畢業(yè)論文變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1、分類號鄭州電力高等?？茖W(xué)校畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)并列英文題目Substation Dc System Analysis And Design系部電力工程系專業(yè)電氣自動化技術(shù)姓名楊柳青班級電氣0903 指導(dǎo)教師皮薇薇職稱 講師論文報(bào)告提交日期2012年6月5日鄭州電力高等專科學(xué)校摘要變電站直流電源系統(tǒng)是所內(nèi)所有繼電保護(hù)、自動化以及二次控制回路、斷路器分合閘、事故照明等設(shè)備工作的電源，直流電源內(nèi)部有蓄電池，能保證在交流失電狀態(tài)下不間斷連續(xù)供電。直流電源使用蓄電池進(jìn)行儲能，結(jié)構(gòu)簡單可靠，容易滿足設(shè)備對電源可靠性要求。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括直流系統(tǒng)接線方式，系統(tǒng)電壓確定，蓄電

2、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AbstractThe substation dc power system is the working power supply of relaying protection, automation, secondary control circuit, switching on or offcircuit breaker and emergency lighting equipments in the transformer substation. DC pow

3、er has internal battery and can guarantee continuous power supply when losing electric state. Dc power uses storage battery to store energy, the structure is simple, reliable and easy to meet for power equipment requirement of reliability. The design includesDC system wiring, determining system volt

4、age，the battery capacity calculation, the DC charging module selection, choice of UPS and communication DC-DC converter.Key words：DC system、batteries、Uninterrupted power supply、charging devices.目錄Abstract- 1 -前言- 5 -第一章變電站直流系統(tǒng)功能、重要性論述- 6 -1.1 變電站直流系統(tǒng)- 6 -1.2 直流電源系統(tǒng)在變電站的重要作用- 6 -第二章直流電源的技術(shù)分析- 7 -第三章蓄

5、電池技術(shù)分析- 9 -3.1 蓄電池的定義與分類- 9 -3.2鉛酸蓄電池的電氣特性- 10 -3.3 放電特性- 11 -3.3.1 持續(xù)放電特性- 11 -3.3.2 沖擊放電特性- 13 -3.4 閥控鉛酸蓄電池的充電方式- 14 -3.5 蓄電池組數(shù)- 16 -第四章直流系統(tǒng)的接線方式- 17 -4.1 對直流系統(tǒng)接線方式的基本要求- 17 -4.2 直流系統(tǒng)接線方式的分類- 17 -單母接線- 17 -4.2.2 單母分段接線- 18 -4.2.3 互聯(lián)的單母接線- 19 -第五章系統(tǒng)工作電壓- 21 -第六章計(jì)算并選擇蓄電池容量- 22 -6.1 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)（系統(tǒng)工作電壓220V

6、）- 22 -6.2閥控鉛酸蓄電池的選擇- 22 -6.3 蓄電池容量的選擇- 23 -6.4 蓄電池參數(shù)選擇- 26 -6.4.1 容量計(jì)算- 26 -6.4.2 電壓校驗(yàn)- 27 -第七章直流充電模塊的選擇- 29 -7.1高頻開關(guān)充電模塊工作原理- 29 -7.2 充電裝置的選擇- 30 -7.2.1 充電裝置額定電流選擇（鉛酸蓄電池）- 30 -7.2.2 充電裝置輸出電壓選擇- 31 -7.2.3 回路設(shè)備選擇- 32 -7.2.4 充電裝置高頻開關(guān)電源充電模塊數(shù)量選擇- 32 -第八章 UPS不間斷電源的選擇- 34 -8.1 變電站設(shè)交流不斷電電源的必要性- 34 -8.2 對U

7、PS系統(tǒng)的基本要求- 34 -8.3 UPS的配置方式- 35 -第九章通信電源設(shè)計(jì)- 37 -9.1 變電站通信電源- 37 -9.2 通信直流變換器的作用- 37 -9.3 對通信電源的特殊要求- 37 -9.4 DC/DC通信電源技術(shù)指標(biāo)- 38 -第十章各自動開關(guān)額定容量的選擇- 39 -10.1 控制、保護(hù)、信號回路斷路器選擇（經(jīng)常負(fù)荷、UPS等均分兩段母線）- 39 -10.2 直流分電柜電源回路- 40 -10.3 充電裝置輸出回路- 40 -10.4 蓄電池組出口回路- 41 -10.5 直流母線聯(lián)絡(luò)電器（隔離開關(guān)）- 41 -10.6 蓄電池放電回路的斷路器- 42 -10.

8、7 電氣接線圖- 42 -第十一章結(jié)論- 44 -結(jié)束語- 45 -參考資料- 46 -前言電是能量的一種表現(xiàn)形式，電力已成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的動力，并廣泛應(yīng)用到一切生產(chǎn)部門和日常生活方面。電力工業(yè)的發(fā)展水平和電氣化程度已成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志。電力控制系統(tǒng)必須具備安全可靠的控制電源。由于直流電源獨(dú)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(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)，從而得到廣泛的應(yīng)用。直流系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其它使用直流設(shè)備的用戶(如發(fā)電廠、變電站、配電站、石化、鋼鐵、電氣化鐵路、房地產(chǎn)等)，為信號設(shè)備、保護(hù)、自動裝置、事故照明及斷

9、路器分、合閘操作提供直流電源，它也同樣廣泛的應(yīng)用于通信部門、計(jì)算機(jī)房、醫(yī)院、礦井、賓館，以及高層建筑的可靠應(yīng)急電源，用途十分廣泛。所以要求電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)對直流電源系統(tǒng)給予高度重視。本文對110kV變電站的直流系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下：經(jīng)常負(fù)荷3kW；事故照明負(fù)荷2kW；通信DC/DC轉(zhuǎn)換器60A；UPS不停電電源14kW；斷路器合閘電流2A（數(shù)量為2）；斷路器分閘電流2.5A（數(shù)量為3）。第一章 變電站直流系統(tǒng)功能、重要性論述1.1 變電站直流系統(tǒng)變電站直流電源系統(tǒng)是所內(nèi)所有繼電保護(hù)、自動化以及二次控制回路、斷路器分合閘、事故照明等設(shè)備工作的電源，直流電源內(nèi)部有蓄電池，能保證在交流失電狀態(tài)下

10、不間斷連續(xù)供電。直流電源使用蓄電池進(jìn)行儲能，結(jié)構(gòu)簡單可靠，容易滿足設(shè)備對電源可靠性要求。1.2 直流電源系統(tǒng)在變電站的重要作用變電所的直流系統(tǒng)是獨(dú)立的重要操作電源，主要用于開關(guān)的控制、繼電保護(hù)、自動裝置、信號裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、事故照明等的電源。監(jiān)視和維護(hù)直流設(shè)備的完好性對變電站以及整個(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。對于不同電壓等級的變電站往往設(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關(guān)整流電源(本設(shè)計(jì)中應(yīng)有到)在

11、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(jì)的復(fù)雜性，并減小了維護(hù)的工作量。第二章 直流電源的技術(shù)分析直流電源主要由充電機(jī)、蓄電池、饋線屏三大部分組成，保證直流電源的可靠供電、安全供電和在發(fā)生事故情況下的不間斷供電。為監(jiān)視直流電源正常工作，還有一些輔助設(shè)備，如直流絕緣監(jiān)視，蓄電池電壓監(jiān)視等。直流電源負(fù)荷特性的變化，以及充電裝置、蓄電池、監(jiān)控裝置技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得直流系統(tǒng)的接線方式和組成方式也有所改變。1直流充電裝置將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置。早期的直流由交流電動機(jī)帶動直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生所需的直流電源；20世紀(jì)中期大功率二極管應(yīng)用于直流電源上，并應(yīng)用磁飽和控制技術(shù)調(diào)整直流輸

12、出電壓，這種結(jié)構(gòu)的充電機(jī)在電力系統(tǒng)的直流電源上占很大比例，稱之為磁飽和充電機(jī)；隨后的可控硅器件（晶閘管）使電壓調(diào)整與整流由同一器件完成，通過控制晶閘管導(dǎo)通角達(dá)到調(diào)壓目的，這稱之為相控電源；近幾年，應(yīng)用高頻開關(guān)電源技術(shù)組成AC/DC模塊結(jié)構(gòu)的充電機(jī)在直流系統(tǒng)中應(yīng)用日益普及。2蓄電池主要分為酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類，在電力系統(tǒng)直流電源中，閥控式密封鉛酸蓄電池占絕大多數(shù)。3饋線結(jié)構(gòu)饋線屏結(jié)構(gòu)與直流母線結(jié)構(gòu)、饋線保護(hù)、直流供電方式有關(guān)，對饋線屏要求是運(yùn)行可靠，屏面布置簡單明了，電源走向一目了然，負(fù)載名稱清晰準(zhǔn)確。4輔助設(shè)備當(dāng)直流電源一極接地后，如再發(fā)生另一點(diǎn)接地，則容易產(chǎn)生寄生回路，選成保護(hù)設(shè)備誤

13、動或拒動，為此直流系統(tǒng)均安裝直流絕緣監(jiān)察裝置，在一點(diǎn)接地時(shí)及時(shí)發(fā)出直流電源接地故障報(bào)警信號，告知值班人員進(jìn)行處理。第三章 蓄電池技術(shù)分析3.1 蓄電池的定義與分類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(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()，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()、負(fù)極板的絨狀鉛

14、(Pb)變?yōu)榱蛩徙U()，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(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，或過充電時(shí)產(chǎn)生的氣體達(dá)到開閥壓力時(shí)，經(jīng)過節(jié)流閥泄放，隨

15、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）。本站選取的即為閥控密封式鉛酸蓄電池。3.2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），則對應(yīng)容量C(Ah)為 C=It （3-1） 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

16、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所放出的容量為75Ah；當(dāng)以55率（1h率）進(jìn)行放電時(shí)，到達(dá)終止電壓1.75V所放出的容量為55Ah?？梢?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^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

17、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10，20，40，80，100，150，200，300，400，500，600，800，1000，2000，3000(Ah)。蓄電池容量的這種特性用容量系數(shù)表示 (3-2)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。3.3 放電特性3.3.1 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(shí),為核對電池的容量,需要對電池進(jìn)行放電。閥控

18、電池不同倍率的放電特性曲線如圖3-1所示。圖3-1從圖3-1看出,蓄電池放電初期1h內(nèi)的端壓降低緩慢,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3-1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。3.3.2 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

19、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)表示式為 (3-3)式中 -沖擊系數(shù)；-沖擊放電電流； I10-10h率放電電流。圖3-2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。圖3-2圖3-2中持續(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3-2中可以看出,浮充電狀態(tài)下放電電壓變化

20、較慢,斷開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。3.4 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)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)償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象,為使其恢復(fù)到規(guī)

21、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)控模塊自動記錄均充和浮充的開始時(shí)刻,在上電(或復(fù)位)初始,如果監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)均充過程尚未結(jié)束,則會繼續(xù)進(jìn)行限流均充;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(jìn)行均充.對電池進(jìn)行均充時(shí),充電

22、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)。至此充電過程完成。如果沒有準(zhǔn)確的電池監(jiān)測裝置時(shí)，可選則采用定時(shí)均充方式，對定時(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機(jī)算電池定時(shí)均充的時(shí)間，以便確定在何時(shí)啟動定時(shí)均充，何時(shí)停止定時(shí)均充，所有這些操作都是自動進(jìn)行的，運(yùn)行維護(hù)人員可在現(xiàn)場通過監(jiān)控模

23、塊上的顯示來明確這一過程。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(shí)際情況設(shè)置。3.5 蓄電池組數(shù)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，500kV變電所宜裝設(shè)2組蓄電池，220330kV變電所應(yīng)裝設(shè)1組蓄電池。本站宜選取1組蓄電池。第四章 直流系統(tǒng)的接線方式4.1 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。4.2 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

24、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：4.2.1單母接線1）特點(diǎn)：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(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)可接至蓄電池組。2）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。4.2.2 單母分段接線1）特點(diǎn)：充電器和浮充電器分別接到

25、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的大型變電所或機(jī)組較多的小型發(fā)電廠。本站即選取單母分段接線方式。示意圖如下：直流系統(tǒng)由1組蓄電池、1組整流器組成。正常運(yùn)行時(shí)，充電裝置經(jīng)充電直流母線對蓄電池充電，同時(shí)向兩段直流母線提供經(jīng)常負(fù)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(tǒng)方案的任一段直流母線故障時(shí)，均可將環(huán)形供電的負(fù)載切換到正常母線段。4.2.3 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

26、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(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關(guān)可能容易發(fā)生，但在同一時(shí)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(gè)系統(tǒng)接線簡單。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

27、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。第五章 系統(tǒng)工作電壓強(qiáng)電直流采用110V的優(yōu)點(diǎn)：1）蓄電池個(gè)數(shù)少，降低了蓄電池組本身的造價(jià)，減少蓄電池室的建筑面積，減少蓄電池組平時(shí)的維護(hù)量。2）對地絕緣的裕度大，減少直流系統(tǒng)接地故障的機(jī)率，在一定程度上提高直流系統(tǒng)的可靠性。3）直流回路中觸點(diǎn)的斷開時(shí)，對連接回路產(chǎn)生干擾電壓，直流用110V時(shí)，能降低干擾電壓幅值。4）對人員較安全，減少中間繼電器的斷線故障。強(qiáng)電直流采用110V的缺點(diǎn)：1）變

28、電站占地面積大，電纜截面大，給施工帶來困難。2）一般線路的高頻保護(hù)的收發(fā)信機(jī)輸出功率大小與直流電壓有關(guān)，對長線路的保護(hù)不利。3）交流的220V照明電源和110V的直流電源無法直接切換，需增加變壓器和逆變電源，增加事故照明回路的復(fù)雜性。4）在站內(nèi)有大容量直流電動機(jī)的情況下，增大電纜截面，增加投資?；诩夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)上的考慮，當(dāng)變電站規(guī)模較小或全戶內(nèi)的220kV變電所情況下，控制電纜長度較小時(shí)，強(qiáng)電直流系統(tǒng)的工作電壓宜選用220V。本站選用系統(tǒng)工作電壓為220V。第六章 計(jì)算并選擇蓄電池容量6.1 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)（系統(tǒng)工作電壓220V）序號負(fù)荷名稱裝置容量(kW)負(fù)荷系數(shù)計(jì)算電流(A)經(jīng)常電流(A)事故

29、放電時(shí)間電流（A）隨機(jī)或事故末期(A)初期 01min160min60120min1經(jīng)常負(fù)荷30.68.188.182事故照明21.09.099.093通信DC/DC轉(zhuǎn)換器0.848484斷路器合閘1.0445斷路器跳閘0.64.56UPS140.638.238.26.2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 (6-1)式中 N蓄電池個(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。

30、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(fù)荷母線允許的最低電壓值不低于87.5。考慮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，對于動力負(fù)荷專用蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓值 （6-2） 對于控制負(fù)荷與動力負(fù)荷合并供電的蓄電池組，事故放電末期允許的最低端口電壓 （6-3）6.3 蓄電池容量的選擇用電壓控制法計(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

31、成蓄電池的額定容量，即是鉛酸蓄電池10h率的放電容量 （6-4）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31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 （6-5）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

32、電流，A。計(jì)算出的在圖3-2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 (6-6) 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 （6-7） （6-8） 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(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3-2中可根據(jù)值查出相應(yīng)的曲線，在該曲線上再用值（圖3-2中）查出單體蓄電池放電電壓值，計(jì)算蓄電池

33、組出口端電壓為 （6-9）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（6-6）和式（6-9）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，繼續(xù)校驗(yàn)，直到母線電壓滿足為止。6.4 蓄電池參數(shù)選擇參考數(shù)值表如下：表6-1 鉛酸蓄電池組的單體2V電池參數(shù)參考表系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（V）系統(tǒng)電壓220V(V)浮充電壓均充電壓蓄電池個(gè)數(shù)浮充時(shí)母線電壓均充時(shí)母線電壓放電終止電壓母線最低電壓2.252.35103231.751101.8787.55注：表示對系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分比。表6-2 閥控式密封鉛酸蓄電池(貧液)(單體2V)

34、的容量選擇系數(shù)表放電終止電壓1.87V(放電時(shí)間1h)容量系數(shù)和容量換算系數(shù)0.5200.5206.4.1 容量計(jì)算（1）個(gè)數(shù)：按浮充電運(yùn)行時(shí)，根據(jù)式（6-1）計(jì)算 =102.67 取整數(shù)103 （2）均衡充電電壓：對于控制負(fù)荷與動力負(fù)荷合并供電（3）根據(jù)式（6-3）計(jì)算蓄電池放電最低端電壓滿足大于蓄電池的要求。（4）持續(xù)事故放電容量由事故持續(xù)1h及放電到最低電壓1.87V查表6-2得0.52 所以選擇蓄電池的額定容量300Ah。6.4.2 電壓校驗(yàn)1）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3-2的“0”曲線得到單體電池電壓值2.05V即103×2.

35、05211.15（V），為額定電壓的96%。2）校驗(yàn)事故放電末期（1h）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3-2中，由3.8和0.15查得單體電池電壓值1.83V，即V，為額定電壓的85.7，不符合要求。因此，將容量加大一級繼續(xù)校驗(yàn)。選擇蓄電池的額定容量為400Ah。1）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3-2的“0”曲線得到單體電池電壓值2.01V即103×2.01207.03（V），為額定電壓的94%。2）校驗(yàn)事故放電末期（1h）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3-2中，由2.85和0.11查得單體電池電壓值1.

36、95V，即V，為額定電壓的91。滿足要求，故選取蓄電池容量為400Ah。第七章 直流充電模塊的選擇7.1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(jìn)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（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(fù)載的變化情況，自動調(diào)節(jié)高頻開關(guān)的脈沖寬

37、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)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(shí)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(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。直流檢測電路檢測輸出直流電的變化，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(shí)在面板上顯示輸出電壓

38、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(jìn)行控制：開、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。充電模塊的外部發(fā)生短路時(shí)，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(jìn)一步擴(kuò)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(hù)點(diǎn)，充電模塊便自動關(guān)機(jī)，鎖死輸出，只有重新開機(jī)才能啟動輸出。因?yàn)?/p>

39、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(jī)。7.2 充電裝置的選擇7.2.1 充電裝置額定電流選擇（鉛酸蓄電池）滿足浮充電要求：A滿足初充電要求：滿足均衡充電要求：注：為直流系統(tǒng)經(jīng)常負(fù)荷電流；為鉛酸蓄電池10h放電率電流；為充電裝置額定電流。故選定充電裝置的額定電流為50A。7.2.2 充電裝置輸出電壓選擇為充電裝置的額定電壓；為充電末期單體蓄電池電壓。7.2.3 回路設(shè)備選擇表7-17.2.4 充電裝置高頻開關(guān)電源充電模塊數(shù)量選擇每組蓄電池配備一組高頻開關(guān)電源模塊，其模塊選擇方法如下：基本模塊數(shù)量：附加模塊的數(shù)量：式中為鉛酸蓄電池10h放電率電

40、流，A；為經(jīng)常負(fù)荷電流，A；為單個(gè)模塊額定電流，A；為高頻開關(guān)電源模塊選擇的數(shù)量，當(dāng)模塊數(shù)量不為整數(shù)時(shí)，可取臨近值，但模塊數(shù)量宜3。，取整數(shù)4n=4+1=5故選取單個(gè)模塊額定電流為15A的充電裝置，一共需要5個(gè)模塊。第八章 UPS不間斷電源的選擇8.1 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)。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(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置、遠(yuǎn)動裝置裝置、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)

41、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。8.2 對UPS系統(tǒng)的基本要求(1)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),自動化儀表,繼電保護(hù)等設(shè)備,提供不間斷的交流電源.(2)在變電所全停電的情況下,UPS滿負(fù)荷,連續(xù)供電的時(shí)間不得少于一小時(shí).(3)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).(4)在輸入到UPS的變電所

42、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：a)電壓穩(wěn)定度：輸出電壓為單相、雙線、220V，穩(wěn)態(tài)時(shí)不大于2%；暫態(tài)過程中不大于10%；b)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)過程中不大于2%；c)波形失真度：輸出電壓為正弦波，總的波形失真度不大于5%；d)備用電源切換時(shí)間不大于5ms。8.3 UPS的配置方式配置方式有兩種：分散式配置與集中式配置。分散配置就是根據(jù)需要，變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置，遠(yuǎn)動裝置，自動化儀表，繼電保護(hù)等分別設(shè)置小容量的UPS系統(tǒng)。各種裝置的UPS系統(tǒng)之間無聯(lián)系。集中配置就是全站設(shè)一套公用的UPS系統(tǒng)，

43、為所有的設(shè)備提供交流電源。分散配置的優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，有時(shí)隨主設(shè)置配套供貨，不需實(shí)際上選型；UPS系統(tǒng)的故障影響面小。其缺點(diǎn)：供電可靠性不高；小容量（2kW以下）的UPS系統(tǒng)往往內(nèi)部自備蓄電池，事故時(shí)一般只能保證15min全負(fù)荷供電，不能滿足事故供電1h要求。集中配置UPS系統(tǒng)的容量較大，直流電源可由變電站直流系統(tǒng)供電。UPS系統(tǒng)可采用可靠性較高的接線方式。對UPS系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)要求易滿足，整體可靠性較高，但其接線復(fù)雜、投資大。本站選取集中式配置，接線方式為二路交流、一路直流的輸入方式。接線如下圖：第九章 通信電源設(shè)計(jì)9.1 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

44、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。9.2 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、鐵路通信等場合。9.3 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(fù)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

45、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)嗷芈返臄嗦菲鳎苊庠斐赏ㄐ烹娫摧敵鲭妷旱涞氖鹿?。?）要求通信專用的DC-DC變換器具備通信接口，并通過RS485總線與集中監(jiān)控器連接，實(shí)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(yùn)行。9.4 DC/DC通信電源技術(shù)指標(biāo)型號規(guī)格：ZBG21-2048/220。標(biāo)稱直流輸入220V；額定直流輸出48V

46、/20A。本站通信計(jì)算電流為48A，選取以上型號的DC/DC通信變換器基本數(shù)量3個(gè)，再另選1個(gè)為備用。一共需要4個(gè)，兩個(gè)一組分別裝在分電屏輸出的兩條回路上。第十章 各自動開關(guān)額定容量的選擇10.1 控制、保護(hù)、信號回路斷路器選擇（經(jīng)常負(fù)荷、UPS等均分兩段母線）式中為直流斷路器額定電流；為同時(shí)系數(shù)，0.8；為控制負(fù)荷計(jì)算電流；為保護(hù)負(fù)荷計(jì)算電流；為信號負(fù)荷計(jì)算電流。1）經(jīng)常負(fù)荷： 0.5×8.18=4.1A 無延時(shí) 選取額定電流為6A的GM5-63.2）事故照明： 0.5×9.09=4.5A 無延時(shí) 選取額定電流為6A的GM5-63.3）通信負(fù)荷：0.5×20=1

47、0A 無延時(shí) 選取額定電流為10A的GM5-63.4）UPS負(fù)荷: 0.5×38.2=19.1A 無延時(shí) 選取額定電流為20A的GM5-63.分電屏母線控制回路：經(jīng)常負(fù)荷、事故照明、通信負(fù)荷需要的斷路器額定電流為16A。UPS負(fù)荷需要的斷路器額定電流為20A。因此，需要額定電流為16A和20A的GMB32型斷路器。延時(shí)時(shí)間為10ms。10.2 直流分電柜電源回路額定電流按照直流分柜上全部用電回路的計(jì)算電流之和選擇。式中為直流斷路器額定電流；為同時(shí)系數(shù)，0.8；為控制負(fù)荷計(jì)算電流；為保護(hù)負(fù)荷計(jì)算電流；為信號負(fù)荷計(jì)算電流。為保證動作選擇性要求，斷路器額定電流還應(yīng)大于直流分電柜饋線斷路器的額定電流，它們之間的電流極差不易小于4級。0.8×（8.18+9.09+48+38.2）=82.8A斷路器：GMB型（GMB100.額定電流為100A.延時(shí)時(shí)間30ms）