直流系统设计

1、201b变电站直流系统设计庄玉斌兰铀公司 电控车间 摘要：201b变电站直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成，并由此形成一个庞大、遍布变电站的直流电源供电网络，为继电器保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、UPS、通信等等各个子系统提供安全、可靠的工作电源。其设计内容主要包括接线方式，系统电压确定，蓄电池容量计算，直流充电模块选择，通信直流变换器的选择等。关键词：直流系统；蓄电池组；不停电电源；充电装置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目录第一章 概述1第二章 直流负荷统计2一、负荷种类2二、负荷统计计算2第三章 主接线方案6一、直流系统的额定电压6二、蓄电池及充电装置组数的确定8三、直流系统基本接线方式8第四章 直流系统的设备选择11一、蓄电池类型比较选择11二、蓄电池数量的确定12三、蓄电池组选择13第五章 总结17第一章 概述 变电站直流系统是应用于各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。变电站直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、

5、用户及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源蓄电池继续提供直流电源的重要设备。在201b变电所中，直流系统主要为站用控制负荷和动力负荷应急电源。在本变电所中控制负荷主要包括电气和热工系统的控制，信号，保护，自动装置和某些执行机构，这些都是变电所正常，安全运行的极为重要的负荷；除为直流控制负荷外，还为一些动力负荷，例如合闸大电流的电磁操作机构，事故照明装置等。这些动力负荷，都是保证变电所安全起停所必需的，是非常重要的负荷。可见，直流控制电源系统兼有直流保安电源的功能，其工作的可靠性是极为重要的。为保证直流系统正常供电，根据电力工程直流系统设计手册计算出201b变电所事故放

6、电容量和蓄电池台数及容量，并由此确定了直流系统接线方案。第二章 直流负荷统计一、负荷种类在统计直流负荷容量时，要用到“负荷系数”的概念。所谓“负荷系数”既是实际计算负荷容量与额定负荷容量的比值。应用负荷系数是为了更真实的统计实际的直流负荷，进而更确切地计算电池容量。负荷系数通常根据负荷特性、运行工况以及容量裕度因素确定。直流系统的负荷及用电特性可分为三类：经常负荷、事故负荷、冲击负荷3。1、经常负荷包括 （1）、经常带电的继电器、信号灯、位置指示器、经常直流照明灯 （2）、交流不停电电源（由直流母线供电） （3）、当变电所的部分保护或自动装置采用弱电控制时，弱电电源变换装置也由电流系统供电。2

7、 、事故负荷：当发电厂或变电所失去交流电源引起全厂停电时，必须由直流系统供电的负荷。 3、 冲击负荷：为断路器合闸时的短时冲击电流和此时母线所承受的负荷电流。 冲击负荷中的断路器合闸电流，应考虑整个变电所中合闸电流最大的一台断路器，或考虑厂用备用电源自动投入时实际同时合闸的断路器的合闸电流总和。二、负荷统计计算1（1）201b系统6KV有9回路，一个母线分段，两台变压器共计12回路（2）其它公用设施：闪光装置2套，检测装置1套。同期装置1套。微机检测装置1套，UPS装置1台。1、经常负荷统计计算表1-1负荷名称和种类信号灯和位置指示器（W）光字牌及显示器（W）经常带电继电器（W）保护和自动装置

8、（W）跳闸电流（A）合闸电流（A）10KV设备12×5=6012×20=24012×4×5=24012×50=60012×2.5=30120公用设备6×5=306×20=12012×5=60分项合计90360300600取大值30取大值120在表1-1中，各类负荷统计方法如下（1） 信号灯：按每回路一个统计位置指示器：主变压器按2个统计，母联、分段不统计、主变压器中性点按两个统计。 电力工程直流系统设计手册表3-4，每只信号灯或位置指示器的功耗按35W统计；根据短路器、隔离开关等回路数量，按系统（如各电压

9、等级）分别统计；即各系统直流功耗=（断路器数+隔离开关）（35W）（2） 经常带电继电器： 6KV线路，每回4个；主变压器，每台7-8个；经常负荷电流： =6.14(A) 2、事故负荷统计计算（1）、控制信号设备事故负荷 按照电力工程直流系统设计手册表3-8统计计算6KV线路信号灯、指示器、继电器： （W）（A）继电保护和自动装置：（W）（A）合计为6.47A（2）、事故照明负荷 按照电力工程直流系统设计手册表3-12统计计算 =2+0.8=2.8（KW） =12.74 (A)(3)、UPS事故负荷 （4）、事故放电初期的负荷 （A） 式中事故初期断路器跳闸电流。 （5）、160min时间内事

10、故放电负荷 3、事故容量统计计算 出UPS负荷持续时间为0.5外，其余控制保护事故负荷和事故照明负荷持续时间为1.0h。 所以事故放电容量为 第三章 主接线方案一、 直流系统的额定电压 电力工程中，直流系统电压等级分为220,110,48,24V,常用的电压等级为220V和110V，一些弱电系统采用48V或24V。 直流电压等级直接影响到蓄电池，充电装置，电缆截面和其他直流设备的选择。目前我国发电厂和变电所大多数都采用单一的220V电压或110V电压。其中220V直流系统具有以下特点3：（1）采用220V电压可以选用较小的电缆截面，节省有色金属，同时也降低了控制电缆中的电压降，从而也降低了电缆

11、截面的要求，降低电缆投资。（2）220V直流系统要求绝缘水平高。220V蓄电池组的绝缘电阻不应低于0.2M。（2）在220V直流系统中，大量采用的中间继电器由于其线圈导线线径小，曾多次发生断线事故，且断线后难以检测出来，以致造成保护装置拒动或误动，为克服继电器线径小，易断线的问题，有的工程中采用2个110V继电器串联或1个110V继电器和电阻串联的办法，但这样又多用了设备并增加了接线的复杂性。（3）在发电厂和变电所中，当采用单一的220V直流电压时，往往使得直流网络过于庞大和复杂，使得直流接地故障查找困难，而且直流网络过大，系统对地电容增大，当出现一点接地时，由于电容放电作用可能导致某些装置误

12、动作。其中110V直流系统具有以下特点3：（1） 所需蓄电池个数少，占地面积较小，安装维护方便。（2） 绝缘水平要求低，110V蓄电池组的绝缘电阻不应低于0.1M系统中配备的中间继电器线圈线径较大，减少了线圈断线和接地的故障机率。（3） 由于电压水平低，从而降低了继电器触点断开时所产生的干扰电压幅值，并减少了对电子元件构成的保护和自动装置的干扰。（4） 由于电压水平低，使得直流负荷电流成倍增加，从而使所需电缆截面相应增大。因此，通常在负荷电流较小，供电距离较短的控制，信号和保护用电源中才推荐采用110V电压。（5） 对相同容量的负荷，110V需要的蓄电池容量，与220V者相比，约增加一倍。直流

13、电压的选择 权衡利弊，在DL/T50442004电力工程直流系统设计技术规程中规定：直流系统额定电压宜按下列要求确定2：（1） 控制负荷专用蓄电池组（对于网络控制室可包括直流事故照明负荷）的电压宜采用110V。（2） 动力负荷和直流事故照明负荷专用蓄电池组的电压宜采用220V。（3） 控制负荷，动力负荷和直流事故照明负荷共用的蓄电池组的电压宜采用220V和110V。（4） 当采用弱电控制或信号时，宜装设较低电压等级的专用蓄电池组。在某些情况下，例如，当控制信号等直流负荷供电距离较长或负荷电流过大，其电缆截面比220V系统增大很多时，应进行技术经济比较，以确定合理的电压等级。对于弱电控制信号所采

14、用的蓄电池组，应根据设备要求选用48V或24V或其他的电源。 综上所述，根据各等级电压运行特点和规范要求，在201b直流系统中选择220V为其额定电压。二、蓄电池及充电装置组数的确定1、蓄电池组数的确定根据DL/T 5044-2004电力工程直流系统设计技术规程2：220KV500KV变电所应装设不少于2组蓄电池。当配电装置内设有继电保护装置小室时，可将蓄电池组分散装设。110KV及以下变电所宜装设1组蓄电池，对于重要的110KV变电所可装设2组蓄电池。所以在本变电所装设1组蓄电池用于控制负荷和动力负荷供电。2、充电装置组数的确定2对于1组蓄电池：采用晶闸管充电装置时，宜配置2套充电装置；采用

15、高频开关充电装置时，宜配置1套充电装置，也可配置2套充电装置。综上所述，本配电所装设2套高频开关充电装置。三、直流系统基本接线方式对直流系统基本接线方式的要求是安全可靠、接线简单、供电范围明确、操作方便。一般采用充电装置与蓄电池组并联接于直流母线。整流装置除供给经常性直流负荷外，同时以很小电流向蓄电池浮充电，补偿蓄电池的自放电，使蓄电池经常处于满充电状态。根据DL/T 5044-2004电力工程直流系统设计技术规程2：（1）1组蓄电池的直流系统，采用单母线分段接线或单母线接线。（2）单母线分段接线，每段接一组蓄电池、一套浮充装置。正常时两段母线解列运行。（3）1组蓄电池配置1套充电装置时，二者

16、应接入不同母线段。（4）1组蓄电池配置2套充电装置时，2套充电装置应接入不同母线段。蓄电池组应跨接在二段母线上。（5）每组蓄电池均应设有专用的试验放电回路。试验放电设备，应经隔离和保护电器直接与蓄电池出口回路并接。该装置宜采用移动式设备。（6）除有特殊要求的直流系统外，直流系统应采用不接地方式。根据201b变电站的特点选择互联的单母线接线。两段母线之间设联络刀开关。为防止两套系统误并列，应设置闭锁装置。本设计接线图是互联母线的一种基本接线方式。图中一、二两段线间，经两把刀开关实现联络，这样可以防止误并列。因为，一般情况下误合上一把刀开关可能容易发生，但在同一时间内误合两把刀开关的可能性则很小。

17、虽然用了两把刀开关，但整个系统接线简单。 直流系统接线图见图4-1直流系统接线图第四章 直流系统的设备选择一、蓄电池类型比较选择1、常用的蓄电池分类及特点1目前，常用的蓄电池主要分为三类。分别为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。（1）普通蓄电池：普通蓄电池的级板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低（即没公斤蓄电池存储的电能）、使用寿命短和日常维护频繁。（2）干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的蓄电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过2030分钟就可使用。

18、 （3）免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身机构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种：一种在购买时一次性加电解液以后使用中需要维护；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液 由于免维护蓄电池采用铅钙合金架，充电时产生的水分解量少，水分蒸发量底加上外壳采用密封结构，释放出来的硫酸气体也很少，所以它与传统蓄电池相比，具有他不需添加任何液体，对接线桩头、电线腐蚀少，抗过充电能力强，起动电流大，电量储存时间长等优点。 2、目前广泛采用的有铅酸免

19、维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池，因为其固有的免维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的太阳能电源系统，特别是无人职守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大，所以主要使用维护能力或抵挡场合使用，碱性镍镉蓄电池具有维护量及体积小等优点，寿命约为7-10年。，不过虽然它有较好的底温、过充、过放性能，但由于起价格较高，仅使用于较为特殊的场合。 总体看来，密封式铅酸蓄电池组，价格便宜，并且它在正常充放电运行时，处于密封状态，不会泄露电解液也不排放任何气体，不需要定期加水或加酸，只需要定期进行充放电一次，基本上就是免维护了。目前

20、使用最为广泛。 因此我在设计中我选择了密封式铅酸蓄电池。二、蓄电池数量的确定1蓄电池数量的选择，应保证直流母线电压在事故放电终了和充电末期维护在比受电设备电压高出5%的水平上，对于220V和110V直流系统，=230V和115V。蓄电池总数由事故放电末期确定,对于变电所事故放电末期每个电池电压按1.95V计算：个 基本电池数有充电末期确定，在充电末期每个电池电压为2.7V，基本电池数为：个 端电池数为对于变电所： 个 浮充电时连续在直流母线上的蓄电池数：个 式中：为每个蓄电池在浮充电状态时的电压，取为2.2V。故本直流系统设计蓄电池数量n取为104个三、蓄电池组选择1 蓄电池的放电容量及其放电

21、电流与放电时间有关，放电时间长，则允许输出电流小，而允许放电容量大；反之，则输出容量小，允许放电电流大。掌握这个规律就可根据不同的放电电流和时间来正确选择蓄电池的容量。 目前国内常用的蓄电池容量计算方法有两种。一种叫容量换算法：按事故状态下直流负荷消耗的安.时值计算容量，并按事故放电末期或其他不利条件下校验直流母线电压水平。另一种叫直流换算法：按事故状态下直流负荷电流和放电时间来计算容量1。 本次计算采用就第一种方法，容量换算法。 （1）、容量选择计算。1）、按持续放电负荷计算蓄电池容量。蓄电池组同时带控制负荷和动力负荷，取电压系数=0.86.单个电池的放电终止电压为 V取=1.80V。事故计

22、算时间取=1h, 由电力工程直流系统设计手册图44对应于=1.80V和=1h,查处容量系数=0.411。蓄电池的计算容量用电力工程直流系统设计手册式4-9计算1：= 式中 事故放电容量（Ah）； 蓄电池容量系数； 可靠系数，一般取=1.40 一小时冲击放电电流取控制信号设备事故负荷，6.47 A；UPS负荷持续时间为0.5h，事故照明负荷持续时间为一小时。当事故负荷在放电期间变化时，一般多为阶梯形负荷曲线，当不是阶梯形时，也可以近似的用阶梯形代替，对于阶梯形负荷，也采用分设计算法计算。动和负荷中UPS负荷持续时间为0.5h。=（12.74+6.47）1+45.450.5=41.94Ah =143.21Ah2 )、按冲击负荷计算蓄电池容量。放电初期冲击放电电流最大，等于断路器跳闸负荷、控制信号设备事故负荷、事故照明和UPS负荷的总和=6.47+30+12.74+45.45=94.66A,已知满足电压水平的放电终止电压=1.80V，因是放电初期，则由电力工程直流系统设计手册图42中的“0