(tǒng)計(jì)實(shí)際的直流負(fù)荷，進(jìn)而更確切地計(jì)算電池容量。負(fù)荷系數(shù)通常根據(jù)負(fù)荷特性、運(yùn)行工況以及容量裕度因素確定。直流系統(tǒng)的負(fù)荷及用電特性可分為三類：經(jīng)常負(fù)荷、事故負(fù)荷、沖擊負(fù)荷3。1、經(jīng)常負(fù)荷包括 （1）、經(jīng)常帶電的繼電器、信號燈、位置指示器、經(jīng)常直流照明燈 （2）、交流不停電電源（由直流母線供電） （3）、當(dāng)變電所的部分保護(hù)或自動裝置采用弱電控制時(shí)，弱電電源變換裝置也由電流系統(tǒng)供電。2

7、 、事故負(fù)荷：當(dāng)發(fā)電廠或變電所失去交流電源引起全廠停電時(shí)，必須由直流系統(tǒng)供電的負(fù)荷。 3、 沖擊負(fù)荷：為斷路器合閘時(shí)的短時(shí)沖擊電流和此時(shí)母線所承受的負(fù)荷電流。 沖擊負(fù)荷中的斷路器合閘電流，應(yīng)考慮整個(gè)變電所中合閘電流最大的一臺斷路器，或考慮廠用備用電源自動投入時(shí)實(shí)際同時(shí)合閘的斷路器的合閘電流總和。二、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算1（1）201b系統(tǒng)6KV有9回路，一個(gè)母線分段，兩臺變壓器共計(jì)12回路（2）其它公用設(shè)施：閃光裝置2套，檢測裝置1套。同期裝置1套。微機(jī)檢測裝置1套，UPS裝置1臺。1、經(jīng)常負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算表1-1負(fù)荷名稱和種類信號燈和位置指示器（W）光字牌及顯示器（W）經(jīng)常帶電繼電器（W）保護(hù)和自動裝置

8、（W）跳閘電流（A）合閘電流（A）10KV設(shè)備12×5=6012×20=24012×4×5=24012×50=60012×2.5=30120公用設(shè)備6×5=306×20=12012×5=60分項(xiàng)合計(jì)90360300600取大值30取大值120在表1-1中，各類負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法如下（1） 信號燈：按每回路一個(gè)統(tǒng)計(jì)位置指示器：主變壓器按2個(gè)統(tǒng)計(jì)，母聯(lián)、分段不統(tǒng)計(jì)、主變壓器中性點(diǎn)按兩個(gè)統(tǒng)計(jì)。 電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊表3-4，每只信號燈或位置指示器的功耗按35W統(tǒng)計(jì)；根據(jù)短路器、隔離開關(guān)等回路數(shù)量，按系統(tǒng)（如各電壓

9、等級）分別統(tǒng)計(jì)；即各系統(tǒng)直流功耗=（斷路器數(shù)+隔離開關(guān)）（35W）（2） 經(jīng)常帶電繼電器： 6KV線路，每回4個(gè)；主變壓器，每臺7-8個(gè)；經(jīng)常負(fù)荷電流： =6.14(A) 2、事故負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算（1）、控制信號設(shè)備事故負(fù)荷 按照電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊表3-8統(tǒng)計(jì)計(jì)算6KV線路信號燈、指示器、繼電器： （W）（A）繼電保護(hù)和自動裝置：（W）（A）合計(jì)為6.47A（2）、事故照明負(fù)荷 按照電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊表3-12統(tǒng)計(jì)計(jì)算 =2+0.8=2.8（KW） =12.74 (A)(3)、UPS事故負(fù)荷 （4）、事故放電初期的負(fù)荷 （A） 式中事故初期斷路器跳閘電流。 （5）、160min時(shí)間內(nèi)事

10、故放電負(fù)荷 3、事故容量統(tǒng)計(jì)計(jì)算 出UPS負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為0.5外，其余控制保護(hù)事故負(fù)荷和事故照明負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為1.0h。 所以事故放電容量為 第三章 主接線方案一、 直流系統(tǒng)的額定電壓 電力工程中，直流系統(tǒng)電壓等級分為220,110,48,24V,常用的電壓等級為220V和110V，一些弱電系統(tǒng)采用48V或24V。 直流電壓等級直接影響到蓄電池，充電裝置，電纜截面和其他直流設(shè)備的選擇。目前我國發(fā)電廠和變電所大多數(shù)都采用單一的220V電壓或110V電壓。其中220V直流系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)3：（1）采用220V電壓可以選用較小的電纜截面，節(jié)省有色金屬，同時(shí)也降低了控制電纜中的電壓降，從而也降低了電纜

11、截面的要求，降低電纜投資。（2）220V直流系統(tǒng)要求絕緣水平高。220V蓄電池組的絕緣電阻不應(yīng)低于0.2M。（2）在220V直流系統(tǒng)中，大量采用的中間繼電器由于其線圈導(dǎo)線線徑小，曾多次發(fā)生斷線事故，且斷線后難以檢測出來，以致造成保護(hù)裝置拒動或誤動，為克服繼電器線徑小，易斷線的問題，有的工程中采用2個(gè)110V繼電器串聯(lián)或1個(gè)110V繼電器和電阻串聯(lián)的辦法，但這樣又多用了設(shè)備并增加了接線的復(fù)雜性。（3）在發(fā)電廠和變電所中，當(dāng)采用單一的220V直流電壓時(shí)，往往使得直流網(wǎng)絡(luò)過于龐大和復(fù)雜，使得直流接地故障查找困難，而且直流網(wǎng)絡(luò)過大，系統(tǒng)對地電容增大，當(dāng)出現(xiàn)一點(diǎn)接地時(shí)，由于電容放電作用可能導(dǎo)致某些裝置誤

12、動作。其中110V直流系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)3：（1） 所需蓄電池個(gè)數(shù)少，占地面積較小，安裝維護(hù)方便。（2） 絕緣水平要求低，110V蓄電池組的絕緣電阻不應(yīng)低于0.1M系統(tǒng)中配備的中間繼電器線圈線徑較大，減少了線圈斷線和接地的故障機(jī)率。（3） 由于電壓水平低，從而降低了繼電器觸點(diǎn)斷開時(shí)所產(chǎn)生的干擾電壓幅值，并減少了對電子元件構(gòu)成的保護(hù)和自動裝置的干擾。（4） 由于電壓水平低，使得直流負(fù)荷電流成倍增加，從而使所需電纜截面相應(yīng)增大。因此，通常在負(fù)荷電流較小，供電距離較短的控制，信號和保護(hù)用電源中才推薦采用110V電壓。（5） 對相同容量的負(fù)荷，110V需要的蓄電池容量，與220V者相比，約增加一倍。直流

13、電壓的選擇 權(quán)衡利弊，在DL/T50442004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定：直流系統(tǒng)額定電壓宜按下列要求確定2：（1） 控制負(fù)荷專用蓄電池組（對于網(wǎng)絡(luò)控制室可包括直流事故照明負(fù)荷）的電壓宜采用110V。（2） 動力負(fù)荷和直流事故照明負(fù)荷專用蓄電池組的電壓宜采用220V。（3） 控制負(fù)荷，動力負(fù)荷和直流事故照明負(fù)荷共用的蓄電池組的電壓宜采用220V和110V。（4） 當(dāng)采用弱電控制或信號時(shí)，宜裝設(shè)較低電壓等級的專用蓄電池組。在某些情況下，例如，當(dāng)控制信號等直流負(fù)荷供電距離較長或負(fù)荷電流過大，其電纜截面比220V系統(tǒng)增大很多時(shí)，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定合理的電壓等級。對于弱電控制信號所采

14、用的蓄電池組，應(yīng)根據(jù)設(shè)備要求選用48V或24V或其他的電源。 綜上所述，根據(jù)各等級電壓運(yùn)行特點(diǎn)和規(guī)范要求，在201b直流系統(tǒng)中選擇220V為其額定電壓。二、蓄電池及充電裝置組數(shù)的確定1、蓄電池組數(shù)的確定根據(jù)DL/T 5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程2：220KV500KV變電所應(yīng)裝設(shè)不少于2組蓄電池。當(dāng)配電裝置內(nèi)設(shè)有繼電保護(hù)裝置小室時(shí)，可將蓄電池組分散裝設(shè)。110KV及以下變電所宜裝設(shè)1組蓄電池，對于重要的110KV變電所可裝設(shè)2組蓄電池。所以在本變電所裝設(shè)1組蓄電池用于控制負(fù)荷和動力負(fù)荷供電。2、充電裝置組數(shù)的確定2對于1組蓄電池：采用晶閘管充電裝置時(shí)，宜配置2套充電裝置；采用

15、高頻開關(guān)充電裝置時(shí)，宜配置1套充電裝置，也可配置2套充電裝置。綜上所述，本配電所裝設(shè)2套高頻開關(guān)充電裝置。三、直流系統(tǒng)基本接線方式對直流系統(tǒng)基本接線方式的要求是安全可靠、接線簡單、供電范圍明確、操作方便。一般采用充電裝置與蓄電池組并聯(lián)接于直流母線。整流裝置除供給經(jīng)常性直流負(fù)荷外，同時(shí)以很小電流向蓄電池浮充電，補(bǔ)償蓄電池的自放電，使蓄電池經(jīng)常處于滿充電狀態(tài)。根據(jù)DL/T 5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程2：（1）1組蓄電池的直流系統(tǒng)，采用單母線分段接線或單母線接線。（2）單母線分段接線，每段接一組蓄電池、一套浮充裝置。正常時(shí)兩段母線解列運(yùn)行。（3）1組蓄電池配置1套充電裝置時(shí)，二者

16、應(yīng)接入不同母線段。（4）1組蓄電池配置2套充電裝置時(shí)，2套充電裝置應(yīng)接入不同母線段。蓄電池組應(yīng)跨接在二段母線上。（5）每組蓄電池均應(yīng)設(shè)有專用的試驗(yàn)放電回路。試驗(yàn)放電設(shè)備，應(yīng)經(jīng)隔離和保護(hù)電器直接與蓄電池出口回路并接。該裝置宜采用移動式設(shè)備。（6）除有特殊要求的直流系統(tǒng)外，直流系統(tǒng)應(yīng)采用不接地方式。根據(jù)201b變電站的特點(diǎn)選擇互聯(lián)的單母線接線。兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)刀開關(guān)。為防止兩套系統(tǒng)誤并列，應(yīng)設(shè)置閉鎖裝置。本設(shè)計(jì)接線圖是互聯(lián)母線的一種基本接線方式。圖中一、二兩段線間，經(jīng)兩把刀開關(guān)實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)，這樣可以防止誤并列。因?yàn)椋话闱闆r下誤合上一把刀開關(guān)可能容易發(fā)生，但在同一時(shí)間內(nèi)誤合兩把刀開關(guān)的可能性則很小。

17、雖然用了兩把刀開關(guān)，但整個(gè)系統(tǒng)接線簡單。 直流系統(tǒng)接線圖見圖4-1直流系統(tǒng)接線圖第四章 直流系統(tǒng)的設(shè)備選擇一、蓄電池類型比較選擇1、常用的蓄電池分類及特點(diǎn)1目前，常用的蓄電池主要分為三類。分別為普通蓄電池、干荷蓄電池和免維護(hù)蓄電池三種。（1）普通蓄電池：普通蓄電池的級板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。它的主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是比能低（即沒公斤蓄電池存儲的電能）、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。（2）干荷蓄電池：它的全稱是干式荷電鉛酸蓄電池，它的主要特點(diǎn)是負(fù)極板有較高的蓄電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時(shí)，只需加入電解液，等過2030分鐘就可使用。

18、 （3）免維護(hù)蓄電池：免維護(hù)蓄電池由于自身機(jī)構(gòu)上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：一種在購買時(shí)一次性加電解液以后使用中需要維護(hù)；另一種是電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液 由于免維護(hù)蓄電池采用鉛鈣合金架，充電時(shí)產(chǎn)生的水分解量少，水分蒸發(fā)量底加上外殼采用密封結(jié)構(gòu)，釋放出來的硫酸氣體也很少，所以它與傳統(tǒng)蓄電池相比，具有他不需添加任何液體，對接線樁頭、電線腐蝕少，抗過充電能力強(qiáng)，起動電流大，電量儲存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)。 2、目前廣泛采用的有鉛酸免

19、維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘電池三種。國內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械拿饩S護(hù)特性及對環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的太陽能電源系統(tǒng)，特別是無人職守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污染較大，所以主要使用維護(hù)能力或抵擋場合使用，堿性鎳鎘蓄電池具有維護(hù)量及體積小等優(yōu)點(diǎn)，壽命約為7-10年。，不過雖然它有較好的底溫、過充、過放性能，但由于起價(jià)格較高，僅使用于較為特殊的場合。 總體看來，密封式鉛酸蓄電池組，價(jià)格便宜，并且它在正常充放電運(yùn)行時(shí)，處于密封狀態(tài)，不會泄露電解液也不排放任何氣體，不需要定期加水或加酸，只需要定期進(jìn)行充放電一次，基本上就是免維護(hù)了。目前

20、使用最為廣泛。 因此我在設(shè)計(jì)中我選擇了密封式鉛酸蓄電池。二、蓄電池?cái)?shù)量的確定1蓄電池?cái)?shù)量的選擇，應(yīng)保證直流母線電壓在事故放電終了和充電末期維護(hù)在比受電設(shè)備電壓高出5%的水平上，對于220V和110V直流系統(tǒng)，=230V和115V。蓄電池總數(shù)由事故放電末期確定,對于變電所事故放電末期每個(gè)電池電壓按1.95V計(jì)算：個(gè) 基本電池?cái)?shù)有充電末期確定，在充電末期每個(gè)電池電壓為2.7V，基本電池?cái)?shù)為：個(gè) 端電池?cái)?shù)為對于變電所： 個(gè) 浮充電時(shí)連續(xù)在直流母線上的蓄電池?cái)?shù)：個(gè) 式中：為每個(gè)蓄電池在浮充電狀態(tài)時(shí)的電壓，取為2.2V。故本直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)蓄電池?cái)?shù)量n取為104個(gè)三、蓄電池組選擇1 蓄電池的放電容量及其放電

21、電流與放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間長，則允許輸出電流小，而允許放電容量大；反之，則輸出容量小，允許放電電流大。掌握這個(gè)規(guī)律就可根據(jù)不同的放電電流和時(shí)間來正確選擇蓄電池的容量。 目前國內(nèi)常用的蓄電池容量計(jì)算方法有兩種。一種叫容量換算法：按事故狀態(tài)下直流負(fù)荷消耗的安.時(shí)值計(jì)算容量，并按事故放電末期或其他不利條件下校驗(yàn)直流母線電壓水平。另一種叫直流換算法：按事故狀態(tài)下直流負(fù)荷電流和放電時(shí)間來計(jì)算容量1。 本次計(jì)算采用就第一種方法，容量換算法。 （1）、容量選擇計(jì)算。1）、按持續(xù)放電負(fù)荷計(jì)算蓄電池容量。蓄電池組同時(shí)帶控制負(fù)荷和動力負(fù)荷，取電壓系數(shù)=0.86.單個(gè)電池的放電終止電壓為 V取=1.80V。事故計(jì)

22、算時(shí)間取=1h, 由電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊圖44對應(yīng)于=1.80V和=1h,查處容量系數(shù)=0.411。蓄電池的計(jì)算容量用電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊式4-9計(jì)算1：= 式中 事故放電容量（Ah）； 蓄電池容量系數(shù)； 可靠系數(shù)，一般取=1.40 一小時(shí)沖擊放電電流取控制信號設(shè)備事故負(fù)荷，6.47 A；UPS負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為0.5h，事故照明負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為一小時(shí)。當(dāng)事故負(fù)荷在放電期間變化時(shí)，一般多為階梯形負(fù)荷曲線，當(dāng)不是階梯形時(shí)，也可以近似的用階梯形代替，對于階梯形負(fù)荷，也采用分設(shè)計(jì)算法計(jì)算。動和負(fù)荷中UPS負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為0.5h。=（12.74+6.47）1+45.450.5=41.94Ah =143.21Ah2 )、按沖擊負(fù)荷計(jì)算蓄電池容量。放電初期沖擊放電電流最大，等于斷路器跳閘負(fù)荷、控制信號設(shè)備事故負(fù)荷、事故照明和UPS負(fù)荷的總和=6.47+30+12.74+45.45=94.66A,已知滿足電壓水平的放電終止電壓=1.80V，因是放電初期，則由電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊圖42中的“0