【導讀】220kV變電站直流系統(tǒng)設計。云南農業(yè)大學昆明黑龍?zhí)?50201. 專業(yè)：電氣工程及其自動化年級：2021級。設計提交日期：2021年4月26日答辯日期：2021年5月10日。答辯委員會主任：張汝坤。云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計。直流系統(tǒng)在變電站中為繼電保護、控制、信號、計算機監(jiān)控、事故照明、交。流不間斷電源等提供可靠的直流電源，對變電站的安全運行起著至關重要的作。用，是變電站安全運行的保障。行了直流系統(tǒng)的設計，設計主要完成以下幾個內容1）介紹了直流系統(tǒng)的相關知。氣二次部分》等相關規(guī)定確定了該220kV變電站直流系統(tǒng)的電壓等級及直流系統(tǒng)。接線方案并繪制接線圖紙；3）進行了該220kV變電站直流負荷統(tǒng)計計算，確定。了蓄電池的組數與個數，并進行了蓄電池容量的確定及校驗；4）進行了充電回。路和直流系統(tǒng)回路相關的設備選擇。設計及計算嚴格按設計手冊及相關設計說明。書，基本能夠保證其安全、可靠、靈活、經濟性。

　　

【正文】 流不大于 () I10 Ah。 【 3】 對于閥控式蓄電池在三種充電方式下的各參數如表 52。 表 52 閥控式蓄電池各充電狀態(tài)參數 Table 52 Valve control type battery charging status parameters 交 流 輸 入 相數 三相或單相 額定頻率 50 （ 1177。2 ％） Hz 額定電壓 380 （ 1177。10 ％） V/220 （ 1177。10 ％） V 直 流 輸 出 額 定 值 電壓 220V 110V 48V 24V 電流 5A、 10A、 16A、 20A、 25A、 、 40A、 50A、 63A、 80A、 100A、 125A、160A、 200A、 250A、 315A、 400A、 500A 初充電 電壓調節(jié)范圍 閥控式 198V～ 260V 99V～ 130V 36V～ 60V 18V～ 30V 電流調節(jié)范圍 30％～ 100％ 浮充電 電壓調節(jié)范圍 閥控式 220V～ 240V 110V～ 120V 48V～ 52V 24V～ 26V 電流調節(jié)范圍 0％～ 100％ 云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計 23 續(xù)表 52 交 流 輸 入 相數 三相或單相 額定頻率 50 （ 1177。2 ％） Hz 額定電壓 380 （ 1177。10 ％） V/220 （ 1177。10 ％） V 直 流 輸 出 額 定 值 電壓 220V 110V 48V 24V 電流 5A、 10A、 16A、 20A、 25A、 、 40A、 50A、 63A、 80A、 100A、 125A、160A、 200A、 250A、 315A、 400A、 500A 均衡 充電 電壓調節(jié)范圍 閥控式 230V～ 260V 115V～ 130V 48V～ 52V 24V～ 26V 電流調節(jié)范圍 30％～ 100％ 鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池的電氣特性包括：容量特性、放電 特性； 而放電特性包涵持續(xù)放電特性 和 沖擊放電特性 鉛酸蓄電池的容量特性 電池的容量是表示蓄電池的蓄電能力。充足電的蓄電池放到規(guī)定中止電壓（低于該電壓放電將影響電池的壽命）時，其所放出的總電量，稱為電池的容量。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間為 t（ h），則對應容量 C(Ah)為 C It? （ 52） 反應蓄電池放電到規(guī)定的終止電壓的快 慢稱為放電率，放電率 用時率（ h率）和電流率（ I率）表示。 蓄電池的實際容量并不是一個固定不變的常數，它受許多因素的影響，主要有放電率、電解液密度和電解液溫度。電解液溫度高，容量就大；電解液密度大，容量就也大；放電率對容量的影響更大?？梢?，放電電流大，放電時間短，放出電量少，故電池容量少，故電池容量減小。這是因為放電電流過大時，極板的有效物質很快就形成了硫酸鉛，它堵塞了極板的細孔，不能有效地進行化學反應，內阻很快增大，端電壓很快降低到終止電壓。 我國電力系統(tǒng)用溫度在 25度， 10h率放出的容量 10C 作為鉛酸蓄電池的額定容量，因此 按有關規(guī)定蓄電池的額定容量有： 云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計 24 10,20,40,80,100,150,200,250,300,350,400,500,600,800,1000,2021,3000Ah。 蓄電池容量的這種特性用容量系數 Kcc 表示 10ccCK C? （ 53） 式中 :C —— 任意時率放電的允許放電容量； 10C —— 蓄電池的額定容量。 放電特性 1)持續(xù)放電特性 .為了分析電池長期使用之后的損壞程度或充電裝置的交流電源中斷對電池浮充電時 ,為核對電池的容量 ,需要對電池進行放電 .閥控電池不同倍率的放電特性曲線如圖 51所示。 圖 51 蓄電池放電容量與放電時間的關系曲線 【 2】 Figure 51 Battery discharge capacity and discharge time curve 蓄電池放電初期 1h內的端壓 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。端電壓的改變是由于電池電動勢的變化和極化作用等因素造成的。一般以放出 80%左右的額定容量為宜 ,目的是使正極活性物質中保留較多的 2PbO 粒子 ,便于恢復充電過程中作為生長新粒子的結晶中心 ,以提高充電云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計 25 電流的效率。 10I 為 10h率放電電流 ,可見 10( 1)I? 放電曲線比 10( )I? 放電初期端壓和中期端壓變化速率變化大 ,其原因是電池極化作用隨電流增加而變大 。 2)沖擊放電特性 .沖擊放電特性表示在某一放電終止電壓下 ,放電初期或 1h放電末期允許的沖擊放電電流 .沖擊電流一般用沖擊系數表示 ,沖擊系數表示式chK 為 10chch IK I? （ 54） 式中： chK —— 沖擊系數； chI —— 沖擊放電電流； 10I —— 10h率放電電流。 圖 52 蓄電池持續(xù)放電 1h 沖擊放電曲線 【 2】 Figure 52 Continuous discharge battery 1 h impact discharge curve 浮充曲線是指電池與充電裝置并聯運行時 ,承受短時間沖擊放電電流時蓄電池的端電壓 ,其中實線為電池未脫離浮充電系統(tǒng)的端電壓 ,虛線為電池剛脫離浮云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計 26 充電系統(tǒng)的電。 持續(xù)放電曲線是指不同放電電流時 ,立即承受短時間沖擊的電壓變化曲線 ,沖擊放電曲線的沖擊時間為 1015s。曲線中“ 0” 曲線是電池完全充足電后 ,脫離充電系統(tǒng) ,待每個電池電壓下降且穩(wěn)定在 ,進行沖擊放電的電壓變化曲線。 從上圖中可以看出 ,浮充電狀態(tài)下放電端電壓變 化較慢 ,斷開浮充電源立即放電端電壓變化較快 ,而以 101I 電流持續(xù)放電下沖擊放電電壓變化更快 ,大放電率沖擊放電端電壓變化最快 。 蓄電池容量的計算 目前對于蓄電池容量的計算在工程設計中多按以下兩種方法計算。一種是電壓控制計算法，這種是華北電力設計院等單位根據蓄電池研究所和有關制造廠對國廠的防酸隔爆是鉛酸蓄電池的技術特性的試驗研究得出的特性曲線計算方法。另一種是階段負荷計算法，這種是國際上普遍采用的美國 HOXIE 計算方法。 【 2】 蓄電池容量的選擇 本站按照電壓控制法（亦稱容量換算法）來選擇蓄電池的容量。根據《電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程》 條規(guī)定：無人值班變電站、綜自站蓄電池選擇按事故全停狀態(tài)下放電時間 2 小時考慮： 事故全停電是直流負荷功率： 3 6 5 1 5 1 2 1 5 2 4 2 6 6 7 1 8 5 0 7 9 1 8KP ? ? ? ? ? ?（ W） 蓄電池容量： 1 . 2 5 7 9 1 8 2 3 2 9 . 9 260KSCCCKCC K ??? ? ?Ah 式中： K —— 容 量儲備系數，取 ? C —— 蓄電池 10h 放電率計算容量（ Ah） SC —— 事故全停狀態(tài)下，長時間放電容量（ Ah） CCK —— 容量換算系數，根據放電時間 2 小時，終止電壓取 ，查《電力工程設計手冊－電氣二次部分》圖 2431 得 60CCK ? . 云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計 27 根據 C 的值，選用 GFD 型蓄電池容量 10C 為 350Ah。參數如表 53： 表 53 GDF350蓄電池參數 Table 53 GDF350 battery parameter 蓄電池型號 不同放電率電池容量、放電電流終止電壓 10h 率 5h 率 3h 率 1h 率 容量（ Ah） 電流（ A） 終止電壓（ V） 容量（ Ah） 電流（ A） 終止電壓（ V） 容量（ Ah） 電流（ A） 終止電壓（ V） 容量（ Ah） 電流（ A） 終止電壓（ V） GFD350 350 35 300 60 284 88 175 175 蓄電池容量的校驗 根據《電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程》 條規(guī)定： 應能滿足事故放電時電壓水平的要求： 1） 校驗事故放電初期，蓄電池突然承受放電電流電壓水平，即： 1035 0 .1350socho IK C? ? ? 式中： soI —— 事故初期放電電流； choK —— 事故放電初期沖擊系數； 10C —— 實際選出的蓄電池 10h 放電容量。 根據 choK 值，查《電力工程設計手冊－電氣二次部分》圖 2432 曲線，查 出對應的單個電池的電壓的電壓值 choU 。則直流母線電壓 mU 為： 1 0 3 2 .0 2 5 2 0 8 .5 7 5 0 .9 0 .9 2 2 0 1 9 8m c ho eU n U V U? ? ? ? ? ? ? ? ?（ V） 從上式可知滿足要求。 2）校驗在個事故放電階段，蓄電池所能保持的電壓水平，根據負荷特點及放電特性，認為需要校驗某一放電階段的電壓水平。 即 ：1060 0 .1 7 1350Sm IK C? ? ? 式中： SI —— 該事故放電階段的事故放電電流。 云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計 28 根據 mK 值，查 《電力工程設計手冊－電氣二次部分》圖 2433 曲線，對應所給的放電時間找出單個電池的 電壓 fmU 值，則直流母線電壓為： 10 3 1. 6 16 4. 8m fmU n U? ? ? ? ?（ V） 校驗事故放電末期，蓄電池再承受沖擊負荷的電壓水平驗算。 【 4】 事故放電的放電率為： 107918220 IK C? ? ? 取 ? 式中 ： sI —— 事故放電末期事故放電電流（ Ah）。 校驗事故放電末期沖擊系數為： 103 2 2 0 .1 8 3350ch mch m IK C ?? ? ? 式中： chmI —— 事故放電末期沖擊電流（ A），以全所的斷路器沖擊負荷 32 2 64( )A?? 。 根據 chmK 值及 mK 值，查《電力工程設計手 冊－電氣二次部分》圖 2432 得單個電池放電終止電壓 chmU 為 。 則直流母線電壓為： 1 .9 3 1 0 3 1 9 8 .7 9 0 .8 5 1 8 7m c h o eU n U U? ? ? ? ? ? ?（ V） 綜上所述，所選蓄電池容量為 10 350C ? Ah，且滿足本站要求。 設備選擇 充電回路設備 在直流系統(tǒng)充電回路中一般有以下設備：整流裝置，熔斷器，自動空氣開關，電流表，電壓表。 充電回路額定電流計算： 1）本站 選用高頻開關電源作為蓄電池的充電（兼作浮充電用）裝置充電裝置的額定電流計算。按事故放電后進行充電的要求選擇充電設備，計算如云南農業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計 29 下： 4745220 220sgc jcQIIT ??? ? ? ? ? ? ?（ A） 式中： cI —— 充電設備的額定電流 （ A） ； sgQ —— 蓄電池組的事故放電容量 （ Ah） ； jcI —— 直流系統(tǒng)的經常負荷電流（ A）； T—— 蓄電池組最長充電時間，可取 12h。 2）考慮核對性充放電，按最大充電電流選擇，計算如下： ? ? ? ? ? ?100 .1 ~ 0 .1 2 5 0 .1 ~ 0 .1 2 5 3 5 0 3 5 ~ 4 3 .7 5cIQ? ? ? ?（ A） 式中： 10Q —— 蓄電池 10h 放電率容量。 綜上兩種比較去較大者作為充電回路額定電流 ,即： ? （ A） 充電設備的輸出電壓范圍 充電設備的電壓應滿足蓄電池組充電末期的電壓選擇， 即： 1 0 3 ( 2 .7 ~ 2 .7 5 ) ( 2 7 8 .1 ~ 2 8 3 .2 5 )