【導(dǎo)讀】220kV變電站直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆明黑龍?zhí)?50201. 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化年級(jí)：2021級(jí)。設(shè)計(jì)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(huì)主任：張汝坤。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)。直流系統(tǒng)在變電站中為繼電保護(hù)、控制、信號(hào)、計(jì)算機(jī)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(duì)變電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作。用，是變電站安全運(yùn)行的保障。行了直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要完成以下幾個(gè)內(nèi)容1）介紹了直流系統(tǒng)的相關(guān)知。氣二次部分》等相關(guān)規(guī)定確定了該220kV變電站直流系統(tǒng)的電壓等級(jí)及直流系統(tǒng)。接線方案并繪制接線圖紙；3）進(jìn)行了該220kV變電站直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算，確定。了蓄電池的組數(shù)與個(gè)數(shù)，并進(jìn)行了蓄電池容量的確定及校驗(yàn)；4）進(jìn)行了充電回。路和直流系統(tǒng)回路相關(guān)的設(shè)備選擇。設(shè)計(jì)及計(jì)算嚴(yán)格按設(shè)計(jì)手冊(cè)及相關(guān)設(shè)計(jì)說明。書，基本能夠保證其安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)性。

　　

【正文】 流不大于 () I10 Ah。 【 3】 對(duì)于閥控式蓄電池在三種充電方式下的各參數(shù)如表 52。 表 52 閥控式蓄電池各充電狀態(tài)參數(shù) Table 52 Valve control type battery charging status parameters 交 流 輸 入 相數(shù) 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(diào)節(jié)范圍 閥控式 198V～ 260V 99V～ 130V 36V～ 60V 18V～ 30V 電流調(diào)節(jié)范圍 30％～ 100％ 浮充電 電壓調(diào)節(jié)范圍 閥控式 220V～ 240V 110V～ 120V 48V～ 52V 24V～ 26V 電流調(diào)節(jié)范圍 0％～ 100％ 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 續(xù)表 52 交 流 輸 入 相數(shù) 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(diào)節(jié)范圍 閥控式 230V～ 260V 115V～ 130V 48V～ 52V 24V～ 26V 電流調(diào)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(shí)，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(shí)間為 t（ h），則對(duì)應(yīng)容量 C(Ah)為 C It? （ 52） 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 用時(shí)率（ h率）和電流率（ I率）表示。 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(duì)容量的影響更大?？梢?，放電電流大，放電時(shí)間短，放出電量少，故電池容量少，故電池容量減小。這是因?yàn)榉烹婋娏鬟^大時(shí)，極板的有效物質(zhì)很快就形成了硫酸鉛，它堵塞了極板的細(xì)孔，不能有效地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，內(nèi)阻很快增大，端電壓很快降低到終止電壓。 我國(guó)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(guān)規(guī)定蓄電池的額定容量有： 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shù) Kcc 表示 10ccCK C? （ 53） 式中 :C —— 任意時(shí)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(zhǎng)期使用之后的損壞程度或充電裝置的交流電源中斷對(duì)電池浮充電時(shí) ,為核對(duì)電池的容量 ,需要對(duì)電池進(jìn)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(shí)間的關(guān)系曲線 【 2】 Figure 51 Battery discharge capacity and discharge time curve 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。端電壓的改變是由于電池電動(dòng)勢(shì)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(zhì)中保留較多的 2PbO 粒子 ,便于恢復(fù)充電過程中作為生長(zhǎng)新粒子的結(jié)晶中心 ,以提高充電云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shù)表示 ,沖擊系數(shù)表示式chK 為 10chch IK I? （ 54） 式中： chK —— 沖擊系數(shù)； 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(lián)運(yùn)行時(shí) ,承受短時(shí)間沖擊放電電流時(shí)蓄電池的端電壓 ,其中實(shí)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(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 充電系統(tǒng)的電。 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。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。 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(jì)算 目前對(duì)于蓄電池容量的計(jì)算在工程設(shè)計(jì)中多按以下兩種方法計(jì)算。一種是電壓控制計(jì)算法，這種是華北電力設(shè)計(jì)院等單位根據(jù)蓄電池研究所和有關(guān)制造廠對(duì)國(guó)廠的防酸隔爆是鉛酸蓄電池的技術(shù)特性的試驗(yàn)研究得出的特性曲線計(jì)算方法。另一種是階段負(fù)荷計(jì)算法，這種是國(guó)際上普遍采用的美國(guó) HOXIE 計(jì)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(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)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(shí)間 2 小時(shí)考慮： 事故全停電是直流負(fù)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?jī)?chǔ)備系數(shù)，取 ? C —— 蓄電池 10h 放電率計(jì)算容量（ Ah） SC —— 事故全停狀態(tài)下，長(zhǎng)時(shí)間放電容量（ Ah） CCK —— 容量換算系數(shù)，根據(jù)放電時(shí)間 2 小時(shí)，終止電壓取 ，查《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)－電氣二次部分》圖 2431 得 60CCK ? . 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 根據(jù) C 的值，選用 GFD 型蓄電池容量 10C 為 350Ah。參數(shù)如表 53： 表 53 GDF350蓄電池參數(shù) Table 53 GDF350 battery parameter 蓄電池型號(hào) 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(yàn) 根據(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》 條規(guī)定： 應(yīng)能滿足事故放電時(shí)電壓水平的要求： 1） 校驗(yàn)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(shù)； 10C —— 實(shí)際選出的蓄電池 10h 放電容量。 根據(jù) choK 值，查《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)－電氣二次部分》圖 2432 曲線，查 出對(duì)應(yīng)的單個(gè)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(yàn)在個(gè)事故放電階段，蓄電池所能保持的電壓水平，根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)及放電特性，認(rèn)為需要校驗(yàn)?zāi)骋环烹婋A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(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 根據(jù) mK 值，查 《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)－電氣二次部分》圖 2433 曲線，對(duì)應(yīng)所給的放電時(shí)間找出單個(gè)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(yàn)事故放電末期，蓄電池再承受沖擊負(fù)荷的電壓水平驗(yàn)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(yàn)事故放電末期沖擊系數(shù)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(fù)荷 32 2 64( )A?? 。 根據(jù) chmK 值及 mK 值，查《電力工程設(shè)計(jì)手 冊(cè)－電氣二次部分》圖 2432 得單個(gè)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(shè)備選擇 充電回路設(shè)備 在直流系統(tǒng)充電回路中一般有以下設(shè)備：整流裝置，熔斷器，自動(dòng)空氣開關(guān)，電流表，電壓表。 充電回路額定電流計(jì)算： 1）本站 選用高頻開關(guān)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(jì)算。按事故放電后進(jìn)行充電的要求選擇充電設(shè)備，計(jì)算如云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 下： 4745220 220sgc jcQIIT ??? ? ? ? ? ? ?（ A） 式中： cI —— 充電設(shè)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(jīng)常負(fù)荷電流（ A）； T—— 蓄電池組最長(zhǎng)充電時(shí)間，可取 12h。 2）考慮核對(duì)性充放電，按最大充電電流選擇，計(jì)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(shè)備的輸出電壓范圍 充電設(shè)備的電壓應(yīng)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 )