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摘要：现代无人值守变电站和发电厂中，直流系统在整个自动化控制占据举足轻重的地位。本文将怎样选用直流系统中蓄电池的容量、设备负荷的统计、充电设备的选择及电缆截面的选取进行详细的阐述。
关键词：直流系统 蓄电池容量 直流负荷 充电装置及整流模块
中图分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-391-01
前言
直流系统是应用于水力、火力发电厂，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。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电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。它的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。
目前，电网中的变电站都配置两套独立的蓄电池和充电模块。国内外直流系统标称电压多为220V和110V，本文就以220V电压110kV变电站为例。
1.直流系统配置方案
2.1.1蓄电池形式
铅酸蓄电池具有可靠性高、容量大、承受冲击负荷等优点，在发电厂和变电站广泛使用。铅酸蓄电池主要分防酸式和阀控式两类。防酸式历史长、比较成熟、寿命长但体积大产生酸雾污染环境。阀控式放点性能好，技术先进便于维护能保证直流系统的安全可靠型。
碱性镉镍蓄电池，具有放电倍率高、安装方便、使用寿命长等有点，但单体电压低，使用数量增加需要调压装置及有爬碱等缺点。
各种类型蓄电池均有优缺点，工程设计时结合实际情况选用。
2.1.2蓄电池数量选择
Un： 直流系统标称电压，取220V；
Uf： 单体蓄电池浮充电压，取2.23V
1）蓄电池个数选择： n=1.05Un/Uf=103.59 n取整数为104只
2）蓄电池放电终止电压选择： Um≥0.875Un/n=1.8510 （Um=1.87V）
3）蓄电池均衡充电电压选择：Uc≤1.10Un/n=2.3269 （Uc=2.33V）
2.2阶梯法直流负荷统计表
2.2.1直流负荷统计表：以断路器合闸电流为5A
序号 负荷名称 装置容量（W） 负荷系数 计算电流（A） 经常负荷电流（A） 事故放电时间及放电容量（Ah）
初期 持续（min） 随机
1min 1～30 30～60 60～90 90～120 120～180 5s
Ijc I1 I2 I3 I4 I5 I6 IR
1 主控室经常负荷 3014 1 13.70 13.70 13.70 13.70 13.70 13.70 13.70
2 事故时保护动作 4021 0.6 10.97 10.97
3 UPS 3000 0.6 8.18 8.18 8.18 8.18 8.18 8.18 8.18
4 事故照明 3000 1 13.64 0.00 13.64 13.64 13.64 13.64 13.64
5 断路器合闸 5
电流合计（A）： 21.88 46.48 35.52 35.52 35.52 35.52 0.00 5.00
2.2.2直流系统保护、测控经常负荷
按110kV侧出线3回、3台主变、10kV47回间隔、110kV橋开关2个。
1.主变保护：510W 2.110kV线路及内桥：300W 3.10kV侧：940W
4.故障录波：80W 5.测控装置：700W
6.其他（GPS、远动、TV并列）：210W
合计（按1.1倍考虑）：3014 W
2.2.3直流系统保护、测控事故负荷
按110kV侧出线3回、3台主变、10kV47回间隔、110kV桥开关2个
1.主变保护：885W 2.110kV线路及内桥：725W 3.10kV侧：1175W
4.故障录波：80W 5.测控装置：700W
6.其他（GPS、远动、TV并列）：210W
合计（按1.1倍考虑）：4021 W
2.3蓄电池容量计算（使用阶段计算法）
第一阶段：I1=46.48A M1=1m 容量换算=1.18 放电所需容量=55.15Ah
第二阶段：I2=35.5A M2=30m 容量换算=0.755 放电所需容量=66.10Ah
第三阶段：I3=35.5A M3=60m 容量换算=0.52 放电所需容量=97.13Ah
第四阶段：I4=35.5A M4=90m 容量换算=0.408 放电所需容量=159.5Ah
第五阶段：I5=35.5A M5=90m 容量换算=0.334 放电所需容量=194.84Ah
考虑为远期预留容量，选择蓄电池组为：200Ah
2.4充电装置及整流模块选择
根据《电力工程直流系统设计技术规程》（DL/T 5044—2004）附录C来计算。
2.4.1 充电装置额定电流选择
1）满足浮充电要求：Ir=0.01I10+Ijc= 22.08 A
2）满足初充电要求： Ir=1.0I10～1.25I10= 20.00～25.00 A
3）满足均衡充电要求：Ir=（1.0I10～1.25I10）+Ijc=41.88～46.88 A I10——蓄电池10小时放电率电流：20.00 A
Ijc——经常负荷电流：21.88 A
2.4.2 充电装置额定电压选择
Ur=NUcm=249.60 V
N——蓄电池个数：104
Ucm——充电末期单体蓄电池电压，阀控式铅酸蓄电池取：2.40
2.4.3 充电模块选择
根据《电力工程直流系统设计技术规程》（DL/T 5044—2004）附录C2来计算。
每组蓄电池配一组充电器，模块选择按方式1
n1=（1.0I10～1.25I10）/Ime+Ijc/Ime= 2.09 ～ 2.34
附加模块n2=1
Ime——单个模块额定电流： 20 A
充电装置模块选择为： 4个20 A 模块。
2.5电缆截面选择计算：
电缆截面应按电缆长期允许载流量和回路允许电压降两个条件进行选择，计算公式如下：
按长期允许载流量：Ipc≥Ica1
按回路允许电压降：Scac=ρ*2LIca/△Up
Ipc——电缆允许载流量 A；
Ica——计算电流 A；
Scac——计算截面 A；
ρ——电阻系数：铜芯；0.0184Ω.mm2/m
△Up——回路允許电压降 V；
L——电缆长度 m；
蓄电池回路：
允许电压降：△Up=1%Un= 2.2
Ica1=110；Ica2=46.48；L=35；Scac=64.40
由计算得出选择蓄电池回路电缆截面为：2根1×70电缆。
3结束语
本文的计算方案可为变电站、发电厂直流系统提供准确蓄电池容量、直流负荷统计、充电模块的选择、直流电缆截面选择。避免选择直流系统中出现蓄电池容量过大导致材料、资金的浪费；容量过小而不能满足规程及可靠性需求。
参考文献
[1] 刘百震、陈凡等.《电力工程直流系统设计技术规程》.2004
[2] 戈东方、钟大文《电力工程电气设计手册2电气二次部分》. 中国电力出版社， 2012.
关键词：直流系统 蓄电池容量 直流负荷 充电装置及整流模块
中图分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-391-01
前言
直流系统是应用于水力、火力发电厂，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。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电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。它的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。
目前，电网中的变电站都配置两套独立的蓄电池和充电模块。国内外直流系统标称电压多为220V和110V，本文就以220V电压110kV变电站为例。
1.直流系统配置方案
2.1.1蓄电池形式
铅酸蓄电池具有可靠性高、容量大、承受冲击负荷等优点，在发电厂和变电站广泛使用。铅酸蓄电池主要分防酸式和阀控式两类。防酸式历史长、比较成熟、寿命长但体积大产生酸雾污染环境。阀控式放点性能好，技术先进便于维护能保证直流系统的安全可靠型。
碱性镉镍蓄电池，具有放电倍率高、安装方便、使用寿命长等有点，但单体电压低，使用数量增加需要调压装置及有爬碱等缺点。
各种类型蓄电池均有优缺点，工程设计时结合实际情况选用。
2.1.2蓄电池数量选择
Un： 直流系统标称电压，取220V；
Uf： 单体蓄电池浮充电压，取2.23V
1）蓄电池个数选择： n=1.05Un/Uf=103.59 n取整数为104只
2）蓄电池放电终止电压选择： Um≥0.875Un/n=1.8510 （Um=1.87V）
3）蓄电池均衡充电电压选择：Uc≤1.10Un/n=2.3269 （Uc=2.33V）
2.2阶梯法直流负荷统计表
2.2.1直流负荷统计表：以断路器合闸电流为5A
序号 负荷名称 装置容量（W） 负荷系数 计算电流（A） 经常负荷电流（A） 事故放电时间及放电容量（Ah）
初期 持续（min） 随机
1min 1～30 30～60 60～90 90～120 120～180 5s
Ijc I1 I2 I3 I4 I5 I6 IR
1 主控室经常负荷 3014 1 13.70 13.70 13.70 13.70 13.70 13.70 13.70
2 事故时保护动作 4021 0.6 10.97 10.97
3 UPS 3000 0.6 8.18 8.18 8.18 8.18 8.18 8.18 8.18
4 事故照明 3000 1 13.64 0.00 13.64 13.64 13.64 13.64 13.64
5 断路器合闸 5
电流合计（A）： 21.88 46.48 35.52 35.52 35.52 35.52 0.00 5.00
2.2.2直流系统保护、测控经常负荷
按110kV侧出线3回、3台主变、10kV47回间隔、110kV橋开关2个。
1.主变保护：510W 2.110kV线路及内桥：300W 3.10kV侧：940W
4.故障录波：80W 5.测控装置：700W
6.其他（GPS、远动、TV并列）：210W
合计（按1.1倍考虑）：3014 W
2.2.3直流系统保护、测控事故负荷
按110kV侧出线3回、3台主变、10kV47回间隔、110kV桥开关2个
1.主变保护：885W 2.110kV线路及内桥：725W 3.10kV侧：1175W
4.故障录波：80W 5.测控装置：700W
6.其他（GPS、远动、TV并列）：210W
合计（按1.1倍考虑）：4021 W
2.3蓄电池容量计算（使用阶段计算法）
第一阶段：I1=46.48A M1=1m 容量换算=1.18 放电所需容量=55.15Ah
第二阶段：I2=35.5A M2=30m 容量换算=0.755 放电所需容量=66.10Ah
第三阶段：I3=35.5A M3=60m 容量换算=0.52 放电所需容量=97.13Ah
第四阶段：I4=35.5A M4=90m 容量换算=0.408 放电所需容量=159.5Ah
第五阶段：I5=35.5A M5=90m 容量换算=0.334 放电所需容量=194.84Ah
考虑为远期预留容量，选择蓄电池组为：200Ah
2.4充电装置及整流模块选择
根据《电力工程直流系统设计技术规程》（DL/T 5044—2004）附录C来计算。
2.4.1 充电装置额定电流选择
1）满足浮充电要求：Ir=0.01I10+Ijc= 22.08 A
2）满足初充电要求： Ir=1.0I10～1.25I10= 20.00～25.00 A
3）满足均衡充电要求：Ir=（1.0I10～1.25I10）+Ijc=41.88～46.88 A I10——蓄电池10小时放电率电流：20.00 A
Ijc——经常负荷电流：21.88 A
2.4.2 充电装置额定电压选择
Ur=NUcm=249.60 V
N——蓄电池个数：104
Ucm——充电末期单体蓄电池电压，阀控式铅酸蓄电池取：2.40
2.4.3 充电模块选择
根据《电力工程直流系统设计技术规程》（DL/T 5044—2004）附录C2来计算。
每组蓄电池配一组充电器，模块选择按方式1
n1=（1.0I10～1.25I10）/Ime+Ijc/Ime= 2.09 ～ 2.34
附加模块n2=1
Ime——单个模块额定电流： 20 A
充电装置模块选择为： 4个20 A 模块。
2.5电缆截面选择计算：
电缆截面应按电缆长期允许载流量和回路允许电压降两个条件进行选择，计算公式如下：
按长期允许载流量：Ipc≥Ica1
按回路允许电压降：Scac=ρ*2LIca/△Up
Ipc——电缆允许载流量 A；
Ica——计算电流 A；
Scac——计算截面 A；
ρ——电阻系数：铜芯；0.0184Ω.mm2/m
△Up——回路允許电压降 V；
L——电缆长度 m；
蓄电池回路：
允许电压降：△Up=1%Un= 2.2
Ica1=110；Ica2=46.48；L=35；Scac=64.40
由计算得出选择蓄电池回路电缆截面为：2根1×70电缆。
3结束语
本文的计算方案可为变电站、发电厂直流系统提供准确蓄电池容量、直流负荷统计、充电模块的选择、直流电缆截面选择。避免选择直流系统中出现蓄电池容量过大导致材料、资金的浪费；容量过小而不能满足规程及可靠性需求。
参考文献
[1] 刘百震、陈凡等.《电力工程直流系统设计技术规程》.2004
[2] 戈东方、钟大文《电力工程电气设计手册2电气二次部分》. 中国电力出版社， 2012.