變電站直流系統(tǒng)設(shè)計

1、變電站直流系統(tǒng)設(shè)計摘 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)測裝置、直流分支饋線等部分組成，并由此形成一個龐大、遍布變電站的直流電源供電網(wǎng)絡(luò)，為繼電器保護裝置、斷路器跳合閘、信號系統(tǒng)、直流充電機、UPS、通信等等各個子系統(tǒng)提供安全、可靠的工作電源。其設(shè)計內(nèi)容主要包括接線方式，系統(tǒng)電壓確定，蓄電池容量計算，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 devices,

2、 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, communications a

3、nd 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 sup

4、ply、charging devices目錄Abstract1第一章 變電站直流系統(tǒng)的作用及重要性61.1 變電站直流系統(tǒng)61.2 直流電源系統(tǒng)在變電站中具有以下幾點重要作用：6第二章 直流系統(tǒng)接線方式72.1 對直流系統(tǒng)接線方式的基本要求72.2 直流系統(tǒng)接線方式的分類72.2.1單母接線72.2.2 單母分段接線82.2.3 互聯(lián)的單母接線82.2.4 具有調(diào)壓裝置的接線方式9第三章直流系統(tǒng)額定電壓：11第四章 計算并選擇蓄電池容量124.1直流系統(tǒng)負荷：124.2蓄電池124.3鉛酸蓄電池的電氣特性134.4 放電特性154.4.1 持續(xù)放電特性154.4.2 沖擊放電特性：164.5

5、閥控鉛酸蓄電池的充電方式174.6 閥控鉛酸蓄電池的選擇194.8容量計算：24第五章 直流充電模塊的選擇：275.1高頻開關(guān)充電模塊工作原理275.2充電裝置高頻開關(guān)電源充電模塊數(shù)量選擇28第六章 UPS不停電電源的選擇：306.1 變電站設(shè)交流不斷電電源的必要性306.2 對UPS系統(tǒng)的基本要求306.3 UPS的結(jié)構(gòu)和工作原理：316.4 UPS的容量選擇計算：336.5據(jù)分析和計算情況，結(jié)合電力專用不間斷電源本變電站設(shè)計所選用的UPS型號為：34第七章 通訊直流變換器的選擇：367.1 變電站通信電源367.2 通信直流變換器的作用367.3 對通信電源的特殊要求367.4 電力工程通

6、信用蓄電池容量計算377.5 電力工程通信專用蓄電池個數(shù)計算37第八章 直流系統(tǒng)中各自動開關(guān)額定容量的選擇398.1直流斷路器398.2 刀開關(guān)398.3 斷路器的額定電流408.4 蓄電池組出口回路408.5 直流母線聯(lián)絡(luò)電器（隔離開關(guān)）418.6 斷路器選擇（經(jīng)常負荷、UPS等均分兩段母線）418.7：直流系統(tǒng)電氣主接線：42第九章 總結(jié)43結(jié)束語：44（附參考文獻）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)過長期不懈的努力，電力控制技術(shù)日臻完善，目前已達到十分先進可靠的程度。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

7、為兩類，一類是直流電源，一類是交流電源。由于直流電源獨立于交流動力電源系統(tǒng)之外，不受交流電源的影響，具有高度安全可靠、運行維護方便等特點，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)計不合理，設(shè)備選型不當(dāng)或缺乏正確運行管理方法而導(dǎo)致電力設(shè)施損壞、系統(tǒng)故障、事故波及范圍擴大、甚至造成人身傷亡等事故屢有發(fā)生，給電力系統(tǒng)和國家財產(chǎn)造成重大損失。所以要求電力系統(tǒng)設(shè)計對直流電源系統(tǒng)給予高度重視。變電站的直流電源是全站作為控制、信號、繼電保護的操作電源，也是重要設(shè)備的保安電源及事故照明電源。監(jiān)視和維護直流設(shè)備的完好性對變電站以及整個電力系統(tǒng)的安全可靠運行十分重要。各類變電站直流電源系統(tǒng)必不可少。對

8、于不同電壓等級的變電站往往設(shè)計不同電壓的直流輸出，以滿足設(shè)備運行的需要第一章 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)測裝置、直流分支饋線等部分組成，并由此形成一個龐大、遍布變電站的直流電源供電網(wǎng)絡(luò)，為繼電器保護裝置、斷路器跳合閘、信號系統(tǒng)、直流充電機、UPS、通信等等各個子系統(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重要作用：變電站的直流電源是全站作為控制、信號、繼電保護的操作電源，也是重要設(shè)備的保安電源及事故照明電源。監(jiān)視和維護直流設(shè)備的完好性對變電站以及整個電力系統(tǒng)的安全

9、可靠運行十分重要。各類變電站直流電源系統(tǒng)必不可少。對于不同電壓等級的變電站往往設(shè)計不同電壓的直流輸出，以滿足設(shè)備運行的需要。在變電站中，直流電源系統(tǒng)應(yīng)滿足各類負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關(guān)整流電源(本設(shè)計中應(yīng)有到)在直流系統(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)計的復(fù)雜性，并減小了維護的工作量。第二章 直流系統(tǒng)接線方式2.1 對直流系統(tǒng)接線方式的基本要求對直流系統(tǒng)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。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

10、種。按照蓄電池是否帶端電池，又可分為無端電池接線和帶端電池接線。對于無端電池接線，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)壓裝置的無端電池接線。對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端電池接線。帶端電池調(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)基本接線方式簡介如下：2.2.1單母接線 特點：接線簡單，可靠。由于浮充電器接在直流母線上，所以當(dāng)蓄電池回路刀開關(guān)被誤斷開時，直流母線不致失電。在設(shè)計上，也可將浮充電電器經(jīng)雙投開關(guān)接到直流母線和蓄電池組上。充電器經(jīng)雙投開關(guān)可接

11、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：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的大型變電所或機組較多的小型發(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。正常時兩端母線解列運行。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)開關(guān)。

12、為防止兩套直流系統(tǒng)誤并列，應(yīng)設(shè)置閉鎖裝置。4）對于分期裝設(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)兩把刀開關(guān)實現(xiàn)聯(lián)絡(luò)，這樣可以防止誤并列。因為，一般情況下誤合上一把刀開關(guān)可能容易發(fā)生，但在同一時間內(nèi)誤合兩把打開關(guān)的可能性則很小。雖然用了兩把刀開關(guān)，但整個系統(tǒng)接線簡單。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：對控制負荷實施降壓；對全部負荷實施降壓。采取這種降壓措施，可以避免蓄電池在充電過程中使之加

13、在負荷上的電壓過高，但應(yīng)當(dāng)指出，這不是一種在經(jīng)濟技術(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，但由于解析過復(fù)雜及端電池維護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，在下用鎘鎳蓄電池的直流系統(tǒng)中，個別工程采用端電池自投裝置進行調(diào)壓，以保持母線不超過允許范圍，但這種接線使用的容量較小，且對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

14、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，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素。以往設(shè)計220kv以下電壓等級的變電站，大多數(shù)為帶電磁操作機構(gòu)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(shè)計的變電站多采用220kv的直流系統(tǒng)。20世紀80年代以來，在220kv500

15、kv變電站中，110kv及以上電壓等級斷路器多采用氣動或液壓操作機構(gòu)，這樣就不需要直流系統(tǒng)提供動力合閘電源了，因此瞞住直流系統(tǒng)的動力要求和降低直流動力電纜投資就不再是確定動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，故本站采用110V直流系統(tǒng)。第四章 計算并選擇蓄電池容量4.1直流系統(tǒng)負荷： 表1-1負荷名稱裝置容量負荷系數(shù)持續(xù)時間經(jīng)常負荷數(shù)量容量單位經(jīng)常負荷3.31120是1kW遠動裝置(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4A110

16、kVGIS儲能20.80否1A10KV開關(guān)柜儲能20.80否2A變電站電壓等級:110KV4.2蓄電池蓄電池是一種儲能裝置，它把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，又可把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，這種可逆的轉(zhuǎn)換過程是通過充、放電循環(huán)來完成的，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)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），負極板的活性物質(zhì)是絨狀鉛（Pb），電解液為稀硫酸。放電時正極板的二氧化鉛（PbO）、負極板的絨狀鉛(Pb)變?yōu)榱蛩徙U（PbSO），電解液中的硫酸在

17、與正負極產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后密度下降。充電時正極極板上硫酸鉛變?yōu)槎趸U，負極板上的硫酸鉛變?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的超細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、放電運行狀態(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，正常時極少維護。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，或過充電時產(chǎn)生的氣體達到開閥壓力時，經(jīng)過節(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

18、體進入電池內(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2V單體電池組成）。和12V（6個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，其所放出的總電量，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間為t（h），則對應(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率（h率）和電流率（I率）表示。蓄電池的實際容量并不是一個固定不變的常數(shù)，它受許多因素的影主

19、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；放電率對容量的影響更大，例如，某一鉛酸蓄電池，當(dāng)以10A率（10h）進行放電時，到達終止電壓1.8V所放出的容量C10為100Ah；當(dāng)以25A率（3h率）進行放電時，到達終止電壓1.8V所放出的容量C3為75Ah；當(dāng)以55率（1h率）進行放電時，到達終止電壓1.75V所放出的容量C1為55Ah?？梢?放電電流大,放電時間短,放出電量少,故電池容量少,故電池容量減小.這是因為放電電流過大時,極板的有效物質(zhì)很快就形成了硫酸鉛,它堵塞了極板的細孔,不能有效地進行化學(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

20、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量系數(shù)Kcc表示 (1-2)式中 C-任意時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。為了分析電池長期使用之后的損壞程度或充電裝置的交流電源中斷不對電池浮充時,為核對電池的容量,需要對電池進行放電。閥控電池不同倍率的放電特性曲線如圖1-2所示

21、。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勢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)充電過程中作為生長新粒子的結(jié)晶中心,以提高充電電流的效率。圖1-2中為10h率放電容量,可見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

22、。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)運行時,承受短時間沖擊放電電流時蓄電池的端電壓,其中實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中持續(xù)放電曲線是指不同放電電流時,立即承受短時間沖擊的電壓變化曲線,沖擊放電曲線的沖擊時間為10-15s。曲線中“0”曲線是電池完全充足電后,脫離充電系統(tǒng),待每個電池電壓下降且穩(wěn)定在2.06-2.10V時,進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,斷開浮充電

23、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：正常運行時,充電裝置承擔(dān)經(jīng)常負荷電流,同時向蓄電池組補充充電,以補充蓄電池的自放電,是蓄電池以滿負荷的狀態(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：為補償蓄電池在使用過程中產(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)而進行

24、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)控模塊對電池可進行智能化管理。在正常充電狀態(tài)時,監(jiān)控模塊自動記錄均充和浮充的開始時刻,在上電(或復(fù)位)初始,如果監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)均充過程尚未結(jié)束,則會繼續(xù)進行限流均充;如果是處于恒壓均充狀態(tài),則繼續(xù)進行恒壓均充。在限流均充時,當(dāng)充電電壓達到恒壓均充電壓值的時候,會自動轉(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)控模塊會自動控制模塊進行均充.對電池進行均充時,充電電流應(yīng)該是監(jiān)控模

25、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間增加而增大,當(dāng)電池電壓增大到一定值時,充電進入恒壓階段。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)為計時點,3h(穩(wěn)流均充時間,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)。至此充電過程完成。如果沒有準(zhǔn)確的電池監(jiān)測裝置時，可選則采用定時均充方式，對定時均充的時間間隔及每次均充的時間進行設(shè)定。一旦設(shè)定電池電池管理程序就可自動機算電池定時均充的時間，以便確定在何時啟動定時均充，何時停止定時均充，所有這些操作都是自動進行的，運行維護人員可在現(xiàn)場通過監(jiān)控模塊上的顯示來明確

26、這一過程。一般電池每隔30天均充一次，特殊情況必須根據(jù)電池說明書的實際情況設(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數(shù)的選擇。蓄電池個數(shù)按以下條件選擇。蓄電池正常按浮充電方式運行，為保證直流負荷供電質(zhì)量，考慮供電電纜壓降等因素，將直流母線電壓提高5Un，蓄電池個數(shù)N為 (1-4)式中 N蓄電池個數(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)校對在均衡充電方式時，保證最高電壓值不超過用電設(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)計技術(shù)規(guī)定

27、，控制負荷的直流母線電壓為，動力負荷為。此時蓄電池個數(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。在確定蓄電池的個數(shù)以后，還應(yīng)驗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)規(guī)定，動力負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按1計算，因此，對于動力負荷專用蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓值 （1-6） 對于控制負荷專用蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓 （1-7） 序號負荷性質(zhì)負荷名稱正常狀態(tài)事故狀態(tài)用電時

28、間電壓允許變動范圍（UN）用電時間事故末期電壓1經(jīng)常負荷控制、保護信號裝置長時間65120長時間70實驗室允許間斷停電允許間斷停電經(jīng)常事故照明長時間95110長時間802事故負荷UPS長時間85事故照明長時間85通信備用電源長時間853沖擊負荷斷路器合閘線圈允許計劃停電、短時間80110短時間（8085）4.7蓄電池容量的選擇：直流負荷的性質(zhì)分類和要求。變電站直流系統(tǒng)負荷的分類和要求見表1-2：用電壓控制法計算蓄電池容量：根據(jù)變電站的直流負荷特點，計算出事故停電時所需的蓄電池持續(xù)放電容量。根據(jù)事故放電時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

29、的放電容量 （1-8）式中蓄電池10h放電率計算容量，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)放電時間和電池最低電壓端電壓值由圖12可查得。選擇于計算容量相近并大于計算容量得制造廠標(biāo)準(zhǔn)蓄電池容量作為選擇容量。在蓄電池可能出現(xiàn)得各種運行狀態(tài)下，校驗直流母線電壓是否滿足要求。首先校驗事故放電初期(1min)承受沖擊放電電流時蓄電池所能保持的電壓 （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。計算出的在圖14中的

30、“0”曲線查出的單體電池放電電壓值，計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數(shù)； 承受沖擊放電時的單體電池的放電電壓，V。然后校驗任意事故放電階段末期，承受沖擊放電電流時，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)； -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(shù)； x事故放電末期沖擊放電電流值，A；計算出的放電系數(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，計算蓄電池組出口端電壓為 （1-

31、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）計算出的端電壓值應(yīng)不小于負荷允許的要求值。如不能滿足要求，將蓄電池的容量加大一級，繼續(xù)校驗，直到母線電壓滿足為止。4.8容量計算：序號負荷名稱計算容量計算電流(A)經(jīng)常電流（A事故放電時間電流（A）隨機或事故末期(A)初期 01min160min60120min1經(jīng)常負荷3.3kw30303030302遠動裝置（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儲能1.61

32、.6710KV開關(guān)柜儲能3.23.28電流統(tǒng)計（A）1548.275.475.417.69容量統(tǒng)計（A）75.475.410容量累計（Ah）75.4150.8解：（1）根據(jù)式（14）計算蓄電池個數(shù) =51.3 取整數(shù)52 （2）根據(jù)式（17）計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。（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。校驗事故初期（1min）承受沖擊放電電流時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52×2.08108.1

33、6（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）校驗事故放電末期（2h）承受沖擊放電電流時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)校驗所選蓄電池個數(shù)和容量符合直流系統(tǒng)的運行要求。第五章 直流充電模塊的選擇：5.1高頻開關(guān)充電模塊工作原理高頻開關(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入輸入濾波電路，去除交流電上的干擾，然后經(jīng)過全波整流電路交換成高壓直流電（50

34、0V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、輸出直流電和負載的變化情況，自動調(diào)節(jié)高頻開關(guān)的脈沖寬度，使輸出電壓穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。同時PWM脈寬調(diào)制電路執(zhí)行監(jiān)控單元的控制信號。交流檢測電路檢測輸入交流電的情況，如果交流電異常，它立即送出控制信號關(guān)閉脈寬調(diào)制電路，同時將異常信息送監(jiān)控單元處理和顯示。前饋信號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。直流檢測電路檢測輸出直流電

35、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)，將這些信息通過串口上送SCADA/DCS,同時在面板上顯示輸出電壓和電流；另一方面接受SCADA/DCS或面板控制開關(guān)的指令，對充電模塊進行控制：開、關(guān)機、均、浮充轉(zhuǎn)換，限流點設(shè)置，輸出電壓調(diào)整。模塊面板上有控制開關(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)和各種保護告警狀態(tài)。通過控制開關(guān)來設(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

36、外部發(fā)生短路時，充電模塊能自動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一步擴大。充電模塊的輸出電壓一旦超過充電模塊內(nèi)部設(shè)置的過壓保護點，充電模塊便自動關(guān)機，鎖死輸出，只有重新開機才能啟動輸出。因為過電壓可能會損壞用電設(shè)備，所以一旦發(fā)生過電壓，應(yīng)該檢查過壓的原因并排除故障后，才能重新開機。5.2充電裝置高頻開關(guān)電源充電模塊數(shù)量選擇高頻開關(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。充電裝置由多個模塊并聯(lián)組成，一般采用N+1備份冗余方式，這是因為一個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

37、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)常負荷的供電要求。本變電站設(shè)計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塊時，n=1；大于6塊時，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)的英文縮寫為UPS(Uninterrupted power supply)，以下簡稱為UPS系統(tǒng)。

38、在現(xiàn)代變電所二次系統(tǒng)中越來越多的采用由靜態(tài)電路構(gòu)成的設(shè)備。如變電站的計算機監(jiān)控裝置、遠動裝置裝置、微機保護、各種變送器、脈沖電度表等等。這些設(shè)備對交流工作電源的質(zhì)量和供電聯(lián)系性要求都很高。例如，標(biāo)準(zhǔn)計算機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），供計算機及其他靜態(tài)電路構(gòu)成的設(shè)備之用。6.2 對UPS系統(tǒng)的基本要求保證在變電所正常運行和事故停電狀態(tài)下為電子計算機,自動化儀表,繼電保護等設(shè)備,提供不間斷的交流電源.在

39、變電所全停電的情況下,UPS滿負荷,連續(xù)供電的時間不得少于半小時.UPS的負荷側(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)干擾進入負荷側(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)時不大于2%；暫態(tài)過程中不大于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)時不大于1%；暫態(tài)過程中不大于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%。過載能力:逆變器過載能力，125%，10min；150%，10s；靜態(tài)開關(guān)過載能力，1000%，40ms。備用電

40、源切換時間不大于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)計要求，電源工作過程有三種狀態(tài)：（1）UPS工作于交流電的正常工作狀態(tài)。交流電經(jīng)輸入隔離變壓器進行隔離變換后，送到EMI濾波器輸入端濾除交流電送來的雜訊干擾。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)動下將整流器送來的直流電變成電壓、頻率穩(wěn)定的純正正弦波輸出到靜態(tài)開關(guān)，由靜態(tài)開關(guān)將優(yōu)質(zhì)電源送到輸出點EMI濾波器，由EMI率比起濾除干擾后

41、送到負載端，為負載提供高品質(zhì)的交流電源。同時，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)，直流送來的能量處于備用狀態(tài)。（2）交流電故障時，UPS工作于直流供電狀態(tài)。當(dāng)交流電出現(xiàn)故障時，整流器輸出直流電壓低于直流輸入端送來的直流電壓，逆止二極管導(dǎo)通，直流能量送到逆變器輸入端，在控制驅(qū)動下將直流端送來的直流電變成電壓、頻率穩(wěn)定的純正正弦波輸出到靜態(tài)開關(guān)，由靜態(tài)開關(guān)將優(yōu)質(zhì)電源送到輸出點EMI濾波器，由EMI率比起濾除干擾后送到負載端，為負載提供高品質(zhì)的交流電源。（3）機器過載、過溫、或逆變器故障時，UPS工作于旁路狀態(tài)。此時交流電直接送到靜態(tài)

42、開關(guān)上，由靜態(tài)開關(guān)送出后經(jīng)輸出EMI濾波器濾除干擾后送到負載端，為負載供電。當(dāng)機器過載、過溫或逆變器故障時都將工作于旁路狀態(tài)，機器此時輸出的只是經(jīng)濾波器濾波后的無穩(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。平時用交流電供電，當(dāng)交流電出現(xiàn)故障時由直流提供能量。因此，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)交流電源為負載提供可靠的供電。6.4 UPS的容量選擇計算：UPS的額定容量通常是指逆變器交流輸出地視在功率（KVA），而在負荷統(tǒng)計時，對電器負荷提出的是電流或消耗功率，一般不分靜態(tài)或動態(tài)負荷，這些負荷要

43、求UPS在靜態(tài)或動態(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，除要按負荷的視在功率計算外，還要計及動態(tài)（按負荷從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)計冗余要求等因素的影響。 （1-17）式中 = -動態(tài)穩(wěn)定系數(shù)，取1.1-1.15； -直流電壓下降系數(shù)，取1.1； -溫度補償系數(shù)，取1.05-1.1； -設(shè)備老化系數(shù)及設(shè)計裕度系數(shù)，取1.05-1.1； -全部負載的功率（計算）(KW)； -負載功率因素，0.7-0.8（滯后）。據(jù)以上公式和分析計算所設(shè)計變電站的UPS容量據(jù)式1-17得6.5據(jù)分析和

44、計算情況，結(jié)合電力專用不間斷電源本變電站設(shè)計所選用的UPS型號為：SWA-3000R/DC110型號說明： 容量：3KVA； 直流輸入電壓110； 架構(gòu)：機架式； 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

45、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、鐵路通信等場合。7.3 對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，負載側(cè)的任何故障均不能影響到直流母線，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，保證在負載短路時能可靠地分斷回路的斷路器，避免造成通信電源輸出電壓跌落的事故。（3）要求通信專用的DC-DC變換器具備通信接口，并通過RS485總線與集

46、中監(jiān)控器連接，實現(xiàn)對通信電源的全參數(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行。7.4 電力工程通信用蓄電池容量計算 （1-18）式中 -蓄電池容量系數(shù)補償（可靠系數(shù)）取1.25； -蓄電池容量系數(shù)； -通信設(shè)備忙時最大平均放電電流（A）； t-蓄電池放電時間（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）。7.5 電力工程通信專用蓄電池個數(shù)計算按單個電池的允許最低電壓計算 （1-19）式中-直

47、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)中各自動開關(guān)額定容量的選擇：8.1直流斷路器直流斷路器應(yīng)具有速斷保護和過電流保護功能?？蓭в休o助觸點和報警觸點。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）放電電流校驗保護動作的安全性，且應(yīng)與直流饋線回路保護電器相配合。B：斷路

48、器電磁操動機構(gòu)的合閘回路，可按0.3倍額定合閘電流選擇，但直流斷路器過載脫扣時間應(yīng)大于斷路器固有合閘時間。C：斷流能力應(yīng)滿足直流系統(tǒng)短路電流的要求。D:各級斷路器的保護動作電流和動作時間應(yīng)滿足選擇性要求，考慮上下級差的配合，且應(yīng)有足夠的靈敏系數(shù)。8.2 刀開關(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：斷路器操動機構(gòu)的合閘回路，可按0.2-0.3倍的額定合閘電流選擇。（3）母線分斷開關(guān)和聯(lián)絡(luò)回路，可按全部符合的10%選擇。（4）必要時刀開關(guān)可帶有輔助觸點。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；