【正文】 的電壓是隨著時(shí)間增加而增大 ,當(dāng)電池電壓增大到一定值時(shí) ,充電進(jìn)入恒壓階段。 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 14 在配有監(jiān)控模塊的直流系統(tǒng)中 ,監(jiān)控模塊對電池可進(jìn)行智能化管理。 初充電：新安裝的蓄電池組進(jìn)行第一次充電 ,稱為初充電 .初充電通常采用定電流 ,定電壓兩階 段充電方式。 圖 32 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 13 圖 32中持續(xù)放電曲線是指不同放電電流時(shí) ,立即承受短時(shí)間沖擊的電壓變化曲線 ,沖擊放 電曲線的沖擊時(shí)間為 1015s。 圖 31中 10C 為 10h率放電容量 ,可見 ,其原因是電池極化作用隨電流增加而變大。閥控電池不同倍率的放電特性曲線如圖 31所示。 我國電力系統(tǒng)用溫度在 250 C,10h率放出的容量 C10作為鉛酸蓄電池的額定容量 ,那么 ,上述那一鉛酸蓄電池的額定容量就是100Ah。若蓄電池以恒定放電電流 I(A)放電，放電到容許的終止電壓的時(shí)間為 t（ h），則對應(yīng)容量 C(Ah)為 C=It （ 31） 反應(yīng)蓄電池放電到規(guī)定的終止電壓的快慢稱為放電率放電率可用時(shí)率（ h率）和電流率（ I率）表示。 本站選取的即為閥控密封式鉛酸蓄電池。 閥控密封式鉛酸蓄電池 閥控電池采用吸液能力強(qiáng)的超細(xì)玻璃纖維材料作隔板，具有良好的干、濕態(tài)彈性，使較大的電解液全部被其貯存，而電池內(nèi)無游離酸（貧液），或者使用電解液與硅膠組合為觸變膠體，正常充、放電 運(yùn)行狀態(tài)下處于密封狀態(tài)，電解液不泄漏，也不排放任何氣體，不需要定期加水或酸，正常時(shí)極少維護(hù)。酸蓄電池按電解液不同可分為堿性蓄電池和酸性蓄電池，發(fā)電廠和變電站廣泛應(yīng)用的是防酸隔爆式、消氫式、閥控密封式（ 即免維護(hù) ） 鉛酸蓄電池。 2． 蓄電池 主要分為酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類，在電力系統(tǒng)直流電源中，閥控式密封鉛酸蓄電池占絕大多數(shù)。為監(jiān)視直流電源正常工作，還有一些輔助設(shè)備，如直 流絕緣監(jiān)視，蓄電池電壓監(jiān)視等。 在變電站中，直流電源系統(tǒng)應(yīng)滿足各類負(fù)荷中雙重化配置的要求。 直流電源系統(tǒng)在變電站的重要作用 變電所 的直流系統(tǒng)是 獨(dú)立的重要操作電源，主要用于開關(guān)的控制、繼電保護(hù)、自動裝置、信號裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、事故照明等的電源。 本 文 對 110kV 變電站 的直流系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 電力控制系統(tǒng) 必須具備安全可靠的控制電源。直流電源使用蓄電池進(jìn)行儲能，結(jié)構(gòu)簡單可靠，容易滿足設(shè)備對電源可靠性要求。 其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括 直流系統(tǒng) 接線方式，系統(tǒng)電壓確定，蓄電池容量計(jì)算，直流充電模塊選擇， ups不停電電源的選擇，通信直流變換器的選擇等。由于直流電源獨(dú)立于交流動力電源系統(tǒng)之外，不受交流電源的影響，具有高度安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)，從而得到廣泛的應(yīng)用。其負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下：經(jīng)常負(fù)荷 3kW；事故照明負(fù)荷 2kW；通信 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 60A； UPS不停電電源 14kW；斷路器合閘電流 2A（數(shù)量為 2）；斷路器分閘電流 （數(shù)量為 3）。 監(jiān)視和維護(hù)直流設(shè)備的完好性對變電站以及整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行十分重要。在變電站內(nèi)由于被控制設(shè)備多，提高直流網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性至關(guān)重要。直流電 源負(fù)荷特性的變化，以及充電裝置、蓄電池、監(jiān)控裝置技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得直流系統(tǒng)的接線方式和組成方式也有所改變。 3． 饋線結(jié)構(gòu) 饋線屏結(jié)構(gòu)與直流母線結(jié)構(gòu)、饋線保護(hù)、直流供電方式有關(guān)，變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 7 對饋線屏要求是運(yùn)行可靠，屏面布置簡單明了，電源走向一目了然，負(fù)載名稱清晰準(zhǔn)確。 鉛酸蓄電池正極板的活性物質(zhì)式二氧化鉛 ( 2PbO )，負(fù)極板的活性物質(zhì)是絨狀鉛 (Pb)，電 解液為稀硫酸。 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 9 閥控蓄電池是裝有密封安全氣閥的密封鉛酸電池，是一種用氣閥調(diào)節(jié)的非排氣式電池，當(dāng)電池在異常情況析出盈余氣體，或過充電時(shí)產(chǎn)生的氣體達(dá)到開閥壓力時(shí)，經(jīng)過節(jié)流閥泄放，隨后減壓關(guān)閉，它是單向的，不允許空氣中的氣體進(jìn)入電池內(nèi)。 鉛酸蓄電池的電氣特性 鉛酸 蓄電池的容量特性。 蓄電池的實(shí)際容量并不是一個(gè)固定 不變的常數(shù)，它受許多因素的影主要有放電率、電解液密度和電解液溫度。 按規(guī)定蓄電池額定容量有 10， 20， 40， 80， 100， 150， 200，300， 400， 500， 600， 800， 1000， 2022， 3000(Ah)。 圖 31 從圖 31看出 ,蓄電池放電初期 1h內(nèi)的端壓 pnU 降低緩慢 ,放電到 2h之后端電壓降低速率明顯增快 ,之后端壓陡降 。 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 12 沖擊放電特性 沖擊放電特性表示在某一放電終止電壓下 ,蓄電池放電初期或 1h放電末期允許的沖擊放電電流。曲線中“ 0”曲線是電池完全充足電后 ,脫離充電系統(tǒng) ,待每個(gè)電池電壓下降且穩(wěn)定在 ,進(jìn)行沖擊放電的電壓變化曲線。 浮充電：正常運(yùn)行時(shí) ,充電裝置承擔(dān)經(jīng)常負(fù)荷電流 ,同時(shí)向蓄電池組補(bǔ)充充電 ,以補(bǔ)充蓄電池的自放電 ,是蓄電池以滿負(fù)荷的狀態(tài)處于備用。在正常 充電狀態(tài)時(shí) ,監(jiān)控模塊自動記錄均充和浮充的開始時(shí)刻 ,在上電 (或復(fù)位 )初始 ,如果監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)均充過程尚未結(jié)束 ,則會繼續(xù)進(jìn)行限流均充 。在恒壓階段 ,充電電流不斷減小 ,以充電電流減小 ,以充電電流減小到 (穩(wěn)流均充電流 ,可設(shè)定 )為計(jì)時(shí)點(diǎn) ,3h(穩(wěn)流均充時(shí)間 ,可設(shè)定 )后恒壓充電階段結(jié)束 ,充電電壓降低 ,轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。一般電池每隔 30天均充一次，特殊情況必須根據(jù)電池說變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 15 明書的實(shí)際情況設(shè)置。 直流系統(tǒng)接線方式的分類 直流系統(tǒng)接線方式有單母接線和單母分段接線兩種。目前應(yīng)用最廣的是不帶任何調(diào)壓裝置的無端電池接線。由于浮充電器接在直流母線上，所以當(dāng)蓄電池回路刀開關(guān)被誤斷開時(shí)，直流母線不致失電。 單母分段接線 1）特點(diǎn)：充電器和浮充電器分別接到兩段母線上，蓄電池組接在一段母線上。 本站即選取單母分段接線方式。該系統(tǒng)方案的任一段直流母線故障時(shí)，均可將環(huán)形供電的負(fù)載切換到正常母線段。 2）兩組蓄電池設(shè)一套公用充電裝置，該充電裝置可兼作任一套浮充電裝置的備用。 5）上圖是互聯(lián)母線的一種基本接線方式。 根據(jù)《火力發(fā)電廠和變電所直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》發(fā)電廠變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 19 和變電站的直流系統(tǒng)采用單母分段接線，單母接線用于 110kV 以下變電站，單母分段接線可靠性較高，任一段出現(xiàn)故障或檢修都不 影響供電。 2）對地絕緣的裕度大，減少直流系統(tǒng)接地故障的機(jī)率，在一定程度上提高直流系統(tǒng)的可靠性。 2） 一般線路的高頻保護(hù)的收發(fā)信機(jī)輸出功率大小與直流電壓有關(guān)，對長線路的保護(hù)不利。 本站選用系統(tǒng)工作電壓為 220V。 蓄電池放電終止電壓校驗(yàn)。 根據(jù)事故放電時(shí)間以及要求的蓄電池最低放電電壓，將事故放電容量換算成蓄電池的額定容量，即是鉛酸蓄電池 10h率的放電容量 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 23 ccsxrel KCKC ?10 （ 64） 式中 10C －蓄電池 10h放電率計(jì)算容量， Ah； relK －可靠系數(shù)，取 ； sxK －事故全停狀態(tài)下持續(xù)放電時(shí)間 x（ h）的放電容量； ccK －容量系數(shù)。 在蓄電池可能出現(xiàn)得各種運(yùn)行狀態(tài)下，校驗(yàn)直流母線電壓是否滿足要求。由 tICK sxm ? （ 67） IIK chxchx ? （ 68） 式中 mK －任意事故放電階段， 10h放電率電流倍數(shù)，即放電系數(shù)； sxC x事故放電容量； x－任意事故放電階段時(shí)間， h； t－事故放電時(shí)間， h； chxK － x事故放電末期沖擊放電系數(shù)； chxI － x事故放電末期沖擊放電電流值， A； 計(jì)算出的放電系數(shù) mK 和沖擊放電系數(shù) chxK ，在圖 32中可根據(jù)mK 10I 值查出相應(yīng)的曲線，在該曲線上再用 chxK 值（圖 32中 chK ）查出單體蓄電池放電電壓值 chU ，計(jì)算蓄電池組出口端電壓 DU 為 chD NUU ? （ 69） 式中 DU －在任意事故放電階段的蓄電池組出口端電壓， V； chU －在任意事故放電階段的單體電池放電電壓， V。 表 62 閥控式密封鉛酸蓄電池 (貧液 )(單體 2V)的容量選擇系數(shù)表 放電終止電壓(放電時(shí)間 1h) 容量系數(shù)和容量換算系數(shù) CCK CK 容量計(jì)算 （ 1）個(gè)數(shù)：按浮充電運(yùn)行時(shí)，根據(jù)式（ 61）計(jì)算 fNUUN ? = ? = 取整數(shù) 103 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 26 （ 2）均衡充電電壓：對于控制負(fù)荷與動力負(fù)荷合并供電 VN UU NC ????? （ 3）根據(jù)式（ 63）計(jì)算蓄電池放電最低端電壓 VN UU NZD ????? 滿足大于蓄電池的要求。因此，將容量加大一級繼續(xù)校驗(yàn)。滿足要求，故選取蓄電池容量為 400Ah。同時(shí) PWM 脈寬調(diào)制電路執(zhí)行監(jiān)控單元的控制信號。如果直流電出現(xiàn)異 常，它立即送變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 29 出控制信號給脈寬調(diào)制電路，并將異常信息送監(jiān)控單元處理和顯示。 充電模塊的外部發(fā)生短路時(shí)，充電模塊能自動降低輸出電壓和電流，使輸出電流限制在 4A左右。 充電裝置的選擇 充電裝置額定電流選擇（鉛酸蓄電池） ○ 1 滿足浮充電要求： 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 30 10 ?????? jcr III A ○ 2 滿足初充電要求： AIII r ~ 1010 ???? ○ 3 滿足均衡充電要求： AIIII jcr )~( 1010 ????? 注： jcI 為直流系統(tǒng)經(jīng)常負(fù)荷電流 ； 10I 為鉛酸蓄電池 10h放電率電流； rI 為充電裝置額定電流。時(shí)7n當(dāng)2n；時(shí)6n當(dāng)1n1212 式中 10I 為鉛酸蓄電池 10h放電率電流， A； 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 32 jcI 為經(jīng)常負(fù)荷電流， A； meI 為單個(gè)模塊額定電流， A； n 為高頻開關(guān)電源模塊選擇的數(shù)量，當(dāng)模塊數(shù)量不為整數(shù)時(shí)，可取臨近值，但模塊數(shù)量宜 ? 3。如變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置、遠(yuǎn)動裝置裝置、微機(jī)保護(hù)、各種變送器、脈沖電度表等等。 1%，波形失真不大于 5min。 UPS 的配置方式 配置方式有兩種：分散式配置與集中式配置。 分散配置的 優(yōu)點(diǎn)： ○ 1 接線簡單，有時(shí)隨主設(shè) 置配套供貨，不需實(shí)際上選型； ○ 2 UPS系統(tǒng)的故障影響面小。對 UPS系統(tǒng)的各項(xiàng) 技術(shù)要求易滿足，整體可靠性較高，但其接線復(fù)雜、投資大。相同直流供電電壓的通信設(shè)備宜由同一組蓄電池供電。 （ 2）通信專用 DCDC變換器不但要實(shí)現(xiàn)直流輸入與輸出的電氣絕緣隔離，而且要有足夠的輸出短路容量，保證在負(fù)載短路時(shí)能可靠地分?jǐn)嗷芈返臄嗦菲鳎苊庠斐赏ㄐ烹娫摧敵鲭妷旱涞淖冸娬局绷飨到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 37 事故。標(biāo)稱直流輸入 220V；額定直流輸出 48V/20A。 1）經(jīng)常負(fù)荷： nI ≥ = 無延時(shí) 選取額定電流為 6A的 GM563. 2）事故照明 ： nI ≥ = 無延時(shí) 選取額定電流為 6A的 GM563. 3） 通信負(fù)荷 ： nI ≥ 20=10A 無延時(shí) 選取額定電流為 10A的 GM563. 4） UPS負(fù)荷 : nI ≥ = 無延時(shí) 選取額定電流為 20A的 GM563. 分電屏母線控制回路： 經(jīng)常負(fù)荷、事故照明、通信負(fù)荷需要的斷路器 額定電流為 16A。 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 39 直流分電柜電源回路 ○ 1 額定電流按照直流分柜上全部用電回路的計(jì)算電流之和選擇 。 變電站直流系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 40 得 mkn IKI ? ??? 。 取以上兩種情況中電流最大者為斷路器額定電流，并應(yīng)滿足蓄電池出口回路短路時(shí)靈敏系數(shù)的要求。 蓄電池放電回路的斷路器 按照蓄電池的放電裝置的額定電流選擇，一般情況，放電裝置的額定電流按照蓄電池的 1010 ~ II 進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)方案為 ：蓄電池采用 一組 閥控型密封式鉛酸蓄電池，浮充電方式運(yùn)行，浮充電電壓為 ； 采用單母分段的接線方式