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摘要：变电站的直流系统为变电站的控制、保护、自动化设备等负荷提供直流电源，正确选择变电站直流系统的容量对变电站的安全可靠运行有着重要的意义。本文对变电站直流系统进行了介绍，并且根据《电力工程直流系统设计技术规程》对主接线形式比较特殊的用户站—220kV乐显变电站（DC220V部分）的直流系统计算方法进行了详细介绍。
Abstract：The DC system of substations provides DC power for substations’control， protection and automation equipment，theCorrectselectionof substations’ DC system capacityplays an important role in the safe and reliable operation of the substation.This paper introduces the DC system of substation， and according to the “Technical code for designing DC system of power projects” to compute the 220kV DC system of Lexiansubstation。
关键字：变电站直流系统蓄电池计算
Keyword：substationdirect current systemstorage batteryCalculation
0 引言
在变电站中，直流系统的作用是在站用交流电源正常运行和出现故障的情况下，都可以为变电站中的控制、保护、自动化设备等控制负荷以及各类直流电动机、断路器合闸机构等动力负荷提供可靠的电源。直流系统的可靠运行是变电站安全运行的保证。
1直流系统
1.1 直流负荷分类
按照直流负荷用电特性的不同，可以分为经常负荷、事故负荷和冲击负荷。
1.1.1经常负荷
经常负荷是指在正常运行和发生事故时，由直流电源供电的负荷。变电站中主要的直流负荷包括保护测控装置、安全自动装置及经常投入运行的逆变电源等。
1.1.2 事故负荷
事故负荷指正常运行时由交流电源供电， 当变电站的自用交流电源故障时由直流电源供电的负荷。它一般包括有： 事故照明、低周低压减载装置等。
1.1.3冲击负荷
冲击负荷是指直流电源承受的短时最大负荷电流。它包括断路器合闸时的冲击电流，备用自投装置在投入动作时引起的冲击电流等。
1.2直流系统
在整个变电站中，电气部分设一套直流电源系统，用于站内继电保护、变电站自动化系统、事故照明及交流不间断电源等的供电。即使在全站交流系统都停电的情况下， 仍然在一定时间（ 通常为2h） 可靠供电。直流系统电压采用110V或220V，充电器和蓄电池按双重化配置，两组蓄电池各自独立布置在主控楼的两个蓄电池室内[1]。
直流系统的计算
目前对于常规变电站直流系统蓄电池容量的计算，很多时候是照搬常规变电站的经验，即对于普通的110kV变电站的蓄电池容量选300Ah，对于普通的220kV变电站的蓄电池容量为500AH。但是，广州地区近年来有很多合建用户站，由于主接线形式比较特殊，直流系统蓄电池容量已经不能再照搬经验，需要进行直流容量计算来确定直流系统中蓄电池的容量。下面以220kV用户站乐显变电站为例，详细介绍蓄电池（DC220V侧）的容量计算。
2.1 变电站规模
220kV乐显变电站终期规模为3×80MVA，电压为220kV/20kV，没有110kV出线部分，远期#3主变20kV母线不配置无功设备及馈线，仅作为站内热备用。
乐显变电站220kV侧（包括主变、220kV线路）直流采用双充双蓄两套直流系统，接线为单母分段，直流电压为DC220V。
2.2 变电站直流负荷统计
2.2.1经常负荷统计
根据变电站设计中经常采用的厂家设备资料显示，测控装置的功耗為50W左右，保护装置的功耗为35W左右。
经常负荷统计表见表1。
2.2.2直流负荷统计
事故负荷主要为UPS电源装置，采用5000W计算。冲击负荷出现在事故初期（1min）称为初期冲击负荷，出现在事故末期或者事故过程中称随机负荷。冲击负荷主要包括断路器跳闸、隔离开关动作以及断路器合闸。220kV断路器合闸电流2.3A/相，分闸电流2.5A/相。
表3中第4项控制保护事故负荷考虑220kV一组母线故障时，母联断路器失灵动作，母线保护跳开全部220kV断路器作为最严重工况。
2.3蓄电池个数选择
本工程根据《电力工程直流系统设计技术规程》，在本站220kV侧及主变部分设置两组220V蓄电池，采用阀控式密封铅酸蓄电池。蓄电池组直流电源主要采用浮充电式运行方式。浮充电就是正常运行时整流电源与蓄电池并联运行， 整流电源一方面担负直流经常负荷， 另一方面以很小的电流向蓄电池组浮充电， 以补充由于自放电造成的容量损失， 使其经常处于充满电状态[2]。在这种运行方式下， 蓄电池组主要担负冲击负荷和事故负荷。单体电池浮充电压为2.25～2.30V（25°C时），均充电压为2.30～2.37V。
按浮充电运行时选择：
式中： ——直流母线额定电压（V）；
——每个蓄电池浮充电压（V）；
由于采用降压硅链，可适当提高蓄电池组端电压，选蓄电池个数为108只。 2.4蓄电池容量计算[3]
蓄电池容量是指是蓄电池放电到某一容许最小电压（ 或称终止电压） 的过程中所放出的电量。
放电末期蓄电池的最低端电压为：
Ufm≥0.875 Ue/ n=0.875×220 / 108=1.78V
该值为单体蓄电池允许的放电终止电压最小值，本文计算时，据掌握的设备资料，取 。
当蓄电池终止电压为1.83V时，蓄电池在放电各阶段容量换算系数Kc见表2：
表2 蓄电池终止电压为1.83V时容量换算系数
放电时间min 5s 1 119 120
换算系数 0.81 0.81 0.327 0.32
蓄电池第n阶段计算容量为
C_cn=K_k [I_1/K_C1 +（I_2-I_1）/K_C2 +…+（I_n-I_（n-1））/K_Cn ]
式中，In为表3中的各阶段的电流，KK为可靠系数取1.4，KC1为各计算阶段中全部放电时间的容量换算系数，KC2为各计算阶段中除第一阶段外放电时间的容量换算系数，KC3为各计算阶段中除第1、2阶段外放电时间的容量换算系数。
根据阶梯计算法，计算得出所需蓄电池的容量为241.72Ah，可选接近该值的蓄电池标称容量为300Ah。
2.5充电装置额定电流、输出电压及模块数选择
1.满足浮充电要求：
I_r=0.01I_10+I_jc=0.01×30+25.89=26.09
满足初充电要求：
I_r=（1.0I_10～1.25I_10 ）=（1.0～1.25）×30=30.0～37.5A
考虑均衡充电要求，当均衡充电的蓄电池不与直流母性连接时， ，则有：
I_r=（1.0I_10～1.25I_10 ）+I_jc=（1.0～1.25）×30+0=30.0～37.5A
式中： ——充电装置额定电流，A；
——铅酸蓄电池10h放电率电流，为蓄电池标称容量300Ah。除以放电时间10h得到，即为30A；
——直流系统的经常性负荷，由表3知， =25.89A。
综合上述3种情况，选择较大的电流作为额定电流，故有：
充电装置输出电压为：
其中，Ucm为充电末期单体蓄电池电压（阀控式铅酸蓄电池为2.4V）。
本工程中每组蓄电池配置一组高频开关电源模块，则其模块选择方法如下：
式中： ——基本模块数量；
——附加模块数量；
对于铅酸蓄电池，基本模块的数量按下式计算：
式中： ——单个模块额定电流，为10A。
可取 ，附加模块数量选择为： 。
则每组模块数量为4+1个。
由计算可知，蓄电池容量为300Ah，组架安装于蓄电池室，设置两个蓄电池室，108只/組，采用硅整流二极管降压。充电模块的充电型式及容量为（4+1） ×10A。
3结束语
本文按照《电力工程直流系统设计技术规程》，对220kV用户变电站--乐显变电站进行了220V部分直流系统的计算。计算选择的蓄电池容量为300Ah，个数为108只，选择了5个10A的高频充电模块作为充电设备。在变电站中，直流系统要求有高度的可靠性和稳定性，要保证在最严重的事故情况下用电设备能可靠工作，因此，在变电站设计中，对直流系统进行正确的计算有着重要的意义。
参考文献
[1]电力工程电气设计手册电气二次部分[M].北京：中国电力出版社，2003
[2]张利金， 段毅.变电站的直流系统[J].内蒙古科技与经济，2009，193（15）：90-91
[3]电力工程直流系统设计技术规程[S].DL/T5044-2004.
作者简介：
赵环青 1987——，女，汉族，河北邢台，硕士，研究方向为变电站二次设计。
Abstract：The DC system of substations provides DC power for substations’control， protection and automation equipment，theCorrectselectionof substations’ DC system capacityplays an important role in the safe and reliable operation of the substation.This paper introduces the DC system of substation， and according to the “Technical code for designing DC system of power projects” to compute the 220kV DC system of Lexiansubstation。
关键字：变电站直流系统蓄电池计算
Keyword：substationdirect current systemstorage batteryCalculation
0 引言
在变电站中，直流系统的作用是在站用交流电源正常运行和出现故障的情况下，都可以为变电站中的控制、保护、自动化设备等控制负荷以及各类直流电动机、断路器合闸机构等动力负荷提供可靠的电源。直流系统的可靠运行是变电站安全运行的保证。
1直流系统
1.1 直流负荷分类
按照直流负荷用电特性的不同，可以分为经常负荷、事故负荷和冲击负荷。
1.1.1经常负荷
经常负荷是指在正常运行和发生事故时，由直流电源供电的负荷。变电站中主要的直流负荷包括保护测控装置、安全自动装置及经常投入运行的逆变电源等。
1.1.2 事故负荷
事故负荷指正常运行时由交流电源供电， 当变电站的自用交流电源故障时由直流电源供电的负荷。它一般包括有： 事故照明、低周低压减载装置等。
1.1.3冲击负荷
冲击负荷是指直流电源承受的短时最大负荷电流。它包括断路器合闸时的冲击电流，备用自投装置在投入动作时引起的冲击电流等。
1.2直流系统
在整个变电站中，电气部分设一套直流电源系统，用于站内继电保护、变电站自动化系统、事故照明及交流不间断电源等的供电。即使在全站交流系统都停电的情况下， 仍然在一定时间（ 通常为2h） 可靠供电。直流系统电压采用110V或220V，充电器和蓄电池按双重化配置，两组蓄电池各自独立布置在主控楼的两个蓄电池室内[1]。
直流系统的计算
目前对于常规变电站直流系统蓄电池容量的计算，很多时候是照搬常规变电站的经验，即对于普通的110kV变电站的蓄电池容量选300Ah，对于普通的220kV变电站的蓄电池容量为500AH。但是，广州地区近年来有很多合建用户站，由于主接线形式比较特殊，直流系统蓄电池容量已经不能再照搬经验，需要进行直流容量计算来确定直流系统中蓄电池的容量。下面以220kV用户站乐显变电站为例，详细介绍蓄电池（DC220V侧）的容量计算。
2.1 变电站规模
220kV乐显变电站终期规模为3×80MVA，电压为220kV/20kV，没有110kV出线部分，远期#3主变20kV母线不配置无功设备及馈线，仅作为站内热备用。
乐显变电站220kV侧（包括主变、220kV线路）直流采用双充双蓄两套直流系统，接线为单母分段，直流电压为DC220V。
2.2 变电站直流负荷统计
2.2.1经常负荷统计
根据变电站设计中经常采用的厂家设备资料显示，测控装置的功耗為50W左右，保护装置的功耗为35W左右。
经常负荷统计表见表1。
2.2.2直流负荷统计
事故负荷主要为UPS电源装置，采用5000W计算。冲击负荷出现在事故初期（1min）称为初期冲击负荷，出现在事故末期或者事故过程中称随机负荷。冲击负荷主要包括断路器跳闸、隔离开关动作以及断路器合闸。220kV断路器合闸电流2.3A/相，分闸电流2.5A/相。
表3中第4项控制保护事故负荷考虑220kV一组母线故障时，母联断路器失灵动作，母线保护跳开全部220kV断路器作为最严重工况。
2.3蓄电池个数选择
本工程根据《电力工程直流系统设计技术规程》，在本站220kV侧及主变部分设置两组220V蓄电池，采用阀控式密封铅酸蓄电池。蓄电池组直流电源主要采用浮充电式运行方式。浮充电就是正常运行时整流电源与蓄电池并联运行， 整流电源一方面担负直流经常负荷， 另一方面以很小的电流向蓄电池组浮充电， 以补充由于自放电造成的容量损失， 使其经常处于充满电状态[2]。在这种运行方式下， 蓄电池组主要担负冲击负荷和事故负荷。单体电池浮充电压为2.25～2.30V（25°C时），均充电压为2.30～2.37V。
按浮充电运行时选择：
式中： ——直流母线额定电压（V）；
——每个蓄电池浮充电压（V）；
由于采用降压硅链，可适当提高蓄电池组端电压，选蓄电池个数为108只。 2.4蓄电池容量计算[3]
蓄电池容量是指是蓄电池放电到某一容许最小电压（ 或称终止电压） 的过程中所放出的电量。
放电末期蓄电池的最低端电压为：
Ufm≥0.875 Ue/ n=0.875×220 / 108=1.78V
该值为单体蓄电池允许的放电终止电压最小值，本文计算时，据掌握的设备资料，取 。
当蓄电池终止电压为1.83V时，蓄电池在放电各阶段容量换算系数Kc见表2：
表2 蓄电池终止电压为1.83V时容量换算系数
放电时间min 5s 1 119 120
换算系数 0.81 0.81 0.327 0.32
蓄电池第n阶段计算容量为
C_cn=K_k [I_1/K_C1 +（I_2-I_1）/K_C2 +…+（I_n-I_（n-1））/K_Cn ]
式中，In为表3中的各阶段的电流，KK为可靠系数取1.4，KC1为各计算阶段中全部放电时间的容量换算系数，KC2为各计算阶段中除第一阶段外放电时间的容量换算系数，KC3为各计算阶段中除第1、2阶段外放电时间的容量换算系数。
根据阶梯计算法，计算得出所需蓄电池的容量为241.72Ah，可选接近该值的蓄电池标称容量为300Ah。
2.5充电装置额定电流、输出电压及模块数选择
1.满足浮充电要求：
I_r=0.01I_10+I_jc=0.01×30+25.89=26.09
满足初充电要求：
I_r=（1.0I_10～1.25I_10 ）=（1.0～1.25）×30=30.0～37.5A
考虑均衡充电要求，当均衡充电的蓄电池不与直流母性连接时， ，则有：
I_r=（1.0I_10～1.25I_10 ）+I_jc=（1.0～1.25）×30+0=30.0～37.5A
式中： ——充电装置额定电流，A；
——铅酸蓄电池10h放电率电流，为蓄电池标称容量300Ah。除以放电时间10h得到，即为30A；
——直流系统的经常性负荷，由表3知， =25.89A。
综合上述3种情况，选择较大的电流作为额定电流，故有：
充电装置输出电压为：
其中，Ucm为充电末期单体蓄电池电压（阀控式铅酸蓄电池为2.4V）。
本工程中每组蓄电池配置一组高频开关电源模块，则其模块选择方法如下：
式中： ——基本模块数量；
——附加模块数量；
对于铅酸蓄电池，基本模块的数量按下式计算：
式中： ——单个模块额定电流，为10A。
可取 ，附加模块数量选择为： 。
则每组模块数量为4+1个。
由计算可知，蓄电池容量为300Ah，组架安装于蓄电池室，设置两个蓄电池室，108只/組，采用硅整流二极管降压。充电模块的充电型式及容量为（4+1） ×10A。
3结束语
本文按照《电力工程直流系统设计技术规程》，对220kV用户变电站--乐显变电站进行了220V部分直流系统的计算。计算选择的蓄电池容量为300Ah，个数为108只，选择了5个10A的高频充电模块作为充电设备。在变电站中，直流系统要求有高度的可靠性和稳定性，要保证在最严重的事故情况下用电设备能可靠工作，因此，在变电站设计中，对直流系统进行正确的计算有着重要的意义。
参考文献
[1]电力工程电气设计手册电气二次部分[M].北京：中国电力出版社，2003
[2]张利金， 段毅.变电站的直流系统[J].内蒙古科技与经济，2009，193（15）：90-91
[3]电力工程直流系统设计技术规程[S].DL/T5044-2004.
作者简介：
赵环青 1987——，女，汉族，河北邢台，硕士，研究方向为变电站二次设计。