變電站直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要變電站直流系統(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(cè)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(hào)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，ups不停電電源的選擇，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AbstractSubstation DC system consists of batteries, charging devic

2、es, 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, signal systems, DC charger, UPS, communication

3、s 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 ups, choice of communication DC-DC converter.Key words：DC system、batteries、Uninterrupted power

4、supply、charging devices 目錄（附參考文獻(xiàn)）引言電力控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)和電力設(shè)備可靠、高效運(yùn)行的保證，所以人們十分關(guān)注電力控制技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力，電力控制技術(shù)日臻完善，目前已達(dá)到十分先進(jìn)可靠的程度。電力控制必須具備安全可靠的控制電源。在電力工程中，控制電源分為兩類，一類是直流電源，一類是交流電源。由于直流電源獨(dú)立于交流動(dòng)力電源系統(tǒng)之外，不受交流電源的影響，具有高度安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)，從而得到廣泛的應(yīng)用。在電力工程中，由于直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，設(shè)備選型不當(dāng)或缺乏正確運(yùn)行管理方法而導(dǎo)致電力設(shè)施損壞、系統(tǒng)故障、事故波及范圍擴(kuò)大、甚至造成人身傷亡等事故屢有

5、發(fā)生，給電力系統(tǒng)和國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成重大損失。所以要求電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)直流電源系統(tǒng)給予高度重視。變電站的直流電源是全站作為控制、信號(hào)、繼電保護(hù)的操作電源，也是重要設(shè)備的保安電源及事故照明電源。監(jiān)視和維護(hù)直流設(shè)備的完好性對(duì)變電站以及整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行十分重要。各類變電站直流電源系統(tǒng)必不可少。對(duì)于不同電壓等級(jí)的變電站往往設(shè)計(jì)不同電壓的直流輸出，以滿足設(shè)備運(yùn)行的需要第一章 變電站直流系統(tǒng)的作用及重要性1.1 變電站直流系統(tǒng)在變電站中，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(cè)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、

6、斷路器跳合閘、信號(hào)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。1.2 直流電源系統(tǒng)在變電站中具有以下幾點(diǎn)重要作用：變電站的直流電源是全站作為控制、信號(hào)、繼電保護(hù)的操作電源，也是重要設(shè)備的保安電源及事故照明電源。監(jiān)視和維護(hù)直流設(shè)備的完好性對(duì)變電站以及整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行十分重要。各類變電站直流電源系統(tǒng)必不可少。對(duì)于不同電壓等級(jí)的變電站往往設(shè)計(jì)不同電壓的直流輸出，以滿足設(shè)備運(yùn)行的需要。在變電站中，直流電源系統(tǒng)應(yīng)滿足各類負(fù)荷中雙重化配置的要求。在變電站內(nèi)由于被控制設(shè)備多，提高直流網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性至關(guān)重要。閥控密封式鉛酸蓄電池和高頻開(kāi)關(guān)整流電源(本設(shè)計(jì)中應(yīng)有到)在直流系

7、統(tǒng)中的應(yīng)用可提高直流電源系統(tǒng)的安全可靠性，降低直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并減小了維護(hù)的工作量。第二章 直流系統(tǒng)接線方式2.1 對(duì)直流系統(tǒng)接線方式的基本要求對(duì)直流系統(tǒng)接線方式的要求是安全可靠，接線簡(jiǎn)單，供電范圍明確，操作方便。2.2 直流系統(tǒng)接線方式的分類直流系統(tǒng)接線方式有單母接線和單母分段接線兩種。按照蓄電池是否帶端電池，又可分為無(wú)端電池接線和帶端電池接線。對(duì)于無(wú)端電池接線，又可分為不帶降壓裝置和帶降壓裝置接線。根據(jù)端電池的投入方式又可分為帶端電池調(diào)節(jié)器接線和帶端電池自投裝置接線。目前應(yīng)用最廣的是不帶任何調(diào)壓裝置的無(wú)端電池接線。對(duì)于小型鎘鎳蓄電池直流系統(tǒng)，往往采用帶有降壓裝置的無(wú)端電池接線。帶端電

8、池調(diào)節(jié)器接線或帶端電池自投裝置接線，目前已很少采用。常用的直流系統(tǒng)基本接線方式簡(jiǎn)介如下：2.2.1單母接線 特點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，可靠。由于浮充電器接在直流母線上，所以當(dāng)蓄電池回路刀開(kāi)關(guān)被誤斷開(kāi)時(shí)，直流母線不致失電。在設(shè)計(jì)上，也可將浮充電電器經(jīng)雙投開(kāi)關(guān)接到直流母線和蓄電池組上。充電器經(jīng)雙投開(kāi)關(guān)可接至蓄電池組。適用范圍：適用于設(shè)有一組蓄電池、兩套充電裝置的變電所和小型發(fā)電廠。2.2.2 單母分段接線1）特點(diǎn)：充電器和浮充電器分別接到兩段母線上，蓄電池組接在一段母線上。直流負(fù)荷雙回電源分別接在不同的分段上，以提高供電可靠性。接線較單母線復(fù)雜，但靈活性很好。2）適用范圍:適用于設(shè)有一組蓄電池和兩套充電裝置

9、的大型變電所或機(jī)組較多的小型發(fā)電廠。2.2.3 互聯(lián)的單母接線。這種接線用于兩組蓄電池的直流系統(tǒng)。其接線特點(diǎn)如下：1）單母分段接線，每段接一組蓄電池、一套浮充電裝置。正常時(shí)兩端母線解列運(yùn)行。2）兩組蓄電池設(shè)一套公用充電裝置，該充電裝置可兼作任一套浮充電裝置的備用。3）兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。為防止兩套直流系統(tǒng)誤并列，應(yīng)設(shè)置閉鎖裝置。4）對(duì)于分期裝設(shè)二組蓄電池的直流系統(tǒng)和兩套直流系統(tǒng)不在一起布置的大型變電站或大中型發(fā)電廠，使用上比較方便。5）上圖是互聯(lián)母線的一種基本接線方式。圖中、段母線間，經(jīng)兩把刀開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)，這樣可以防止誤并列。因?yàn)?，一般情況下誤合上一把刀開(kāi)關(guān)可能容易發(fā)生，但在同一時(shí)間內(nèi)誤合

10、兩把打開(kāi)關(guān)的可能性則很小。雖然用了兩把刀開(kāi)關(guān)，但整個(gè)系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單。2.2.4 具有調(diào)壓裝置的接線方式1）用二極管降壓裝置的接線。對(duì)于小容量鎘鎳蓄電池組，有些工程采用二極管降壓裝置。降壓裝置的設(shè)置有兩種：對(duì)控制負(fù)荷實(shí)施降壓；對(duì)全部負(fù)荷實(shí)施降壓。采取這種降壓措施，可以避免蓄電池在充電過(guò)程中使之加在負(fù)荷上的電壓過(guò)高，但應(yīng)當(dāng)指出，這不是一種在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上合理的方法。2）用端電池調(diào)壓器調(diào)壓的接線。以往在發(fā)電廠和變電所中，曾廣泛應(yīng)用端電池調(diào)節(jié)器調(diào)壓的接線，這種接線雖然能夠是蓄電池容量的到充分利用，但由于解析過(guò)復(fù)雜及端電池維護(hù)比較困難且易硫化等原因，目前基本上不在采用。3）用端電池直投裝置調(diào)壓的接線。八十年代

11、，在下用鎘鎳蓄電池的直流系統(tǒng)中，個(gè)別工程采用端電池自投裝置進(jìn)行調(diào)壓，以保持母線不超過(guò)允許范圍，但這種接線使用的容量較小，且對(duì)自投裝置的要求比較高，目前基本上不在采用。根據(jù)火力發(fā)電廠和變電所直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)采用單母分段接線，單母接線用于110KV以下變電站，單母分段接線可靠性較高，任一段出現(xiàn)故障或檢修都不影響供電。建議110kv，220kv和500kv變電站采用單母分段接線。(本站為110kv變電站，故采用單母分段接線方式)單母分段接線直流系統(tǒng)圖：圖1-1第三章直流系統(tǒng)額定電壓：在確定變電站直流系統(tǒng)額定電壓時(shí)，應(yīng)根據(jù)變電站具體情況，找出影響直流系統(tǒng)額定電壓選擇的主要因

12、素。以往設(shè)計(jì)220kv以下電壓等級(jí)的變電站，大多數(shù)為帶電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器，需要直流動(dòng)力合閘電源，在這種情況下，滿足直流動(dòng)力回路電壓的要求，降低直流動(dòng)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(shè)計(jì)的變電站多采用220kv的直流系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，在220kv500kv變電站中，110kv及以上電壓等級(jí)斷路器多采用氣動(dòng)或液壓操作機(jī)構(gòu)，這樣就不需要直流系統(tǒng)提供動(dòng)力合閘電源了，因此瞞住直流系統(tǒng)的動(dòng)力要求和降低直流動(dòng)力電纜投資就不再是確定動(dòng)力電源電壓的主要因素了。若220kv變電站規(guī)模較小，控制電纜的單根長(zhǎng)度較短和控制電纜總量較小，直流系統(tǒng)的額定電壓采用110V是合理的，故

13、本站采用110V直流系統(tǒng)。第四章 計(jì)算并選擇蓄電池容量4.1直流系統(tǒng)負(fù)荷： 表1-1負(fù)荷名稱裝置容量負(fù)荷系數(shù)持續(xù)時(shí)間經(jīng)常負(fù)荷數(shù)量容量單位經(jīng)常負(fù)荷3.31120是1kW遠(yuǎn)動(dòng)裝置(ups)21120是1kW事故照明電源3190否1kW斷路器合閘20.80否3A斷路器跳閘2.50.80否4A110kVGIS儲(chǔ)能20.80否1A10KV開(kāi)關(guān)柜儲(chǔ)能20.80否2A變電站電壓等級(jí):110KV4.2蓄電池蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，它把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，又可把儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，這種可逆的轉(zhuǎn)換過(guò)程是通過(guò)充、放電循環(huán)來(lái)完成的，而且可以多次循環(huán)使用，使用方便且有較大的容量。酸蓄電池按電解液不同可分為堿性蓄

14、電池和酸性蓄電池，發(fā)電廠和變電站廣泛應(yīng)用的是防酸隔爆式、消氫式、閥控密封式(即免維護(hù))鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池正極板的活性物質(zhì)式二氧化鉛（PbO），負(fù)極板的活性物質(zhì)是絨狀鉛（Pb），電解液為稀硫酸。放電時(shí)正極板的二氧化鉛（PbO）、負(fù)極板的絨狀鉛(Pb)變?yōu)榱蛩徙U（PbSO），電解液中的硫酸在與正負(fù)極產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后密度下降。充電時(shí)正極極板上硫酸鉛變?yōu)槎趸U，負(fù)極板上的硫酸鉛變?yōu)榻q狀鉛，電解液的密度上升。閥控密封式鉛酸蓄電池閥控電池采用吸液能力強(qiáng)的超細(xì)玻璃纖維材料作隔板，具有良好的干、濕態(tài)彈性，使較大的電解液全部被其貯存，而電池內(nèi)無(wú)游離酸（貧液），或者使用電解液與硅膠組合為觸變膠體，正常充、放電

15、運(yùn)行狀態(tài)下處于密封狀態(tài)，電解液不泄漏，也不排放任何氣體，不需要定期加水或酸，正常時(shí)極少維護(hù)。閥控蓄電池是裝有密封安全氣閥的密封鉛酸電池，是一種用氣閥調(diào)節(jié)的非排氣式電池，當(dāng)電池在異常情況析出盈余氣體，或過(guò)充電時(shí)產(chǎn)生的氣體達(dá)到開(kāi)閥壓力時(shí)，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥泄放，隨后減壓關(guān)閉，它是單向的，不允許空氣中的氣體進(jìn)入電池內(nèi)。閥控電池可分為單體式（2V），200Ah及以下容量的電池可以組合成6V（3個(gè)2V單體電池組成）。和12V（6個(gè)2V單體電池組成）。4.3鉛酸蓄電池的電氣特性鉛酸蓄電池的容量特性。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)定中止電壓（低于該電壓放電將影響電池的壽命）時(shí)，其所放出的總

16、電量，稱為電池的容量。若蓄電池以恒定放電電流I(A)放電，放電到容許的終止電壓的時(shí)間為t（h），則對(duì)應(yīng)容量C(Ah)為 C=It （1-1） 反應(yīng)蓄電池放電到規(guī)定的終止電壓的快慢稱為放電率放電率可用時(shí)率（h率）和電流率（I率）表示。蓄電池的實(shí)際容量并不是一個(gè)固定不變的常數(shù)，它受許多因素的影主要有放電率、電解液密度和電解液溫度。電解液溫度高，容量就大；電解液密度大，容量就也大；放電率對(duì)容量的影響更大，例如，某一鉛酸蓄電池，當(dāng)以10A率（10h）進(jìn)行放電時(shí)，到達(dá)終止電壓1.8V所放出的容量C10為100Ah；當(dāng)以25A率（3h率）進(jìn)行放電時(shí)，到達(dá)終止電壓1.8V所放出的容量C3為75Ah；當(dāng)以55

17、率（1h率）進(jìn)行放電時(shí)，到達(dá)終止電壓1.75V所放出的容量C1為55Ah。可見(jiàn),放電電流大,放電時(shí)間短,放出電量少,故電池容量少,故電池容量減小.這是因?yàn)榉烹婋娏鬟^(guò)大時(shí),極板的有效物質(zhì)很快就形成了硫酸鉛,它堵塞了極板的細(xì)孔,不能有效地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),內(nèi)阻很快增大,端電壓很快降低到終止電壓。我國(guó)電力系統(tǒng)用溫度在25C,10h率放出的容量C10作為鉛酸蓄電池的額定容量,那么,上述那一鉛酸蓄電池的額定容量就是100Ah.按規(guī)定蓄電池額定容量有10，20，40，80，100，150，200，300，350，400，500，600，800，1000，2000，3000 ；（Ah） 蓄電池容量的這種特性用容

18、量系數(shù)Kcc表示 (1-2)式中 C-任意時(shí)率放電的允許放電容量;C10-蓄電池的額定容量。4.4 放電特性。4.4.1 持續(xù)放電特性。為了分析電池長(zhǎng)期使用之后的損壞程度或充電裝置的交流電源中斷不對(duì)電池浮充時(shí),為核對(duì)電池的容量,需要對(duì)電池進(jìn)行放電。閥控電池不同倍率的放電特性曲線如圖1-2所示。1-2從圖1-2看出,蓄電池放電初期1h內(nèi)的端壓Upn降低緩慢,放電到2h之后端電壓降低速率明顯增快,之后端壓陡降.端電壓的改變由于電池電動(dòng)勢(shì)的變化和極化作用等因素造成的 。一般以放出80%左右的額定容量為宜,目的使正極活性物質(zhì)中保留較多的PbO2粒子,便于恢復(fù)充電過(guò)程中作為生長(zhǎng)新粒子的結(jié)晶中心,以提高充

19、電電流的效率。圖1-2中為10h率放電容量,可見(jiàn)0.5I10-1I10放電曲線比0.1I10-0.4I10放電初期端壓和中期端壓變化速率變化大,其原因是電池極化作用隨電流增加而變大。4.4.2 沖擊放電特性：沖擊放電特性表示在某一放電終止電壓下,蓄電池放電初期或1h放電末期允許的沖擊放電電流。沖擊電流一般用沖擊系數(shù)表示,沖擊系數(shù)表示式Kch為 (1-3)式中 -沖擊系數(shù); -沖擊放電電流; I10-10h率放電電流。圖1-3中浮充曲線是指電池與充電裝置并聯(lián)運(yùn)行時(shí),承受短時(shí)間沖擊放電電流時(shí)蓄電池的端電壓,其中實(shí)線為電池未脫離浮充系統(tǒng)的端電壓,虛線為電池剛脫離浮充系統(tǒng)的電壓。 1-3 圖1-3中持

20、續(xù)放電曲線是指不同放電電流時(shí),立即承受短時(shí)間沖擊的電壓變化曲線,沖擊放電曲線的沖擊時(shí)間為10-15s。曲線中“0”曲線是電池完全充足電后,脫離充電系統(tǒng),待每個(gè)電池電壓下降且穩(wěn)定在2.06-2.10V時(shí),進(jìn)行沖擊放電的電壓變化曲線。從圖1-3中可以看出,浮充電狀態(tài)下放電電壓變化較慢,斷開(kāi)浮充電源立即放電端電壓變化較快,而以1I10電流持續(xù)放電下沖擊放電電壓變化更快,大放電率沖擊放電端電壓變化最快。4.5 閥控鉛酸蓄電池的充電方式閥控鉛酸蓄電池一般有初充電,浮充電,和均衡充電三種充電方式。初充電：新安裝的蓄電池組進(jìn)行第一次充電,稱為初充電.初充電通常采用定電流,定電壓兩階段充電方式。浮充電：正常運(yùn)

21、行時(shí),充電裝置承擔(dān)經(jīng)常負(fù)荷電流,同時(shí)向蓄電池組補(bǔ)充充電,以補(bǔ)充蓄電池的自放電,是蓄電池以滿負(fù)荷的狀態(tài)處于備用。單體閥控電池的浮充電呀為2.2-2.3V,通常取2.25V.浮充電流一般為(1-3)mA/Ah。均衡充電：為補(bǔ)償蓄電池在使用過(guò)程中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象,為使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)而進(jìn)行的充電,稱為均衡充電.閥控電池的均充電壓2.3-2.4V,通常取2.35V.均衡充電電流不大于(1-1.25)I10Ah。在配有監(jiān)控模塊的直流系統(tǒng)中,監(jiān)控模塊對(duì)電池可進(jìn)行智能化管理。在正常充電狀態(tài)時(shí),監(jiān)控模塊自動(dòng)記錄均充和浮充的開(kāi)始時(shí)刻,在上電(或復(fù)位)初始,如果監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)均充過(guò)程尚未結(jié)束,則會(huì)繼續(xù)進(jìn)行限

22、流均充;如果是處于恒壓均充狀態(tài),則繼續(xù)進(jìn)行恒壓均充。在限流均充時(shí),當(dāng)充電電壓達(dá)到恒壓均充電壓值的時(shí)候,會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓均充。在浮充情況下,若浮充電流大于設(shè)定值(轉(zhuǎn)均充參考電流),或電池組剩余容量小于設(shè)定值(轉(zhuǎn)均充容量比),則監(jiān)控模塊會(huì)自動(dòng)控制模塊進(jìn)行均充.對(duì)電池進(jìn)行均充時(shí),充電電流應(yīng)該是監(jiān)控模塊設(shè)置的限流值,此階段為電流恒流充電階段,電池的電壓是隨著時(shí)間增加而增大,當(dāng)電池電壓增大到一定值時(shí),充電進(jìn)入恒壓階段。在恒壓階段,充電電流不斷減小,以充電電流減小,以充電電流減小到0.01C10A(穩(wěn)流均充電流,可設(shè)定)為計(jì)時(shí)點(diǎn),3h(穩(wěn)流均充時(shí)間,可設(shè)定)后恒壓充電階段結(jié)束,充電電壓降低,轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。至

23、此充電過(guò)程完成。如果沒(méi)有準(zhǔn)確的電池監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，可選則采用定時(shí)均充方式，對(duì)定時(shí)均充的時(shí)間間隔及每次均充的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。一旦設(shè)定電池電池管理程序就可自動(dòng)機(jī)算電池定時(shí)均充的時(shí)間，以便確定在何時(shí)啟動(dòng)定時(shí)均充，何時(shí)停止定時(shí)均充，所有這些操作都是自動(dòng)進(jìn)行的，運(yùn)行維護(hù)人員可在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)監(jiān)控模塊上的顯示來(lái)明確這一過(guò)程。一般電池每隔30天均充一次，特殊情況必須根據(jù)電池說(shuō)明書(shū)的實(shí)際情況設(shè)置。4.6 閥控鉛酸蓄電池的選擇閥控鉛酸蓄電池組電池個(gè)數(shù)的選擇。蓄電池個(gè)數(shù)按以下條件選擇。蓄電池正常按浮充電方式運(yùn)行，為保證直流負(fù)荷供電質(zhì)量，考慮供電電纜壓降等因素，將直流母線電壓提高5Un，蓄電池個(gè)數(shù)N為 (1-4)式中 N蓄電池

24、個(gè)數(shù)； 直流系統(tǒng)的額定電壓；單體蓄電池的浮充電電壓，閥控蓄電池浮充電電壓為2.232.27V，一般取2.25。直流系統(tǒng)取消端電池和降壓裝置以后，直流母線電壓應(yīng)校對(duì)在均衡充電方式時(shí)，保證最高電壓值不超過(guò)用電設(shè)備的最高允許電壓。根據(jù)DL/T5044-1995火力發(fā)電廠、變電站直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，控制負(fù)荷的直流母線電壓為，動(dòng)力負(fù)荷為。此時(shí)蓄電池個(gè)數(shù) (1-5)式中 單體蓄電池的均衡充電電壓，閥控電池均衡充電壓為2.32.4V，一般取2.35V。蓄電池放電終止電壓校驗(yàn)。在確定蓄電池的個(gè)數(shù)以后，還應(yīng)驗(yàn)算蓄電池在事故放電末期允許的最低端口電壓值UD不應(yīng)低于蓄電池放電終止電壓（1.751.8V）。根據(jù)有關(guān)

25、規(guī)定，動(dòng)力負(fù)荷母線允許的最低電壓值不低于87.5?？紤]直流母線到蓄電池間電纜壓降在事故放電時(shí)按1計(jì)算，因此，對(duì)于動(dòng)力負(fù)荷專用蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓值 （1-6） 對(duì)于控制負(fù)荷專用蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓 （1-7） 序號(hào)負(fù)荷性質(zhì)負(fù)荷名稱正常狀態(tài)事故狀態(tài)用電時(shí)間電壓允許變動(dòng)范圍（UN）用電時(shí)間事故末期電壓1經(jīng)常負(fù)荷控制、保護(hù)信號(hào)裝置長(zhǎng)時(shí)間65120長(zhǎng)時(shí)間70實(shí)驗(yàn)室允許間斷停電允許間斷停電經(jīng)常事故照明長(zhǎng)時(shí)間95110長(zhǎng)時(shí)間802事故負(fù)荷UPS長(zhǎng)時(shí)間85事故照明長(zhǎng)時(shí)間85通信備用電源長(zhǎng)時(shí)間853沖擊負(fù)荷斷路器合閘線圈允許計(jì)劃停電、短時(shí)間80110短時(shí)間（8085）4

26、.7蓄電池容量的選擇：直流負(fù)荷的性質(zhì)分類和要求。變電站直流系統(tǒng)負(fù)荷的分類和要求見(jiàn)表1-2：用電壓控制法計(jì)算蓄電池容量：根據(jù)變電站的直流負(fù)荷特點(diǎn)，計(jì)算出事故停電時(shí)所需的蓄電池持續(xù)放電容量。根據(jù)事故放電時(shí)間以及要求的蓄電池最低放電電壓，將事故放電容量換算成蓄電池的額定容量，即是鉛酸蓄電池10h率的放電容量 （1-8）式中蓄電池10h放電率計(jì)算容量，Ah； 可靠系數(shù)，取1.4； 事故全停狀態(tài)下持續(xù)放電時(shí)間x（h）的放電容量； 容量系數(shù)。 容量系數(shù)是以額定容量C10為基準(zhǔn)的放電容量的標(biāo)么值。持續(xù)放電時(shí)間和電池最低電壓端電壓值由圖12可查得。選擇于計(jì)算容量相近并大于計(jì)算容量得制造廠標(biāo)準(zhǔn)蓄電池容量作為選擇

27、容量。在蓄電池可能出現(xiàn)得各種運(yùn)行狀態(tài)下，校驗(yàn)直流母線電壓是否滿足要求。首先校驗(yàn)事故放電初期(1min)承受沖擊放電電流時(shí)蓄電池所能保持的電壓 （1-9）式中事故放電初期（1min）沖擊放電電流值A(chǔ)； 事故放電初期（1min）沖擊放電系數(shù)； 蓄電池10h放電率標(biāo)稱電流，A。計(jì)算出的在圖14中的“0”曲線查出的單體電池放電電壓值，計(jì)算蓄電池組出口端電壓為 (1-10) 式中 蓄電池組的單體電池個(gè)數(shù)； 承受沖擊放電時(shí)的單體電池的放電電壓，V。然后校驗(yàn)任意事故放電階段末期，承受沖擊放電電流時(shí)，蓄電池所能保持的電壓。由 （1-11） （1-12） 式中 任意事故放電階段，10h放電率電流倍數(shù)，即放電系數(shù)

28、； -x事故放電容量； x任意事故放電階段時(shí)間，h； t事故放電時(shí)間，h； x事故放電末期沖擊放電系數(shù)； x事故放電末期沖擊放電電流值，A；計(jì)算出的放電系數(shù)和沖擊放電系數(shù)，在圖14中可根據(jù)值查出相應(yīng)的曲線，在該曲線上再用值（圖14中）查出單體蓄電池放電電壓值，計(jì)算蓄電池組出口端電壓為 （1-13）式中在任意事故放電階段的蓄電池組出口端電壓，V； 在任意事故放電階段的單體電池放電電壓，V。由式（110）和式（113）計(jì)算出的端電壓值應(yīng)不小于負(fù)荷允許的要求值。如不能滿足要求，將蓄電池的容量加大一級(jí)，繼續(xù)校驗(yàn)，直到母線電壓滿足為止。4.8容量計(jì)算：序號(hào)負(fù)荷名稱計(jì)算容量計(jì)算電流(A)經(jīng)常電流（A事故放

29、電時(shí)間電流（A）隨機(jī)或事故末期(A)初期 01min160min60120min1經(jīng)常負(fù)荷3.3kw30303030302遠(yuǎn)動(dòng)裝置（UPS）2kw18.218.218.218.23事故照明電源3kw27.227.227.24斷路器合閘4.84.85斷路器跳閘886110KVGIS儲(chǔ)能1.61.6710KV開(kāi)關(guān)柜儲(chǔ)能3.23.28電流統(tǒng)計(jì)（A）1548.275.475.417.69容量統(tǒng)計(jì)（A）75.475.410容量累計(jì)（Ah）75.4150.8解：（1）根據(jù)式（14）計(jì)算蓄電池個(gè)數(shù) =51.3 取整數(shù)52 （2）根據(jù)式（17）計(jì)算蓄電池放電最低端電壓(V)滿足大于蓄電池終止電壓1.8V的要求

30、。（3）蓄電池容量。由事故持續(xù)2h及放電到最低電壓1.82V查圖12得0.73 所以 選擇蓄電池得額定容量300Ah。（4）電壓校驗(yàn)。校驗(yàn)事故初期（1min）承受沖擊放電電流時(shí)蓄電池所能保持得電壓，根據(jù)查圖1-3的“0”曲線得到單體電池電壓值2.08V1）即52×2.08108.16（V），為額定電壓的98%，因此，蓄電池端至直流母線的允許壓降為 2）校驗(yàn)事故放電末期（2h）承受沖擊放電電流時(shí)蓄電池所能保持的電壓，根據(jù) 查圖1-3中，由2.7和0.59查得單體電池電壓值1.96V，即,為額定電壓的92.6。因此蓄電池端至母線端的允許壓降為 綜上：經(jīng)校驗(yàn)所選蓄電池個(gè)數(shù)和容量符合直流系統(tǒng)

31、的運(yùn)行要求。第五章 直流充電模塊的選擇：5.1高頻開(kāi)關(guān)充電模塊工作原理高頻開(kāi)關(guān)充電模塊由交流輸入濾波、整流單元、高頻逆變單元（DC/AC）、直流輸出濾波、PWM脈寬調(diào)制單元和監(jiān)控單元等組成。交流電輸入到模塊后首先進(jìn)入輸入濾波電路，去除交流電上的干擾，然后經(jīng)過(guò)全波整流電路交換成高壓直流電（500V左右），再由DC/AC高頻逆變電路變換成20KHz可調(diào)脈寬的高頻脈沖電，經(jīng)過(guò)主功率變壓器的降壓，再由高頻整流電路整流成直流電，最后經(jīng)過(guò)濾波處理輸出穩(wěn)定的直流電。PWM脈寬調(diào)制電路根據(jù)輸入交流電、輸出直流電和負(fù)載的變化情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)高頻開(kāi)關(guān)的脈沖寬度，使輸出電壓穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。同時(shí)PWM脈寬調(diào)制電路執(zhí)

32、行監(jiān)控單元的控制信號(hào)。交流檢測(cè)電路檢測(cè)輸入交流電的情況，如果交流電異常，它立即送出控制信號(hào)關(guān)閉脈寬調(diào)制電路，同時(shí)將異常信息送監(jiān)控單元處理和顯示。前饋信號(hào)試試跟蹤交流電的變化，并將變化信息送PWM脈寬調(diào)制電路，使它能及時(shí)根據(jù)輸入交流電調(diào)整輸出電壓，提高模塊的響應(yīng)速度。直流檢測(cè)電路檢測(cè)輸出直流電的變化，將電壓和電流信息反饋到監(jiān)控單元和脈寬調(diào)制電路。如果直流電出現(xiàn)異常，它立即送出控制信號(hào)給脈寬調(diào)制電路，并將異常信息送監(jiān)控單元處理和顯示。監(jiān)控單元一方面采集充電模塊工作狀態(tài)和參數(shù)，將這些信息通過(guò)串口上送SCADA/DCS,同時(shí)在面板上顯示輸出電壓和電流；另一方面接受SCADA/DCS或面板控制開(kāi)關(guān)的指令

33、，對(duì)充電模塊進(jìn)行控制：開(kāi)、關(guān)機(jī)、均、浮充轉(zhuǎn)換，限流點(diǎn)設(shè)置，輸出電壓調(diào)整。模塊面板上有控制開(kāi)關(guān)、狀態(tài)指示燈和數(shù)碼管顯示，它們是充電模塊與人交流的窗口，顯示充電模塊的輸出電壓或電流值，指示均、浮充狀態(tài)和各種保護(hù)告警狀態(tài)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置、控制充電模塊的工作方式和地址，調(diào)整其輸出電壓。充電模塊的外部發(fā)生短路時(shí)，充電模塊能自動(dòng)降低輸出電壓和電流，使輸出電流限制在4A左右。該特性可以有限防止外部事故損壞充電模塊和事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。充電模塊的輸出電壓一旦超過(guò)充電模塊內(nèi)部設(shè)置的過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)，充電模塊便自動(dòng)關(guān)機(jī)，鎖死輸出，只有重新開(kāi)機(jī)才能啟動(dòng)輸出。因?yàn)檫^(guò)電壓可能會(huì)損壞用電設(shè)備，所以一旦發(fā)生過(guò)電壓，應(yīng)該檢查過(guò)壓

34、的原因并排除故障后，才能重新開(kāi)機(jī)。5.2充電裝置高頻開(kāi)關(guān)電源充電模塊數(shù)量選擇高頻開(kāi)關(guān)電源充電模塊額定電流有多種規(guī)格，220V有5、10、15、20、25、30、40A。充電裝置由多個(gè)模塊并聯(lián)組成，一般采用N+1備份冗余方式，這是因?yàn)橐粋€(gè)模塊故障不影響整組充電設(shè)備的正常工作。充電模塊數(shù)量與充電裝置輸出電流有關(guān)，充電裝置最大輸出電流滿足均衡充電和直流系統(tǒng)經(jīng)常負(fù)荷的供電要求。本變電站設(shè)計(jì)配置一組蓄電池和兩套充電裝置，兩套充電裝置的容量相同。則有 （1-14） （1-15） （1-16）式中 每組充電裝置的計(jì)算電流； 電源充電模塊數(shù)量； 電源充電模塊額定電流； n-電源模塊冗余量，一般模塊少于或等于6

35、塊時(shí)，n=1；大于6塊時(shí)，n=2。 據(jù)以上公式，得 取整數(shù)4即兩套充電裝置中，每套充電的充電模塊數(shù)為5。第六章 UPS不停電電源的選擇：6.1 變電站設(shè)交流不斷電電源的必要性 交流不間斷電源系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)為UPS(Uninterrupted power supply)，以下簡(jiǎn)稱為UPS系統(tǒng)。在現(xiàn)代變電所二次系統(tǒng)中越來(lái)越多的采用由靜態(tài)電路構(gòu)成的設(shè)備。如變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置裝置、微機(jī)保護(hù)、各種變送器、脈沖電度表等等。這些設(shè)備對(duì)交流工作電源的質(zhì)量和供電聯(lián)系性要求都很高。例如，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)要求電源在下列范圍內(nèi)變化：電壓在±2%，頻率在±1%，波形失真不大于5min。目前變

36、電站的所用電系統(tǒng)提供的380/220交流電源，不能滿足這一要求。因此，在現(xiàn)代大中型變電站中應(yīng)設(shè)有不間斷電源系統(tǒng)（UPS），供計(jì)算機(jī)及其他靜態(tài)電路構(gòu)成的設(shè)備之用。6.2 對(duì)UPS系統(tǒng)的基本要求保證在變電所正常運(yùn)行和事故停電狀態(tài)下為電子計(jì)算機(jī),自動(dòng)化儀表,繼電保護(hù)等設(shè)備,提供不間斷的交流電源.在變電所全停電的情況下,UPS滿負(fù)荷,連續(xù)供電的時(shí)間不得少于半小時(shí).UPS的負(fù)荷側(cè)與其交流電源間應(yīng)設(shè)有抗干擾的隔離措施,防止所用電系統(tǒng)的暫態(tài)干擾進(jìn)入負(fù)荷側(cè).在輸入到UPS的變電所交流電壓為380V、頻率為50Hz2Hz的條件下，輸出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足以下要求。電壓穩(wěn)定度：輸出電壓為單相、雙線、220V，穩(wěn)態(tài)時(shí)

37、不大于2%；暫態(tài)過(guò)程中不大于10%。頻率穩(wěn)定度：輸出額定頻率為50Hz，穩(wěn)定度要求，穩(wěn)態(tài)時(shí)不大于1%；暫態(tài)過(guò)程中不大于2%。波形失真度：輸出電壓為正弦波，總的波形失真度不大于5%。過(guò)載能力:逆變器過(guò)載能力，125%，10min；150%，10s；靜態(tài)開(kāi)關(guān)過(guò)載能力，1000%，40ms。備用電源切換時(shí)間不大于5ms。6.3 UPS的結(jié)構(gòu)和工作原理：SW系列電力專用UPS電源內(nèi)部包含整流器、逆變器、旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、直流逆止二極管、輸入輸出隔離變壓器及濾波器等單元，完全滿足電力行業(yè)的電源設(shè)計(jì)要求，電源工作過(guò)程有三種狀態(tài)：（1）UPS工作于交流電的正常工作狀態(tài)。交流電經(jīng)輸入隔離變壓器進(jìn)行隔離變換后，送到

38、EMI濾波器輸入端濾除交流電送來(lái)的雜訊干擾。濾波器的輸出送到整流器的輸入端上，經(jīng)整流濾波以后將交流電變成平整的直流電作為逆變器的能量輸入源，逆變器在控制驅(qū)動(dòng)下將整流器送來(lái)的直流電變成電壓、頻率穩(wěn)定的純正正弦波輸出到靜態(tài)開(kāi)關(guān)，由靜態(tài)開(kāi)關(guān)將優(yōu)質(zhì)電源送到輸出點(diǎn)EMI濾波器，由EMI率比起濾除干擾后送到負(fù)載端，為負(fù)載提供高品質(zhì)的交流電源。同時(shí)，直流屏的直流能量送到隔離二極管正極，由于整流濾波電路輸出的電壓高于此電壓，所以隔離二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，直流送來(lái)的能量處于備用狀態(tài)。（2）交流電故障時(shí)，UPS工作于直流供電狀態(tài)。當(dāng)交流電出現(xiàn)故障時(shí)，整流器輸出直流電壓低于直流輸入端送來(lái)的直流電壓，逆止二極管導(dǎo)通，直

39、流能量送到逆變器輸入端，在控制驅(qū)動(dòng)下將直流端送來(lái)的直流電變成電壓、頻率穩(wěn)定的純正正弦波輸出到靜態(tài)開(kāi)關(guān)，由靜態(tài)開(kāi)關(guān)將優(yōu)質(zhì)電源送到輸出點(diǎn)EMI濾波器，由EMI率比起濾除干擾后送到負(fù)載端，為負(fù)載提供高品質(zhì)的交流電源。（3）機(jī)器過(guò)載、過(guò)溫、或逆變器故障時(shí)，UPS工作于旁路狀態(tài)。此時(shí)交流電直接送到靜態(tài)開(kāi)關(guān)上，由靜態(tài)開(kāi)關(guān)送出后經(jīng)輸出EMI濾波器濾除干擾后送到負(fù)載端，為負(fù)載供電。當(dāng)機(jī)器過(guò)載、過(guò)溫或逆變器故障時(shí)都將工作于旁路狀態(tài)，機(jī)器此時(shí)輸出的只是經(jīng)濾波器濾波后的無(wú)穩(wěn)壓、穩(wěn)頻處理的普通交流電。綜上所述：電力專用UPS的電源取自站內(nèi)交流母線和蓄電池直流電。平時(shí)用交流電供電，當(dāng)交流電出現(xiàn)故障時(shí)由直流提供能量。因此

40、，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(zhì)交流電源為負(fù)載提供可靠的供電。6.4 UPS的容量選擇計(jì)算：UPS的額定容量通常是指逆變器交流輸出地視在功率（KVA），而在負(fù)荷統(tǒng)計(jì)時(shí)，對(duì)電器負(fù)荷提出的是電流或消耗功率，一般不分靜態(tài)或動(dòng)態(tài)負(fù)荷，這些負(fù)荷要求UPS在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，都能提供滿足穩(wěn)壓和穩(wěn)頻精度以及波形失真度要求的電流和電壓。所以，在選擇UPS額定容量時(shí)，除要按負(fù)荷的視在功率計(jì)算外，還要計(jì)及動(dòng)態(tài)（按負(fù)荷從0-100%突變）穩(wěn)壓和穩(wěn)頻精度的要求，以及溫度的變化，蓄電池端電壓下降和設(shè)計(jì)冗余要求等因素的影響。 （1-17）式中 = -動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系數(shù)，

41、取1.1-1.15； -直流電壓下降系數(shù)，取1.1； -溫度補(bǔ)償系數(shù)，取1.05-1.1； -設(shè)備老化系數(shù)及設(shè)計(jì)裕度系數(shù)，取1.05-1.1； -全部負(fù)載的功率（計(jì)算）(KW)； -負(fù)載功率因素，0.7-0.8（滯后）。據(jù)以上公式和分析計(jì)算所設(shè)計(jì)變電站的UPS容量據(jù)式1-17得6.5據(jù)分析和計(jì)算情況，結(jié)合電力專用不間斷電源本變電站設(shè)計(jì)所選用的UPS型號(hào)為：SWA-3000R/DC110型號(hào)說(shuō)明： 容量：3KVA； 直流輸入電壓110； 架構(gòu)：機(jī)架式； 尺寸：483*465*178。 數(shù)量：二交流不停電電源UPS的配置方式： 主從串機(jī)接線第七章 通訊直流變換器的選擇：7.1 變電站通信電源變電所

42、必須裝設(shè)可靠地通信直流電源系統(tǒng)，以確保通信設(shè)備的不間斷供電，尤其要保證變電所發(fā)生事故時(shí)的不間斷通信供電。設(shè)置通信專用的蓄電池組或由交流不停電電源供電。相同直流供電電壓的通信設(shè)備宜由同一組蓄電池供電。通信直流電源，宜采用整流器向蓄電池組浮充電方式供電。7.2 通信直流變換器的作用 通信直流變換器可將直流（220VDC、110VDC、48VDC、24VDC）轉(zhuǎn)換為所需的直流電力，主要應(yīng)用于郵電通信、電力通信、鐵路通信等場(chǎng)合。7.3 對(duì)通信電源的特殊要求（1）由于通信電源是正極接地系統(tǒng)，因此要求專用DC-DC變換器與電力專用的UPS和逆變器一樣，其直流輸入與輸出電氣絕緣隔離，負(fù)載側(cè)的任何故障均不能影

43、響到直流母線，更不能造成直流控制母線接地。（2）通信專用DC-DC變換器不但要實(shí)現(xiàn)直流輸入與輸出的電氣絕緣隔離，而且要有足夠的輸出短路容量，保證在負(fù)載短路時(shí)能可靠地分?jǐn)嗷芈返臄嗦菲?，避免造成通信電源輸出電壓跌落的事故。?）要求通信專用的DC-DC變換器具備通信接口，并通過(guò)RS485總線與集中監(jiān)控器連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信電源的全參數(shù)在線監(jiān)控。（4）為提高供電的可靠性，通信專用DC-DC直流變換器要求N+1并聯(lián)的冗余模式，并且與高頻開(kāi)關(guān)整流模塊一樣，采用硬件自主均流技術(shù)，在可靠性要求高的變電站，可配置兩組全容量的直流變換器的模塊熱備份運(yùn)行。7.4 電力工程通信用蓄電池容量計(jì)算 （1-18）式中 -蓄電

44、池容量系數(shù)補(bǔ)償（可靠系數(shù)）取1.25； -蓄電池容量系數(shù)； -通信設(shè)備忙時(shí)最大平均放電電流（A）； t-蓄電池放電時(shí)間（1-3A）； -附加容量（Ah）（通信室事故照明，事故檢修用電均由通信電源供電時(shí)）。7.5 電力工程通信專用蓄電池個(gè)數(shù)計(jì)算按單個(gè)電池的允許最低電壓計(jì)算 （1-19）式中-直流母線最低允許電壓（V）; ； -饋線允許電壓降（V）;根據(jù)規(guī)定要求：60V直流電源，不大于1.6V;48V直流電源，不大于2-3V;24V直流電源，不大于1.8V；-單電池放電末期電壓（V）；-直流系統(tǒng)額定電壓（V）；第八章 直流系統(tǒng)中各自動(dòng)開(kāi)關(guān)額定容量的選擇：8.1直流斷路器直流斷路器應(yīng)具有速斷保護(hù)和過(guò)

45、電流保護(hù)功能?？蓭в休o助觸點(diǎn)和報(bào)警觸點(diǎn)。直流斷路器的選擇原則一：額定電壓大于或等于回路的最高工作電壓。原則二：額定電流應(yīng)大于回路的最大工作電流。A：蓄電池出口回路應(yīng)按蓄電池1h放電電流選擇，并應(yīng)按事故放電初期（1min）放電電流校驗(yàn)保護(hù)動(dòng)作的安全性，且應(yīng)與直流饋線回路保護(hù)電器相配合。B：斷路器電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合閘回路，可按0.3倍額定合閘電流選擇，但直流斷路器過(guò)載脫扣時(shí)間應(yīng)大于斷路器固有合閘時(shí)間。C：斷流能力應(yīng)滿足直流系統(tǒng)短路電流的要求。D:各級(jí)斷路器的保護(hù)動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間應(yīng)滿足選擇性要求，考慮上下級(jí)差的配合，且應(yīng)有足夠的靈敏系數(shù)。8.2 刀開(kāi)關(guān) （1）額定電壓應(yīng)大于或等于回路的最高工作電壓。 （2）額定電流應(yīng)大于回路的最大工作電流。 A:蓄電池出口回路應(yīng)按蓄電池1h放電率電流選擇。 B：斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合閘回路，可按0.2-0.3倍的額定合閘電流選擇。（3）母線分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)回路，可按全部符合的10%選擇。（4）必要時(shí)刀開(kāi)關(guān)可帶有輔助觸點(diǎn)。8.3 斷路器的額定電流 1)充電裝置輸出回路 斷路器額定電流應(yīng)按充電裝置額定輸出電流選擇，即 （1-20）式中： -直流斷路器額定電流，A； -充電裝置額定輸出電流，A； -可靠系數(shù)，取1.2。 得 2)斷路器電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合閘回路 (1-21)式中： -直流斷路器額定電流，A； -配合系數(shù)，取0.3