220KV变电站直流系统设计.doc

220KV变电站直流系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 .doc 摘 要: 本文对220KV变电站直流系统设计中的几个主要问题进行了讨论，介绍了直流系统 接线方式，阐述了蓄电池的分类和影响直流系统额定电压和蓄电池容量选择的主要因素 以及计算，介绍了新型的充电装置性能及其选择和UPS不停电电源的选择。简单阐述了 通信直流变换器，最后确定了变电站直流系统设计的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。直流系统在变电站中为继电 保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等提供可靠的直流电源， 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障。 关键词:变电站;直流系统设计;蓄电池;UPS电源;智能型高频开关充电装置。 Abstract: 220KV Substation DC System in the Design of the main issues were discussed, introduced the DC system wiring, described the classification and the impact of DC battery system rated voltage and battery capacity is the main factor and computing, describes the new charging device performance and the selection and choice of UPS uninterruptible power supply. Simple set of communication DC-DC converter, DC to finalize the substation design program. DC system for substation relay protection, control, signal, computer monitoring, emergency lighting, AC uninterruptible power supply DC power to provide reliable, safe operation of the substation plays a vital role in the protection of the safe operation of the substation . Keywords: substation; DC Power System Design; battery; UPS power supply; intelligent charging device high frequency switching. 1 目录 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 第一章 变电站直流系统功能、重要性论述„„„„„ 第二章 直流系统接线„„„„„„„„„„„„„„ 2.1 直流母线接线„„„„„„„„„„„„„„„ 2.2 直流系统的电源配置„„„„„„„„„„„„ 2.3 直流馈线网络„„„„„„„„„„„„„„‥ 第三章 直流系统工作电压„„„„„„„„„„„„ 第四章 蓄电池选择及容量计算„„„„„„„„„„ 4.1 220kV变电站直流系统蓄电池组数的确定„„„„„ 4.2 蓄电池的分类„„„„„„„„„„„„„„„ 4.3 阀控式密封铅酸蓄电池组的电池个数的选择„„„„ 4.4 蓄电池容量的计算„„„„„„„„„„„„„ 第五章 直流充电模块的选择„„„„„„„„„„„ 5.1 充电装置的配置„„„„„„„„„„„„„„ 5.2 高频开关充电模块工作原理„„„„„„„„„„ 5.3 充电装置高频开关电源充电模块数量选择„„„„„ 第六章 UPS不停电电源的选择„„„„„„„„„„„ 6.1 UPS的构成与工作原理„„„„„„„„„„„„ 6.2 变电站UPS的配置方式„„„„„„„„„„„„ 2 6.3 UPS容量选择„„„„„„„„„„„„„„„ UPS电源系统接线方案„„„„„„„„„„„„ 6.4 第七章 通信直流变换器的选择„„„„„„„„„„ 7.1 对通信直流变换器的介绍„„„„„„„„„„ 7.2 对通信电源的一体化特殊要求„„„„„„„„ 7.3 变电站的通信负荷„„„„„„„„ 7.4 通信电源系统„„„„„„„„ 第八章 直流系统中各自动开关额定容量的选择„„„„ 8.1 直流断路器的选择„„„„„„„„„„„„„ 8.2 刀开关的选择„„„„„„„„„„„„„„„ 第九章 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 参考资料„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 前言 随着电力工业的迅速发展，为提高电网的供电质量，使电网安全，经济运行，并实现电力系统的自动化，从而对电力控制系统的关键设备控制电源的要求也越来越高。变电站内的继电保护，自动装置，信号装置，事故照明和电气设备的远距离操作，一般采取直流电源，所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。 在变电站中广泛采用的直流控制电源是由蓄电池组和充电装置等设备构成，是一种在正常和事故状态下都能保持可靠供电的直流不停电电源系统。交流控制电源通常是采用UPS不间断电源。通信电源是由模块化的通信专用DC-DC变换器，它是从站内直流控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48V控制电源。 从90年代开始的变电站综合自动化技术的推广应用，对直流系统提出了更高的技术要求。近年来直流系统的技术和设备发展迅速，阀控铅酸蓄电池、智能型高频开关充电装置等，具有安全可靠、技术先进和性能优越等特点，促进了直流系统的发展。 然而，在电力系统中，由于直流电源系统设计不合理、设备选型不当或缺乏正确的管理 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 而导致电力设施损坏、系统故障、事故波及范围扩大，甚至造成重大人身伤亡等事故屡有发生，给 4 电力系统和国家财产造成巨大损失，所以要求电力系统设计、施工和运行部门必须对直流系统予以高度重视。 以下对变电站设计中直流系统设计有直接影响的因素和变电站直流系统设计方案的选择进行分析。 本文是以220KV变电站为例进行的变电站直流系统设计。220KV变电站数据资料为:某城区220KV有人值班变电站为集控中心站，主变为4*240MVA，220KV电气主接线为双母三分段接线，出线10回;110KV电气主接线为双母双分段接线，出线16回，该变电站继电器室布置在主控楼二层，设有专用蓄电池室，布置在主控楼一层，二者距离约30,，该所直流负荷统计如下: 经常负荷:8KW 断路器合闸:220V,2, 事故照明负荷:3KW 断路器跳闸:220V，2.5, UPS不间断电源:10KW 5 第一章 变电站直流系统功能、重要性论述 为继电保护、控制、信号、计算机控制、事故照明、交流不间断电源等提供可靠的直流电源，对变电站的安全运行起着重要作用，是变电站安全运行的保障。220KV—500KV的变电站应设蓄电池组供电的直流电源。 直流电源系统在变电站中具有以下重要作用: (1)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。 (2)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。 (3)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。 (4)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。 6 第二章 直流系统接线 要保障直流系统可靠地运行，首先必须有一个可靠的直流系统接线方案。其中包括直流母线的接线、直流电源的配置和直流供电网络的构成。其次，要合理地选择直流系统中采用的设备，包括蓄电池、充电和浮充电设备、开关设备、保护设备、动力和控制电缆等。 直流系统的构成应按以下基本原则: (1)在满足供电可靠的前提下，接线尽可能简单，设备尽可能简化。 (2)直流系统中选用的设备应是先进、可靠、经济合理。 (3)选用的设备其维护工作量尽可能小。 2.1 直流母线接线 直流母线的接线与蓄电池的组数、直流负荷的供电方式以及充电、浮充电设备的配置方式等因素有关。220—500KV变电站常用的直流母线接线方式有单母线分段和双母线两种。 1.单母线分段接线的特点:(1).每回路只需一组母线开关，设备少，投资大, 接线简单、清晰，直流屏内布线方便;(2).能方便的形成两个互不联系的直流系统，有益于提高直流系统的可靠性;(3).查找直流接地方便。 2.双母线接线的特点:(1).每回路设有两组母线刀开关(或一组切换式刀开关)，可任意接到一组母线上;(2).可在不间断对 7 负荷供电的情况下，查找直流系统接地。 综上所述，双母线接线比单母线分段接线，母线刀开关用量大，直流屏内设备拥挤，布线困难，检修、维护也不方便。故220KV变电站采用单母线分段接线。 单母线分段接线图: 2.2 直流系统的电源配置 直流系统中的主要电源是蓄电池组，其次是充电和浮充电设备。变电站中的蓄电池在正常情况下以浮充电方式运行，直流负荷实际上由浮充电设备供电，蓄电池处于浮充电状态。合理的配置蓄电池及充电浮充电设备有利于提高直流系统的可靠性。 220V和110V直流系统应采用蓄电池组;48V及以下直流系统可采用蓄电池组,也可采用由220V或110V蓄电池组供电的电力直流电源变换器(DC/DC变换器)。 8 直流系统为单母线分段接线时，蓄电池组及充电装置的连接方式如下: 1)一组蓄电池一套充电装置时，二者应接入不同的母线段; ( (2)一组蓄电池两套充电装置时，两套充电装置应接入不同的母线段，蓄电池组应跨接在两段母线上; (3)两组蓄电池两套充电装置时，每组蓄电池及其充电装置应接入不同的母线段; (4)两组蓄电池三套充电装置时，每组蓄电池及其充电装置应接入不同的母线段，第三套充电装置应经切换电器可对两组蓄电池进行充电。 2.3 直流馈线网络 直流馈线网络有两种供电方式: 辐射供电和环形供电。 为简化设备，220 kV变电站直流系统一般采用环形供电网络，即直流动力负荷和控制负荷都采用环形供电网络。在变电站内设动力和控制小母线，在各直流负荷之间形成环形供电网络，每个环的电源回路接到两段母线上。若220 kV变电站为全户内式，220 kV及110 kV配电装置均采用气体绝缘金属封闭开关设备(GIS) GIS室内，则直流馈线应分别引至各配电装置处各自形成环网。由于GIS二次回路所需直流电源较多，故在设计时应考虑足够的直流馈线数量。 9 第三章 直流系统工作电压 220--500KV变电站的强电直流电压为220V或110V,弱电直流电压为48V。强电直流电压选220V还是110V,应根据变电站的具体情况及通过技术经济比较，找出影响直流系统额定电压选择的主要因素。 根据现在220KV,500KV变电站的发展及其特点，由于变电站占地面积大，被控对象远，所需控制回路电缆长，所以满足控制回路电压降的要求以及降低控制电缆的投资问题成为决定220 kV变电站直流系统工作电压的主要因素。在相同操作功率时，220V控制电缆中的电流比110V控制电缆中的电流要小一倍，降低了控制电缆中的电压降，也将低了控制电缆方面的投资。 由此可见，对于采用220V的直流系统工作电压，不仅可以选用较小的电缆截面，降低电缆的投资，还可以节省有色金属。故对于本系统220KV变电站采用220V的直流系统工作电压。 10 第四章 蓄电池选择及容量计算 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。 4.1 220kV变电站直流系统蓄电池组数的确定 直流系统是变电站二次设备的生命线，直流系统故障就有可能影响到电网稳定和设备安全。根据现在220KV变电站对直流电源可靠性要求进一步提高，及蓄电池运行维护的需要，并考虑220KV变电站直流系统网络与蓄电池直流电源可靠性匹配要求，220KV变电站直流系统应配置两组蓄电池。虽在经济上多投入，但其运行可靠性却得到了大幅度提高，且运行方式灵活，维护方便。以下便是220kV变电站要求具备高可靠性直流电源的原因、目前单组蓄电池运行、维护存在的主要问题和220kV变电站直流系统配置两组蓄电池方案必要性及优点。 l. 220kV变电站要求具备高可靠性直流电源的原因 (1)现在大部分220KV变电站建设规模比较大，且为枢纽站。 (2)220kV变电站主保护亦实现双重化，采用两套不同原理、不同厂家装置;断路器跳闸回路双重化;且均要求取自不同直流电源。 (3)线路的两套纵联差动保护、主变压器的主保护和后备保 11 护均分别由独立的直流熔断器供电。 (4)所有独立的保护装置都必须设有直流电源故障的自动告 警回路。 (5)变电站综合自动化水平提高，监控系统高可靠运行要求。 2. 目前单组蓄电池运行、维护存在的主要问题 (1)事实证明:要掌握蓄电池运行状态，做到心中有底、运行可靠，必须进行全容量核对试验;然而直流系统配置一组蓄电池，给运行维护造成了极大困难。 (2)就对各发供电单位已运行的各型式蓄电池统计表明，使用寿命一般为7年到10年;且这期间尚需对个别落后电池维护处理才能够保证整组蓄电池使用年限。对于仅一组蓄电池而言，整个更换期间同样要承担风险运行。 3. 220kV变电站直流系统配置两组电池的必要性及优点 (1)由于单组蓄电池不能很好的满足22kV变电站运行可靠性要求，且运行维护困难,故此 220kV变电站直流系统配置两组蓄电池是必要的。 (2)220kV变电站直流系统配置两组蓄电池，完全满足运行要求,采用该系统对增加控制保护设备运行的可靠性有较重要的意义。 (3)220kV变电站配置两组蓄电池组后，从简化母线结构、减少设备造价、节约能源、避免降压装置故障开路造成母线失压， 12 减少了电网事故和更大设备事的发生，使直流系统进一步简化、可靠。 因此， 根据现在220kV变电站对直流电源可靠性要求进一步 提高，及蓄电池运行、维护的需要，并考虑220kV变电站直流系统网络与蓄电池直流电源可靠性匹配要求，220kV变电站直流系统应配置两组蓄电池，虽在经济上多投入，但其运行可靠性却得到了大幅度提高，且运行方式灵活、维护简便。 4.2 蓄电池的分类 目前，我国投入运行的变电站中，绝大多数都是采用铅酸蓄 电池，也有采用碱性蓄电池。 1.铅酸蓄电池 铅酸蓄电铅酸蓄电池是电力工程中广泛采用的直流电源装 PbO2置。铅酸蓄电池正极板的活性物质二氧化铅()，负极板的活性物质是绒状铅(Pb)，电解液为稀硫酸。放电时正极板的二氧 PbO2化铅()、负极板的绒状铅(Pb)变为硫酸铅(PbSO)，电解4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。 它具有适用温度和电流范围大，存储性能好，化学能和电能转换率高，充放电循环次数多，端电压高，容量大，而节省铅材料资源丰富、造价较低等一系列优点。 13 铅酸蓄电池又分为防酸隔爆式、消氢式及阀控式密封铅酸蓄电池三大类。阀控式密封铅酸蓄电池与防酸隔爆式和消氢式铅酸蓄电池相比较有很大的优点:阀控式密封铅酸蓄电池在正常充放电运行状态下处于密封状态，电解液不泄露，也不排放任何气体，不需要定期的加水或加酸，维护工作也比较少;防酸隔爆式铅酸蓄电池是属于半封闭型的，当在充电运行状态下产生的气体较多时，会使电池室中才能在爆炸的危险，而且需要定期的往电池中加纯水及维护;消氢式铅酸蓄电池也需要定期进行维护与加水，比较麻烦。 2.碱性蓄电池 采用的碱性蓄电池主要是镉镍蓄电池。 由于单个蓄电池在各种运行状态下电压变化的相对值大于直流母线电压允许变化的相对值，才引起加装端电池，用来调节母线电压。然而，镉镍蓄电池充电末期电压与放电末期电压相差比较大，约1.8-1.9倍，为保持直流母线电压不超过允许的变动范围，镉镍蓄电池组必须采取调压 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，如a.加端电压b.在蓄电池组与母线之间加调压设备。而铅酸蓄电池的单个蓄电池在各种运行状态下电压变化的相对值小于或等于直流母线电压允许变化的相对值，也就保持了直流母线电压在允许的变化范围之内，故就不需要加装端电池了。由于镉镍蓄电池必须设置调压措施，与无端电池的铅酸蓄电池相比，增加了投资和运行维护的复杂性，特 14 别是蓄电池组容量较大时更为突出。 因此，镉镍蓄电池与铅酸蓄电池相比，在相同容量、相同额 定电压下，镉镍蓄电池投资较高，随着容量的增大，投资的差额也增加。这就是影响镉镍蓄电池在工程上大量采用的主要原因。 综上比较，选用铅酸蓄电池中的阀控式密封铅酸蓄电池。 4.3 阀控式密封铅酸蓄电池组的电池个数的选择 1.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。 (1)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。 (2)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)/Ah。 mA (3)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) IAh。 10 2.电池个数的选择 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 15 数设为N，则 1.05UnN, fU 式中,蓄电池个数; N 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。 3.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 UdUz允许的最低端口电压值不应低于蓄电池放电终止电压(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1%Un计算，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 0.885UnUzd, 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 0.86UnzdU, N 4.4 蓄电池容量的计算 1.铅酸蓄电池的电气特性 (1)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。充足电的蓄电池放到 16 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 h)，则对应容量C(Ah)为 电，放电到容许的终止电压的时间为t( C=It 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 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，它受许多因素的影响，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 C10时，到达终止电压1.8V所放出的容量为100Ah;当以25A率(3h C3率)进行放电时，到达终止电压1.8V所放出的容量为75Ah;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。 C10我国电力系统用温度在25度,10h率放出的容量作为铅酸蓄电池的额定容量,因此上述铅酸蓄电池的额定容量就是100A。 按有关规定蓄电池的额定容量有: 10,20,40,80,100,150,200,250,300,350,400,500,600,800,1000，2000,3000Ah。 17 Kcc蓄电池容量的这种特性用容量系数表示 C ccK, 10C C-任意时率放电的允许放电容量; 式中 C10-蓄电池的额定容量. (2)放电特性. 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对电池浮充电时,为核对电池的容量,需 阀控电池不同倍率的放电特性曲线如图所示。 要对电池进行放电. Upn蓄电池放电初期1h内的端压降低缓慢,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 PbO2保留较多的粒子,便于恢复充电过程中作为生长新粒子的结 18 晶中心,以提高充电电流的效率。 I10I10I10为10h率放电电流,可见0.5-1放电曲线比0.1 I10I10-0.4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。 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,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 Kch冲击系数表示式为 击系数表示, chIch,K 10I Kch式中 -冲击系数; Ich -冲击放电电流; I10 -10h率放电电流. 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 19 放电电流时蓄电池的端电压,其中实线为电池未脱离浮充电系统 系统的电。. 的端电压,虚线为电池刚脱离浮充电 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。 从上图中可以看出,浮充电状态下放电端电压变化较慢,断开 1I10浮充电源立即放电端电压变化较快,而以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。 2.下面便是以220KV变电站为例进行计算: 某城区220KV有人值班变电站为集控中心站，主变为4*240MVA，220KV电气主接线为双母线三分段接线，出线10回;110KV电气主接线为双母线双分段接线，出线16回。该所直流负荷统计如下: 序负荷名计计算经常事故放电时间电流随机或号 称 算电流电流A 事故末 容A A 期 初期 01-60min 量 ,1min KW 1 经常负8 36.4 36.4 36.4 36.4 20 荷 2 事故照3 13.6 13.6 13.6 明负荷 3 UPS不间10 45.5 45.5 45.5 断电源 4 断路器 2 2 合闸 5 断路器 2.5 2.5 跳闸 Ichx6 电流统 I1=95.5 I2=95.5 , 计(A) 4.5 7 容量统 95.5 计(A) 8 容量累 Cs1=95.5 计(Ah) 1.05UnN,解:1)=1.05*220/2.25=103 fU 为保证蓄电池供电的可靠性，故选N=103+1=104个单体电池。 2)假设该蓄电池组仅带控制负荷，事故放电末期允许的最低端口电压 21 0.86UnzdU,=0.86*220/104=1.82V N 只要对控制负荷专用蓄电池组最低端口电压满足要求，对于动力负荷专用蓄电池组的最低端口也满足要求，因为动力负荷的, 0.885UnUzd,即其电压系数比较大。 N Uzd 由于蓄电池在事故放电允许的最低端口电压不应于蓄电 UzdUzUz池放电终止电压(1.75,1.8V)，即大于或等于。又1.82,1.8V，满足大于蓄电池终止放电电压的要求。 3)由事故持续放电1h及放电最低电压1.82，可得容量系数 KccC10Kcc=0.56, 是以额定容量为基准的放电容量的标么值,即 CccK,。 故蓄电池的容量为 10C CsxCK,rel Kcc C10 式中,蓄电池10h放电率计算容量，Ah; Krel ,可靠系数，取1.4; Csx ,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; CsxrelCK, =1.4*95.5/0.56=238.75Ah ccK C10 所以，选择蓄电池的额定容量=250Ah。 4)电压校验 22 ? 首先校验事故放电初期(1min)承受冲击放电电流时，蓄电池所保持的电压。 Icho cho1.10K, 10I Icho,事故放电初期(1min)冲击放电电流值，A; Kcho ,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; I10=250/10=25A Icho1.10Kcho, =1.10*95.5/25=4.2 10I UchKcho计算出的在图中的“0”曲线查出的单体电池的放电电压值，Uch=2.02V，计算蓄电池组出口端电压为 Ud UNUdch, 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 UNUdch, =104*2.02=210.08V,为额定电压的95%。 Un故满足86%--111%蓄电池端电压的要求。 ? 校验事故放电末期承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压。 1.10CsxKm, 10tI Ichx1.10Kchx, 10I Km ,任意事故放电阶段，10h放电率电流倍数，即放 23 电系数; Csx ,x事故放电容量; x,任意事故放电阶段时间，h; t,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 1.10CsxmK, =1.10*95.5/1*25=4.2 10tI Ichx1.10Kchx, =1.10*4.5/25= 0.2 10I KmKchx 计算出的放电系数 和冲击放电系数，在图中可根据 KchxI10Km ，即4.2值查出相应的曲线，在该曲线上再用,0.2I10 Uch值，查出单体电池放电电压值=1.83V，计算蓄电池组出口端电压为 UNUdch, =104*1.83=190.32V，为额定电压的86.5%, Un故满足86%--111%蓄电池端电压的要求。 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。 选择好蓄电池后，需要对蓄电池进行定期的检验，因为由于电池品牌，型号及电池状态的不同，应根据实际情况通过监控模块重新调整电池充电参数，以保证电池处于良好的工作状态。影 24 响蓄电池寿命的主要因素有:(1)过放电(2)充电压设置不合理，充电电流过大或过小(3)充电设备的性能超标(4)温度。所以我们不但要定期对蓄电池做放电实验，还要定期测试充电设备的稳压精度，稳流精度及纹波系数，充电机效率等性能参数。 25 第五章 直流充电模块的选择 5.1 充电装置的配置 1.充电装置的配置的要求:充电装置应按蓄电池组配置。 2.充电装置的配置的原则:如果采用相控型充电装置，考虑 其可靠性相对较低，可选择2组蓄电池配置3套充电装置;目前多采用高频开关充电装置，可靠性相对较高，且模块冗余、可更换，2组蓄电池可配置2套充电装置。因此典型设计推荐:当配置2组蓄电池时，一般按2组充电装置配置，对重要的220kV以上变电站也可配置3组充电装置。故选用两组高频开关充电装置。 3.充电装置是保证蓄电池可靠运行的主要设备，特别是阀控式蓄电池对充电装置性能的要求更高。以往的变电站的充电装置多采用晶闸管整流装置，近年来越来越多的变电站采用智能型高频开关充电装置，且运行情况良好。 4智能型高频开关充电装置的特点:(1)纹波系数小，输出特别稳定;(2)采用无级调压方式，响应速度快，输入电压突变时，模块在200秒内调整完成，过充小于5%;(3)电源噪音小，模块采用优质风机降温，保证了模块元器件正常工作，使值班人员的工作环境大大改善;(4)电源功率因数达0.9以上，效率高达94%以上:(5)体积小，重量轻，控制精度高等优点。 5智能型高频开关充电装置的作用:为变电站内的继电保护，自动装置，信号装置等电气设备的远距离操作提供直流电源。 26 5.2 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)、直流输出滤波、PWM脉宽调制单元和监控单元等组成。 交流工作原理: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。 5.3节 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满足均衡充电和直流系统经常符合的供电要求。 本变电站设计配置两组蓄电池和两套充电装置，两套充电装置的容量相同。则有 IKIIcreljc,,，，1.01.2510，，, ， Ic Nn,， nI Krel —可靠系数，取1.4; Ijc —直流系统经常负荷电流，A; 27 Ic ,每组充电装置的计算电流，A; N,电源充电模块数量; In ,电源充电模块额定电流，取20A; 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。 Ic 据以上公式得 =1.4*[1.25*25+36.4]=94.71A; IcNn,，=94.71/20+n=5+1=6 故选充电模块为6的2套高频开In 关充电装置 28 第六章 UPS不停电电源的选择 交流不间断电源系统的英文缩写为UPS(Uninterrupted power supply)，以下简称为UPS系统。 6.1 UPS的构成与工作原理 (1) UPS的构成:它由整流器、逆变器、旁路隔离变压器、静态开关、手动切换开关、控制及同步电路、直流输入电路、交流输入电路、交流输入电路等部分构成。 (2) UPS的工作原理:平时由交流工作电源供电，经整流、逆变后提供交流220V恒频、恒压电源;当交流出现故障时由直流提供能量。因此，只要UPS电源的交流输入和直流输入有一路供电正常，UPS就可输出高品质交流电源为负载提供可靠供电。 6.2 变电站UPS的配置方式 变电站UPS的配置方式:有分散和集中两种配置方式。分散配置，就是根据需要，变电所的计算机监控装置、远东装置、自动化仪表、继电保护等分别设置小容量的UPS，各种装置的UPS之间没有联系;集中配置，就是全所设一套公用的UPS，为所有设备提供不间断的交流电源。这两种配置方式，在实际工程中都有应用。 1分散配置的优点:(1)接线简单，投资小;(2)UPS装置故障时影响小。 分散配置的缺点:(1)UPS供电的可靠性不高;(2)小容量(2KW 29 以下)的UPS往往内部自备蓄电池，事故时一般只能保证15min )互为备用性全负荷的供电，不能满足事故供电0.5h的要求;(3差。 2集中配置的优点:其容量较大，供电的可靠性较高。对UPS系统的各项技术要求容易满足，整体的可靠性较高。 集中配置的缺点:UPS系统接线复杂。投资较大。 采用哪种配置方式要视工程的具体情况而定。一般情况下，对220KV变电所UPS负荷较大，要求供电可靠性较高，宜设置全所集中公用的大容量UPS系统，并按双重化原则配置。 6.3 UPS容量选择 在选择UPS的额定容量时，除了按负荷的视在功率计算外，还要计及动态(从0,100,突变)稳压和稳频精度的要求，以及温度变化、蓄电池端电压下降和设计冗余要求等因素的影响。 考虑到以上影响UPS容量的因素，则 P, cidca,SKKKK cos, Sc 式中,UPS计算容量(KVA); Ki ,动态稳定系数，取1.1-1.15; Kd ,直流电压下降系数，取1.1; Kc ,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; 30 P, —全部负载的计算功率(KW); COS, ,负载功率因数，为0.7,0.8(滞后). KKKKidtaKrel则可靠系数==1.33,1.530,取可靠系数平均值 cos,=1.43和=0.7，由公式可得 Krel P,cidta,SKKKK=1.43*10/0.7=20.42KVA cos, 6.4 UPS电源系统接线方案 UPS电源依据不同的负载及用户要求，可以组成单机及各种冗余备份电源系统，保证系统运行稳定、可靠，给负载提供优质的不间断电源。 结合220KV系统UPS负载的实际情况以及供电可靠性问题，选用UPS多机N+1并联冗余配置。多个UPS模块按N+1配置，输出并联后接至旁路切换模块，正常时由并联的UPS模块向负载供电，并平均分担负荷电流。当其中一台UPS模块故障时会自动退出运行，不影响其他模块的正常输出;当两台以上UPS模块故障退出，且其余工作模块出现过载时，自动切换到旁路供电。 根据UPS的容量及其接线方案，选择3台型号为SWB—15KT/DC220(3/1)的UPS。(SWB—B系列 ;15K—容量为15KVA; T—直立式架构;DC220—直流输入电压为220V;3/1—输入输出形式为三入单出) 31 第七章 通信直流变换器的选择 由于本220KV变电站的直流负荷中没有通信负荷，故不需要进 行选择，仅是对通信部分进行了解。 7.1对通信直流变换器的介绍 1直流变换器的型号:DC 220 48-30 P S。其中DC代表直流变换器，220V为直流输入额定电压，48V为额定输出电压，30A为额定输出电流，P代表并联型，S代表安装方式。 2采用非并联直流变换器:它可将直流转换为所需的直流动力，主要应用于邮电通信，电力系统，铁路通信等场合。该系列变换器电源采用进口DC-DC模块组成，具有稳压精度高，输出噪声低，抗干扰能力强等优点，且体积小，重量轻。 7.2对通信电源的一体化特殊要求: (1) 由于通信电源是正极接地的系统，因此要求通信专用 DC-DC变换器与电力专用UPS和逆变器一样，其直流输 入应与输出电气绝缘隔离，负载侧的任何故障均不能 影响到直流控制母线，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的分断故障回路的断路器，避免 造成通信电源输出电压跌落的事故。 (3) 要求通信专用DC-DC变换器具备通信接口，并通 32 过RS485总线与集中监控器连接，实现对通信电 源的全参数在线监测。 (4) 为提高供电的可靠性，通信专用DC-DC直流变换 器要求采用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 变换器模块热备份运行。 7.3 变电站的通信负荷 发电厂、变电站必须装设可靠的通信直流电源系统，以确保通信设备的不间断电源，尤其要保证在电网或发电厂、变电站发生事故时不中断通信供电。 变电站的通信负荷主要是: (1)生产行政电话机、网络控制室、单元控制室、调度呼叫转 移系统等; (2)电力载波机、光纤通信设备、微波和其他通信设备。 根据《220KV—500KV变电站设计技术规程》规定:为保证重要变电所通信设备不间断供电，应根据通信设备的供电电源要求，设置通信专用的蓄电池或由交流不停电电源供电。 7.4 通信电源系统 通信电源系统主要由四部分构成:交流配电单元、整流单元、直流配电单元、蓄电池直流电源单元。 33 采用由蓄电池组构成的直流电源系统，具有很高的可靠性，但代价是设备投资增加，并需要专业人员维护。随着变电站综合 -DC变换器在变电站中自动化技术的发展，模块化的通信专用DC DC变换器是从站内直流已得到广泛应用，模块化的通信专用DC- 控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48V控制电源。 34 第八章 直流系统中各自动开关额定容量的选择 根据有关规定，蓄电池出口回路、充电装置直流侧出口回路、直流馈线回路和蓄电池试验放电回路等，应装设保护电器。 8.1 直流断路器的选择 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:额定电流应大于贿赂的最大工作电流。 (1)对于此220KV变电站，直流断路器的额定电压大于或等于220V即可。 (2)直流断路器的额定电流 1)充电装置输出回路 断路器的额定电流按充电装置额定输出电流来选择，即 I,KI nkm I 式中 -直流断路器的额定电流，A; n K -可靠系数，取1.2; k I -充电装置额定输出电流。 m I,KI =1.2*100=120A nkm 故选择型号为GMB225—125A，即额定电流为125A的壳架等级额定电流代号为225的三段保护的固安详微型断路器。 35 2)蓄电池组出口回路 (1).断路器的额定电流按蓄电池的1小时放电率电流选择， 即 I,I n1h I 式中 —蓄电池1小时放电率电流，A，铅酸蓄电池1h I10I10可取5.50;—铅酸蓄电池5h放电率电流，A。 I,I=5.5*25=137.5A n1h (2).按保护动作选择性条件，即额定电流应大于直流馈线中断路器额定电流最大的一台来选择，即 I,KI nC4max 式中 -直流馈线中直流断路器最大的额定电流，A; Imax -配合系数，一般可取2.0，必要时取3.0。 KC4 I,KI=2.0*25=50A nC4max 取以上两种情况中电流最大者为断路器额定电流，因此取I=137.5A。 n 故选择型号为GMB225—140A，即额定电流为140A的壳架等级额定电流代号为225的三段保护的固安详微型断路器。 3)直流馈线回路 主接线采用的是单母线分段，两段母线平均给负荷供电，每段母线承受的总电流是50A，负荷分配如下:经常负荷:36.4*0.5=18.2;事故照明负荷:13.6*0.5=6.8;UPS不间断电源: 36 45.5*0.5=22.75。 经常负荷 选择型号为GMB32—20A，即额定电流为20A? 的壳架等级额定电流代号为32的三段保护的固安详微型断路器。 。 ?事故照明负荷 选择型号为GM5—10A，即额定电流为10A的设计序号为5固安详微型断路器。 ?UPS不间断电源 选择型号为GMB32—25A，即额定电流为25A的壳架等级额定电流代号为32的三段保护的固安详微型断路器。 4)断路器电磁操动机构的合闸回路和跳闸回路 I,KInC2C1 I式中 -直流断路器额定电流，A; n -配合系数，取0.3; KC2 -断路器电磁操动机构合闸电流或跳闸电流，A。 IC1 ?合闸回路 =0.3*2=0.6A I,KInC2C1 ?跳闸回路 =0.3*2.5=0.75 I,KInC2C1 故合闸回路和跳闸回路都选择型号为GM5—1A，即额定电流为1A的设计序号为5的固安详微型断路器。 8.2 刀开关的选择 原则一:额定电压应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。 37 直流母线联络电器(隔离开关)的选择: 20KV变电站，直流母线联络电器(隔离开关)(1) 对于此2 的额定电压大于或等于220V即可。 (2) 直流隔离开关，额定电流按以下原则计算 按较大电流的母线上供电的负载工作电流选择 I,K,I nsinBuse 式中:-较大电流的母线段上全部负载的工作电流之和; ,IBuse -同时系数，取0.5—0.6。 Ksin =0.6×50=30A I,K,InsinBuse 故选择型号为GMG—125A，即壳架等级额定电流为125A的固安详隔离开关。 38 第九章 结论 220KV变电站直流系统设计的结论如下:主接线形式为单母线分段;直流系统工作电压为220V;蓄电池个数为104个，容量 h;充电模块为6的两套高频开关充电装置;UPS为三台型号250A 为SWB—15KT/DC220(3/1)。直流断路器的型号选择结果:充电装置输出回路:GMB225—125A ; 蓄电池组出口回路:GMB225—140A; 直流馈线回路:经常负荷:GMB32—20A ;事故照明负荷:GM5—10A ;UPS不间断电源:GMB32—25A ; 断路器电磁操动机构合闸、 —1A。 母线联络隔离开关型号:GMG—125A。 跳闸回路:GM5 220KV变电站直流系统接线图: 39 结束语: 通过这次毕业设计，让我更加了解了变电站直流系统，能把以前所学的知识联系起来，通过查阅资料以及老师的讲解，使我顺利完成了这次设计。 变电站直流系统在整个变电站中起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保障，因此在进行设计时，要综合考虑各种影响因素，认真细致，才能做的更好。 40 参考文献: 1)220—500KV变电所二次接线设计。(中国电力出版社，宋继承主编) 2)《变电站直流系统设计技术规程》 国电华北电力设计有限公司与河南省电力勘测设计院联合编制 2006年6月1号实施 3)《发电厂、变电站二次系统及继电保护测试技术》 王显平 出版社 中国电力出版社 2006年 4)《电力工程直流系统设计手册》 白忠敏 出版社 中国电力出版社 1998年 5)《电力专用不间断电源手册》 (产品资料) 6)《变电站交直流控制电源一体化方案》 (产品资料) 41