变电站直流系统设计剖析

摘要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， ups不停电电源的选择，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AbstractSubstationDCsystemconsistsofbatteries,chargingdevices,DCscreen,DCpowerdistributioncabinets,DCpowermonitoringdevice,DCbranchfeederandothercomponents,whichareformedbyalarge,allovertheDCpowersupplysubstationnetwork,followingtheelectricalprotectiondevices,circuitbreaker,signalsystems,DCcharger,UPS,communicationsandsooneachsubsystemtoprovideasafe,reliablesupplyofwork.Thedesignincludewiring,systemvoltagetodetermine，thebatterycapacitycalculation,theDCchargingmoduleselection,choiceofups,choiceofcommunicationDC-DCconverter.Keywords：DCsystem、batteries、Uninterruptedpowersupply、chargingdevices变电站直流系统设计目录Abstract...................................................................................................................................0第一章变电站直流系统的作用及重要性......................................51.1变电站直流系统............................................................................................51.2直流电源系统在变电站中具有以下几点重要作用：............5第二章直流系统接线方式.............................................................................62.1对直流系统接线方式的基本要求.......................................................62.2直流系统接线方式的分类......................................................................62.2.1单母接线........................................................................................................62.2.2单母分段接线............................................................................................72.2.3互联的单母接线......................................................................................72.2.4具有调压装置的接线方式.................................................................8第三章直流系统额定电压：........................................................................10第四章计算并选择蓄电池容量...............................................................114.1直流系统负荷：...........................................................................................114.2蓄电池................................................................................................................114.3铅酸蓄电池的电气特性...........................................................................124.4放电特性..........................................................................................................144.4.1持续放电特性..........................................................................................144.4.2冲击放电特性：....................................................................................154.5阀控铅酸蓄电池的充电方式...............................................................161变电站直流系统设计4.6阀控铅酸蓄电池的选择 184.8容量计算： 23第五章 直流充电模块的选择： 255.1高频开关充电模块工作原理 255.2充电装置高频开关电源充电模块数量选择 27第六章UPS不停电电源的选择： 286.1变电站设交流不断电电源的必要性 286.2对UPS系统的基本要求 296.3UPS的结构和工作原理： 306.4UPS的容量选择计算： 326.5据分析和计算情况，结合《电力专用不间断电源》本变电站设计所选用的UPS型号为： 33第七章 通讯直流变换器的选择： 347.1变电站通信电源 347.2通信直流变换器的作用7.3对通信电源的特殊要求

..........................................................................34..........................................................................347.4电力工程通信用蓄电池容量计算 357.5电力工程通信专用蓄电池个数计算 35第八章 直流系统中各自动开关额定容量的选择 368.1直流断路器 368.2刀开关 372变电站直流系统设计8.3断路器的额定电流8.4蓄电池组出口回路

....................................................................................37....................................................................................388.5直流母线联络电器（隔离开关） 388.6断路器选择（经常负荷、 UPS等均分两段母线） 398.7：直流系统电气主接线： 40第九章 总结 41结束语： 42（附参考文献）3变电站直流系统设计引言电力控制系统是电力系统和电力设备可靠、高效运行的保证，所以人们十分关注电力控制技术的发展。经过长期不懈的努力，电力控制技术日臻完善，目前已达到十分先进可靠的程度。电力控制必须具备安全可靠的控制电源。在电力工程中，控制电源分为两类，一类是直流电源，一类是交流电源。由于直流电源独立于交流动力电源系统之外，不受交流电源的影响，具有高度安全可靠、运行维护方便等特点，从而得到广泛的应用。在电力工程中，由于直流电源系统设计不合理，设备选型不当或缺乏正确运行管理方法而导致电力设施损坏、系统故障、事故波及范围扩大、甚至造成人身伤亡等事故屡有发生， 给电力系统和国家财产造成重大损失。所以要求电力系统设计对直流电源系统给予高度重视。变电站的直流电源是全站作为控制、信号、继电保护的操作电源，也是重要设备的保安电源及事故照明电源。监视和维护直流设备的完好性对变电站以及整个电力系统的安全可靠运行十分重要。各类变电站直流电源系统必不可少。对于不同电压等级的变电站往往设计不同电压的直流输出，以满足设备运行的需要4变电站直流系统设计第一章 变电站直流系统的作用及重要性1.1 变电站直流系统在变电站中，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。1.2 直流电源系统在变电站中具有以下几点重要作用：变电站的直流电源是全站作为控制、信号、继电保护的操作电源，也是重要设备的保安电源及事故照明电源。监视和维护直流设备的完好性对变电站以及整个电力系统的安全可靠运行十分重要。各类变电站直流电源系统必不可少。对于不同电压等级的变电站往往设计不同电压的直流输出，以满足设备运行的需要。在变电站中，直流电源系统应满足各类负荷中双重化配置的要求。在变电站内由于被控制设备多，提高直流网络的安全可靠性至关重要。阀控密封式铅酸蓄电池和高频开关整流电源 (本设计中应有到)在直流系统中的应用可提高直流电源系统的安全可靠性，降低直流系统设计的复杂性，并减小了维护的工作量。5变电站直流系统设计第二章 直流系统接线方式2.1 对直流系统接线方式的基本要求对直流系统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。2.2 直流系统接线方式的分类直流系统接线方式有单母接线和单母分段接线两种。按照蓄电池是否带端电池，又可分为无端电池接线和带端电池接线。对于无端电池接线，又可分为不带降压装置和带降压装置接线。根据端电池的投入方式又可分为带端电池调节器接线和带端电池自投装置接线。目前应用最广的是不带任何调压装置的无端电池接线。对于小型镉镍蓄电池直流系统，往往采用带有降压装置的无端电池接线。带端电池调节器接线或带端电池自投装置接线，目前已很少采用。常用的直流系统基本接线方式简介如下：2.2.1 单母接线特点：接线简单，可靠。由于浮充电器接在直流母线上，所以当蓄电池回路刀开关被误断开时，直流母线不致失电。在设计上，也可将浮充电电器经双投开关接到直流母线和蓄电池组上。充电器经双投开关可接至蓄电池组。6变电站直流系统设计适用范围：适用于设有一组蓄电池、两套充电装置的变电所和小型发电厂。2.2.2 单母分段接线1）特点：充电器和浮充电器分别接到两段母线上，蓄电池组接在一段母线上。直流负荷双回电源分别接在不同的分段上，以提高供电可靠性。接线较单母线复杂，但灵活性很好。2）适用范围:适用于设有一组蓄电池和两套充电装置的大型变电所或机组较多的小型发电厂。2.2.3 互联的单母接线。这种接线用于两组蓄电池的直流系统。 其接线特点如下：1）单母分段接线，每段接一组蓄电池、一套浮充电装置。正常时两端母线解列运行。2）两组蓄电池设一套公用充电装置， 该充电装置可兼作任一套浮充电装置的备用。3）两段母线之间设联络开关。为防止两套直流系统误并列，应设置闭锁装置。4）对于分期装设二组蓄电池的直流系统和两套直流系统不在一起布置的大型变电站或大中型发电厂，使用上比较方便。7变电站直流系统设计5）上图是互联母线的一种基本接线方式。图中Ⅰ、Ⅱ段母线间，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打开关的可能性则很小。虽然用了两把刀开关，但整个系统接线简单。2.2.4 具有调压装置的接线方式1）用二极管降压装置的接线。对于小容量镉镍蓄电池组，有些工程采用二极管降压装置。降压装置的设置有两种：对控制负荷实施降压；对全部负荷实施降压。采取这种降压措施，可以避免蓄电池在充电过程中使之加在负荷上的电压过高，但应当指出，这不是一种在经济技术上合理的方法。2）用端电池调压器调压的接线。以往在发电厂和变电所中，曾广泛应用端电池调节器调压的接线，这种接线虽然能够是蓄电池容量的到充分利用，但由于解析过复杂及端电池维护比较困难且易硫化等原因，目前基本上不在采用。3）用端电池直投装置调压的接线。8变电站直流系统设计八十年代，在下用镉镍蓄电池的直流系统中，个别工程采用端电池自投装置进行调压，以保持母线不超过允许范围，但这种接线使用的容量较小，且对自投装置的要求比较高，目前基本上不在采用。根据《火力发电厂和变电所直流系统设计技术规定》 发电厂和变电站的直流系统采用单母分段接线，单母接线用于 110KV以下变电站，单母分段接线可靠性较高，任一段出现故障或检修都不影响供电。 建议110kv，220kv和500kv变电站采用单母分段接线。(本站为110kv变电站，故采用单母分段接线方式 )单母分段接线直流系统图：图1-19变电站直流系统设计第三章直流系统额定电压：在确定变电站直流系统额定电压时，应根据变电站具体情况，找出影响直流系统额定电压选择的主要因素。以往设计 220kv以下电压等级的变电站，大多数为带电磁操作机构的断路器，需要直流动力合闸电源，在这种情况下，满足直流动力回路电压的要求，降低直流动力电缆的投资成为影响直流系统额定电压选择的主要因素。因此，以往设计的变电站多采用220kv的直流系统。20世纪80年代以来，在220kv～500kv变电站中，110kv及以上电压等级断路器多采用气动或液压操作机构，这样就不需要直流系统提供动力合闸电源了，因此瞒住直流系统的动力要求和降低直流动力电缆投资就不再是确定动力电源电压的主要因素了。若220kv变电站规模较小，控制电缆的单根长度较短和控制电缆总量较小，直流系统的额定电压采用110V是合理的，故本站采用110V直流系统。10变电站直流系统设计第四章 计算并选择蓄电池容量4.1直流系统负荷：表1-1负荷名称装置容负荷系持续时经常数容量量数间负荷量单位经常负荷3.31120是1kW远动装置(ups)21120是1kW事故照明电源3190否1kW断路器合闸20.80否3A断路器跳闸2.50.80否4A110kVGIS储能20.80否1A10KV开关柜储能20.80否2A变电站电压等级:110KV4.2蓄电池蓄电池是一种储能装置，它把电能转化为化学能储存起来，又可把储存的化学能转化为电能，这种可逆的转换过程是通过充、放电循环来完成的，而且可以多次循环使用，使用方便且有较大的容量。酸蓄电池按电解液不同可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池，发电厂和变电站广泛应用的是防酸隔爆式、消氢式、阀控密封式 (即免维护)铅酸蓄电池。铅酸蓄电池正极板的活性物质式二氧化铅（ PbO2），负极板的活性物11变电站直流系统设计质是绒状铅（Pb），电解液为稀硫酸。放电时正极板的二氧化铅（PbO2）、负极板的绒状铅(Pb)变为硫酸铅（PbSO4），电解液中的硫酸在与正负极产生化学反应后密度下降。充电时正极极板上硫酸铅变为二氧化铅，负极板上的硫酸铅变为绒状铅，电解液的密度上升。阀控密封式铅酸蓄电池阀控电池采用吸液能力强的超细玻璃纤维材料作隔板，具有良好的干、湿态弹性，使较大的电解液全部被其贮存，而电池内无游离酸（贫液），或者使用电解液与硅胶组合为触变胶体，正常充、放电运行状态下处于密封状态，电解液不泄漏，也不排放任何气体，不需要定期加水或酸，正常时极少维护。阀控蓄电池是装有密封安全气阀的密封铅酸电池，是一种用气阀调节的非排气式电池，当电池在异常情况析出盈余气体，或过充电时产生的气体达到开阀压力时，经过节流阀泄放，随后减压关闭，它是单向的，不允许空气中的气体进入电池内。阀控电池可分为单体式（2V），200Ah及以下容量的电池可以组合成6V（3个2V单体电池组成）。和12V（6个2V单体电池组成）。4.3铅酸蓄电池的电气特性铅酸蓄电池的容量特性。电池的容量是表示蓄电池的蓄电能力。充足电的蓄电池放电到规定中止电压 （低于该电压放电将影响电池的寿命） 时，其所放出的总电量，称为电池的容量。若蓄电池以恒定放电电流 I(A)放电，12变电站直流系统设计放电到容许的终止电压的时间为 t（h），则对应容量C(Ah)为C=It（1-1）反应蓄电池放电到规定的终止电压的快慢称为放电率放电率可用时率（h率）和电流率（I率）表示。蓄电池的实际容量并不是一个固定不变的常数，它受许多因素的影主要有放电率、电解液密度和电解液温度。电解液温度高，容量就大；电解液密度大，容量就也大；放电率对容量的影响更大，例如，某一铅酸蓄电池，当以10A率（10h）进行放电时，到达终止电压 1.8V所放出的容量C10为100Ah；当以25A率（3h率）进行放电时，到达终止电压1.8V所放出的容量C3为75Ah；当以55率（1h率）进行放电时，到达终止电压1.75V所放出的容量C1为55Ah。可见,放电电流大,放电时间短,放出电量少,故电池容量少,故电池容量减小.这是因为放电电流过大时,极板的有效物质很快就形成了硫酸铅,它堵塞了极板的细孔,不能有效地进行化学反应,内阻很快增大,端电压很快降低到终止电压。我国电力系统用温度在250C,10h率放出的容量C10作为铅酸蓄电池的额定容量,那么,上述那一铅酸蓄电池的额定容量就是100Ah.按规定蓄电池额定容量有10，20，40，80，100，150，200，300，350，400，500，600，800，1000，2000，3000；（Ah）蓄电池容量的这种特性用容量系数 Kcc表示kccC(1-2)式中C-C1013变电站直流系统设计任意时率放电的允许放电容量 ;C10-蓄电池的额定容量。4.4 放电特性。4.4.1 持续放电特性。为了分析电池长期使用之后的损坏程度或充电装置的交流电源中断不对电池浮充时,为核对电池的容量,需要对电池进行放电。阀控电池不同倍率的放电特性曲线如图1-2所示。1-2从图1-2看出,蓄电池放电初期1h内的端压Upn降低缓慢,放电到2h之后端电压降低速率明显增快,之后端压陡降.端电压的改变由于电池电动势的变化和极化作用等因素造成的。一般以放出80%左右的额定容量为宜,目的使正极活性物质中保留较多14变电站直流系统设计的PbO2粒子,便于恢复充电过程中作为生长新粒子的结晶中心,以提高充电电流的效率。图1-2中c10为10h率放电容量,可见0.5I10-1I10放电曲线比0.1I10-0.4I10放电初期端压和中期端压变化速率变化大 ,其原因是电池极化作用随电流增加而变大。4.4.2 冲击放电特性：冲击放电特性表示在某一放电终止电压下 ,蓄电池放电初期或 1h放电末期允许的冲击放电电流。冲击电流一般用冲击系数表示 ,冲击系数表示式Kch为IchKch (1-3)I10式中 Kch-冲击系数;Ich-冲击放电电流 ;I 10-10h率放电电流。图1-3中浮充曲线是指电池与充电装置并联运行时,承受短时间冲击放电电流时蓄电池的端电压,其中实线为电池未脱离浮充系统的端电压,虚线为电池刚脱离浮充系统的电压。15变电站直流系统设计1-3图1-3中持续放电曲线是指不同放电电流时,立即承受短时间冲击的电压变化曲线,冲击放电曲线的冲击时间为10-15s。曲线中“0”曲线是电池完全充足电后,脱离充电系统,待每个电池电压下降且稳定在2.06-2.10V时,进行冲击放电的电压变化曲线。从图1-3中可以看出,浮充电状态下放电电压变化较慢,断开浮充电源立即放电端电压变化较快,而以1I10电流持续放电下冲击放电电压变化更快,大放电率冲击放电端电压变化最快。4.5 阀控铅酸蓄电池的充电方式阀控铅酸蓄电池一般有初充电 ,浮充电,和均衡充电三种充电方式。初充电：新安装的蓄电池组进行第一次充电 ,称为初充电.初充电通常采用定电流,定电压两阶段充电方式。16变电站直流系统设计浮充电：正常运行时,充电装置承担经常负荷电流 ,同时向蓄电池组补充充电,以补充蓄电池的自放电 ,是蓄电池以满负荷的状态处于备用。单体阀控电池的浮充电呀为2.2-2.3V, 通常取2.25V.浮充电流一般为(1-3)mA/Ah。均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象 ,为使其恢复到规定的范围内而进行的充电 ,称为均衡充电.阀控电池的均充电压2.3-2.4V, 通常取2.35V.均衡充电电流不大于(1-1.25)I 10Ah。在配有监控模块的直流系统中,监控模块对电池可进行智能化管理。在正常充电状态时,监控模块自动记录均充和浮充的开始时刻,在上电(或复位)初始,如果监控模块发现均充过程尚未结束,则会继续进行限流均充;如果是处于恒压均充状态,则继续进行恒压均充。在限流均充时,当充电电压达到恒压均充电压值的时候,会自动转入恒压均充。在浮充情况下,若浮充电流大于设定值(转均充参考电流),或电池组剩余容量小于设定值(转均充容量比),则监控模块会自动控制模块进行均充.对电池进行均充时,充电电流应该是监控模块设置的限流值,此阶段为电流恒流充电阶段,电池的电压是随着时间增加而增大,当电池电压增大到一定值时,充电进入恒压阶段。在恒压阶段,充电电流不断减小,以充电电流减小,以充电电流减小到0.01C10A(稳流均充电流,可设定)为计时点,3h(稳流均充时间,可设定)后恒压充电阶段结束,充电电压降低,转入浮充状态。至此充电过程完成。如果没有准确的电池监测装置时，可选则采用定时均充方式，对定时17变电站直流系统设计均充的时间间隔及每次均充的时间进行设定。一旦设定电池电池管理程序就可自动机算电池定时均充的时间，以便确定在何时启动定时均充，何时停止定时均充，所有这些操作都是自动进行的，运行维护人员可在现场通过监控模块上的显示来明确这一过程。一般电池每隔 30天均充一次，特殊情况必须根据电池说明书的实际情况设置。4.6 阀控铅酸蓄电池的选择阀控铅酸蓄电池组电池个数的选择。蓄电池个数按以下条件选择。蓄电池正常按浮充电方式运行，为保证直流负荷供电质量，考虑供电电缆压降等因素，将直流母线电压提高5％Un，蓄电池个数N为1.05UN(1-4)NUf式中N－蓄电池个数；UN－直流系统的额定电压；Uf－单体蓄电池的浮充电电压，阀控蓄电池浮充电电压为2.23－2.27V，一般取2.25。直流系统取消端电池和降压装置以后，直流母线电压应校对在均衡充电方式时，保证最高电压值不超过用电设备的最高允许电压。根据DL/T5044-1995《火力发电厂、变电站直流系统设计技术规定》，控制负荷的直流母线电压为 110%UN，动力负荷为112.5%UN。此时蓄电池个数18变电站直流系统设计N(110~112.5)UN(1-5)Ubn式中Ubn－单体蓄电池的均衡充电电压，阀控电池均衡充电压为2.32.4V，一般取2.35V。蓄电池放电终止电压校验。在确定蓄电池的个数以后，还应验算蓄电池在事故放电末期允许的最低端口电压值 UD不应低于蓄电池放电终止电压UZ（1.75－1.8V）。根据有关规定，动力负荷母线允许的最低电压值不低于87.5％UN。考虑直流母线到蓄电池间电缆压降在事故放电时按％UN计1算，因此，对于动力负荷专用蓄电池组，事故放电末期允许的最低端口电压值UZD0.885UN（1-6）N对于控制负荷专用蓄电池组，事故放电末期允许的最低端口电压UZD0.86UN（1-7）N19变电站直流系统设计4.7蓄电池容量的选择： 直流负荷的性质分类和要求。变电站直流系统负荷的分类和要求见 表1-2：用电压控制法计算蓄电池容量：根据变电站的直流负荷特点，计算出事故停电时所需的蓄电序 负荷性号 质

负荷名称 正常状态 事故状态1经常负荷2事故负荷3冲击负荷

用电时间控制、保长时间护信号装置实验室 允许间断停电经常事故 长时间照明UPS事故照明通信备用电源断路器合 允许计闸线圈 划停电、短时间

电压允许用电时事故末期电变动范围间压（UN）65％－长时间70％UN120％允许间断停电95％－长时间80％UN110％长时间85％UN长时间85％UN长时间85％UN80％－短时间（80％－110％85％）UN池持续放电容量。根据事故放电时间以及要求的蓄电池最低放电电压，将事故放电容量换算成蓄电池的额定容量，即是铅酸蓄电池 10h率的放电容量Csx（1-8）C10KrelKcc式中C10－蓄电池10h放电率计算容量，Ah；20变电站直流系统设计Krel－可靠系数，取1.4；Ksx－事故全停状态下持续放电时间 x（h）的放电容量；Kcc－容量系数。容量系数Kcc是以额定容量C10为基准的放电容量的标么值。持续放电时间和电池最低电压端电压值由图1－2可查得。选择于计算容量相近并大于计算容量得制造厂标准蓄电池容量作为选择容量。在蓄电池可能出现得各种运行状态下，校验直流母线电压是否满足要求。首先校验事故放电初期 (1min)承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压Kch0 1.10Ich0 （1-9）I10式中Ich0－事故放电初期（1min）冲击放电电流值A；Kch0－事故放电初期（1min）冲击放电系数；I10－蓄电池10h放电率标称电流，A。计算出的Kch0在图1－4中的“0”曲线查出的单体电池放电电压值 Uch，计算蓄电池组出口端电压 UD为UD NUch (1-10) 式中N－蓄电池组的单体电池个数；Uch－承受冲击放电时的单体电池的放电电压， V。21变电站直流系统设计然后校验任意事故放电阶段末期，承受冲击放电电流时，蓄电池所能保持的电压。由Km1.10CsxtI10Kchx1.10IchxI10

1-11）（1-12）式中 Km－任意事故放电阶段， 10h放电率电流倍数，即放电系数；Csx-x事故放电容量；－任意事故放电阶段时间，h；－事故放电时间，h；Kchx－x事故放电末期冲击放电系数；Ichx－x事故放电末期冲击放电电流值， A；计算出的放电系数Km和冲击放电系数Kchx，在图1－4中可根据KmI10值查出相应的曲线，在该曲线上再用Kchx值（图1－4中Kch）查出单体蓄电池放电电压值Uch，计算蓄电池组出口端电压UD为UD NUch

1-13）式中UD－在任意事故放电阶段的蓄电池组出口端电压， V；Uch－在任意事故放电阶段的单体电池放电电压， V。由式（1－10）和式（1－13）计算出的端电压值应不小于负荷允许的要求值。如不能满足要求，将蓄电池的容量加大一级，继续校验，直到母线电压满足为止。22变电站直流系统设计4.8容量计算：事故放电时间电流（A）随序负荷计算计经初160机或算电流常电事故号名称容量期0－－－(A)流（A末期1min60min120min(A)1经常3.3k3030303030负荷w2远动2kw18.218.218.218.2装置（UPS）3事故3kw27.227.227.2照明电源4断路4.84.8器合闸5断路88器跳闸6110KV1.61.6GIS储能10KV7开关柜储3.23.2能8电流15Ich0I2＝I3＝Ichx＝统计（A）＝48.275.475.417.69容量75.475.4统计（A）1 容量 Cal` Csx＝累计（Ah）＝75.4 150.8解：（1）根据式（1－4）计算蓄电池个数N1.05UN=1.05110=51.3取整数52Uf2.25（2）根据式（1－7）计算蓄电池放电最低端电压0.86UN0.86110(V)UZD1.82N5223变电站直流系统设计满足大于蓄电池终止电压 1.8V的要求。（3）蓄电池容量。由事故持续 2h及放电到最低电压1.82V查图1－2得Kcc＝0.73所以Csx150.8CcKrelKcc1.400.73289.2(Ah)选择蓄电池得额定容量 C10＝300Ah。（4）电压校验。校验事故初期（1min）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持得电压，根据Kch01.10Ich01.1048.2I101.76730查图1-3的“0”曲线得到单体电池电压值 Uch＝2.08V1）即UD NUch＝52×2.08＝108.16（V），为额定电压的 98%UN，因此，蓄电池端至直流母线的允许压降为108.16 110 85%110

100% 12%2）校验事故放电末期（2h）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压，根据KmCsx1.10150.81.1022.767tI1030KchxIchx1.1017.61.100.59I1030查图1-3中，由KmI10＝2.7I10和Kchx＝0.59查得单体电池电压值Uch＝24变电站直流系统设计1.96V，即UD NUch 52 1.96 102(V),为额定电压的92.6％UN。因此蓄电池端至母线端的允许压降为102 110 86%110

100% 6.7%综上：经校验所选蓄电池个数和容量符合直流系统的运行要求。第五章 直流充电模块的选择：5.1高频开关充电模块工作原理高频开关充电模块由交流输入滤波、整流单元、高频逆变单元（DC/AC）、25变电站直流系统设计直流输出滤波、PWM脉宽调制单元和监控单元等组成。交流电输入到模块后首先进入输入滤波电路，去除交流电上的干扰，然后经过全波整流电路交换成高压直流电（ 500V左右），再由DC/AC高频逆变电路变换成20KHz可调脉宽的高频脉冲电，经过主功率变压器的降压，再由高频整流电路整流成直流电，最后经过滤波处理输出稳定的直流电。PWM脉宽调制电路根据输入交流电、 输出直流电和负载的变化情况， 自动调节高频开关的脉冲宽度，使输出电压稳定在允许的范围内。同时 PWM脉宽调制电路执行监控单元的控制信号。交流检测电路检测输入交流电的情况，如果交流电异常，它立即送出控制信号关闭脉宽调制电路，同时将异常信息送监控单元处理和显示。前馈信号试试跟踪交流电的变化，并将变化信息送 PWM脉宽调制电路，使它能及时根据输入交流电调整输出电压，提高模块的响应速度。直流检测电路检测输出直流电的变化，将电压和电流信息反馈到监控单元和脉宽调制电路。如果直流电出现异常，它立即送出控制信号给脉宽调制电路，并将异常信息送监控单元处理和显示。监控单元一方面采集充电模块工作状态和参数，将这些信息通过串口上送SCADA/DCS,同时在面板上显示输出电压和电流；另一方面接受SCADA/DCS或面板控制开关的指令，对充电模块进行控制：开、关机、均、浮充转换，限流点设置，输出电压调整。模块面板上有控制开关、状态指示灯和数码管显示，它们是充电模块与人交流的窗口，显示充电模块的输出电压或电流值，指示均、浮充状态26变电站直流系统设计和各种保护告警状态。通过控制开关来设置、控制充电模块的工作方式和地址，调整其输出电压。充电模块的外部发生短路时，充电模块能自动降低输出电压和电流，使输出电流限制在4A左右。该特性可以有限防止外部事故损坏充电模块和事故的进一步扩大。充电模块的输出电压一旦超过充电模块内部设置的过压保护点，充电模块便自动关机，锁死输出，只有重新开机才能启动输出。因为过电压可能会损坏用电设备，所以一旦发生过电压，应该检查过压的原因并排除故障后，才能重新开机。5.2充电装置高频开关电源充电模块数量选择高频开关电源充电模块额定电流有多种规格， 220V有5、10、15、20、25、30、40A。充电装置由多个模块并联组成，一般采用 N+1备份冗余方式，这是因为一个模块故障不影响整组充电设备的正常工作。充电模块数量与充电装置输出电流有关，充电装置最大输出电流 Ic满足均衡充电和直流系统经常负荷的供电要求。本变电站设计配置一组蓄电池和两套充电装置，两套充电装置的容量相同。则有IC1 Ic2 Krel(1.0~1.25)I10IC1N1 N2INN N1 n

1-14）（1-15）1-16）式中27变电站直流系统设计Ic1,Ic2 每组充电装置的计算电流；N1,N2 电源充电模块数量；IN电源充电模块额定电流；n-电源模块冗余量，一般模块少于或等于6块时，n=1；大于6块时，n=2。据以上公式，得IC1 Ic2 Krel(1.0~1.25)I10 1.41.230 50.4IN1 N2I

1N

50.4 3.36 取整数415N N1 n 4 1 5即两套充电装置中，每套充电的充电模块数为 5。第六章UPS不停电电源的选择：6.1 变电站设交流不断电电源的必要性交流不间断电源系统的英文缩写为UPS(Uninterrupted powersupply)，以下简称为UPS系统。在现代变电所二次系统中越来越多的采用由静态电路构成的设备。如变电站的计算机监控装置、远动装置装置、微机保护、各种变送器、脉冲电度表等等。这些设备对交流工作电源的质量和供电联系性要求都很高。例如，标准计算机要求电源在下列范围内变化：电压在± 2%，频率在±1%，波形失真不大于5min。目前变电站的所用电系统提供的 380/220交流电源，28变电站直流系统设计不能满足这一要求。因此，在现代大中型变电站中应设有不间断电源系统（UPS），供计算机及其他静态电路构成的设备之用。6.2 对UPS系统的基本要求保证在变电所正常运行和事故停电状态下为电子计算机,自动化仪表,继电保护等设备,提供不间断的交流电源.在变电所全停电的情况下 ,UPS满负荷,连续供电的时间不得少于半小时.UPS的负荷侧与其交流电源间应设有抗干扰的隔离措施 ,防止所用电系统的暂态干扰进入负荷侧 .在输入到UPS的变电所交流电压为380V105%、频率为50Hz2Hz的条件下，输出的各项技术指标满足以下要求。电压稳定度：输出电压为单相、双线、 220V，稳态时不大于 2%；暂态过程中不大于10%。频率稳定度：输出额定频率为 50Hz，稳定度要求，稳态时不大于 1%；暂态过程中不大于2%。波形失真度：输出电压为正弦波，总的波形失真度不大于 5%。过载能力:逆变器过载能力，125%，10min；150%，10s；静态开关过载能力，1000%，40ms。备用电源切换时间不大于 5ms。29变电站直流系统设计6.3UPS的结构和工作原理：SW系列电力专用UPS电源内部包含整流器、逆变器、旁路静态开关、直流逆止二极管、输入输出隔离变压器及滤波器等单元，完全满足电力行业的电源设计要求，电源工作过程有三种状态：（1）UPS工作于交流电的正常工作状态。交流电经输入隔离变压器进行隔离变换后，送到EMI滤波器输入端滤除交流电送来的杂讯干扰。滤波器的输出送到整流器的输入端上，经整流滤波以后将交流电变成平整的直流电作为逆变器的能量输入源，逆变器在控制驱动下将整流器送来的直流电变成电压、频率稳定的纯正正弦波输出到静态开关，由静态开关将优质电源送到输出点EMI滤波器，由EMI率比起滤除干扰后送到负载端，为负载提供高品质的交流电源。同时，直流屏的直流能量送到隔离二极管正极，由于整流滤波电路输出的电压高于此电压，所以隔离二极管处于截止状态，直流送来的能量处于备用状态。（2）交流电故障时，UPS工作于直流供电状态。30变电站直流系统设计当交流电出现故障时，整流器输出直流电压低于直流输入端送来的直流电压，逆止二极管导通，直流能量送到逆变器输入端，在控制驱动下将直流端送来的直流电变成电压、频率稳定的纯正正弦波输出到静态开关，由静态开关将优质电源送到输出点 EMI滤波器，由EMI率比起滤除干扰后送到负载端，为负载提供高品质的交流电源。3）机器过载、过温、或逆变器故障时，UPS工作于旁路状态。此时交流电直接送到静态开关上，由静态开关送出后经输出EMI滤波器滤除干扰后送到负载端，为负载供电。当机器过载、过温或逆变器故障时都将工作于旁路状态，机器此时输出的只是经滤波器滤波后的无稳压、稳频处理的普通交流电。综上所述：电力专用UPS的电源取自站内交流母线和蓄电池直流电。 平时用交流电供电，当交流电出现故障时由直流提供能量。因此，只要电力专用UPS电源的交流输入和直流输入有一路供电正常，电力专用 UPS就可输出高品质交流电源为负载提供可靠的供电。31变电站直流系统设计6.4UPS的容量选择计算：UPS的额定容量通常是指逆变器交流输出地视在功率（ KVA），而在负荷统计时，对电器负荷提出的是电流或消耗功率，一般不分静态或动态负荷，这些负荷要求UPS在静态或动态的状态下，都能提供满足稳压和稳频精度以及波形失真度要求的电流和电压。所以，在选择UPS额定容量时，除要按负荷的视在功率计算外，还要计及动态（按负荷从0-100%突变）稳压和稳频精度的要求，以及温度的变化，蓄电池端电压下降和设计冗余要求等因素的影响。PScKrelcos（1-17）式中KrelKiKdKtKa=1.33~1.530Ki-动态稳定系数，取 1.1-1.15；Kd-直流电压下降系数，取 1.1；Kt-温度补偿系数，取 1.05-1.1；Ka-设备老化系数及设计裕度系数，取 1.05-1.1；-全部负载的功率（计算）(KW)；cos -负载功率因素，0.7-0.8（滞后）。据以上公式和分析计算所设计变电站的 UPS容量据式1-17得P2ScKrelcos1.330.83.3KVA32变电站直流系统设计6.5 据分析和计算情况，结合《电力专用不间断电源》本变电站设计所选用的 UPS型号为：SWA-3000R/DC110型号说明：容量：3KVA； 直流输入电压110；架构：机架式； 尺寸：483*465*178。数量：二交流不停电电源UPS的配置方式： 主从串机接线33变电站直流系统设计第七章 通讯直流变换器的选择：7.1 变电站通信电源变电所必须装设可靠地通信直流电源系统，以确保通信设备的不间断供电，尤其要保证变电所发生事故时的不间断通信供电。设置通信专用的蓄电池组或由交流不停电电源供电。相同直流供电电压的通信设备宜由同一组蓄电池供电。通信直流电源，宜采用整流器向蓄电池组浮充电方式供电。7.2 通信直流变换器的作用通信直流变换器可将直流（ 220VDC、110VDC、48VDC、24VDC）转换为所需的直流电力，主要应用于邮电通信、电力通信、铁路通信等场合。7.3 对通信电源的特殊要求（1）由于通信电源是正极接地系统，因此要求专用 DC-DC变换器与电力专用的UPS和逆变器一样，其直流输入与输出电气绝缘隔离， 负载侧的任何故障均不能影响到直流母线，更不能造成直流控制母线接地。（2）通信专用DC-DC变换器不但要实现直流输入与输出的电气绝缘隔离，而且要有足够的输出短路容量，保证在负载短路时能可靠地分断回路的断路器，避免造成通信电源输出电压跌落的事故。（3）要求通信专用的DC-DC变换器具备通信接口，并通过RS485总线与34变电站直流系统设计集中监控器连接，实现对通信电源的全参数在线监控。（4）为提高供电的可靠性，通信专用DC-DC直流变换器要求N+1并联的冗余模式，并且与高频开关整流模块一样，采用硬件自主均流技术，在可靠性要求高的变电站，可配置两组全容量的直流变换器的模块热备份运行。7.4 电力工程通信用蓄电池容量计算Krel(ImptCad)（1-18）CKcc式中Krel-蓄电池容量系数补偿（可靠系数）Krel取1.25；Kcc-蓄电池容量系数；Imp-通信设备忙时最大平均放电电流（A）；t-蓄电池放电时间（1-3A）；Cad-附加容量（Ah）（通信室事故照明，事故检修用电均由通信电源供电时）。7.5 电力工程通信专用蓄电池个数计算按单个电池的允许最低电压计算UminU（1-19）nUdf式中Umin-直流母线最低允许电压（ V）;Umin UN 10%UN U 0.9UN U ；U-馈线允许电压降（V）;35变电站直流系统设计根据规定要求：60V直流电源， U不大于1.6V;48V直流电源，U不大于2-3V;24V直流电源， U不大于1.8V；Udf-单电池放电末期电压（ V）；UN-直流系统额定电压（ V）；第八章 直流系统中各自动开关额定容量的选择：8.1直流断路器直流断路器应具有速断保护和过电流保护功能。可带有辅助触点和报警触点。直流断路器的选择原则一：额定电压大于或等于回路的最高工作电压。原则二：额定电流应大于回路的最大工作电流。36变电站直流系统设计A：蓄电池出口回路应按蓄电池 1h放电电流选择，并应按事故放电初期1min）放电电流校验保护动作的安全性，且应与直流馈线回路保护电器相配合。B：断路器电磁操动机构的合闸回路，可按0.3倍额定合闸电流选择，但直流断路器过载脱扣时间应大于断路器固有合闸时间。C：断流能力应满足直流系统短路电流的要求。D:各级断路器的保护动作电流和动作时间应满足选择性要求，考虑上下级差的配合，且应有足够的灵敏系数。8.2 刀开关1）额定电压应大于或等于回路的最高工作电压。2）额定电流应大于回路的最大工作电流。蓄电池出口回路应按蓄电池1h放电率电流选择。B：断路器操动机构的合闸回路，可按0.2-0.3倍的额定合闸电流选择。（3）母线分断开关和联络回路，可按全部符合的 10%选择。（4）必要时刀开关可带有辅助触点。8.3 断路器的额定电流充电装置输出回路断路器额定电流应按充电装置额定输出电流