10kV變電所直流操作電源系統(tǒng)設(shè)計

許茹斐

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安710000）

1 引言

本文以某化工廠10kV變電所直流操作系統(tǒng)的設(shè)計為例，詳細(xì)介紹了變電所二次回路設(shè)計中正確選擇直流操作電源系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。該變電所內(nèi)配置2段10kV母線，每段9個饋線，有2臺變壓器。采用220V直流操作系統(tǒng)。

2 直流操作電源系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 直流電壓選擇

變電所直流電源操作系統(tǒng)電壓應(yīng)根據(jù)用電設(shè)備類型、額定容量、供電距離和安裝地點(diǎn)等確定，本變電采用控制負(fù)荷和動力負(fù)荷合并供電的直流電源系統(tǒng)；220V與110V額定電壓相比，可減小電纜的截面面積，降低電纜投資，并且減小蓄電池容量，便于安裝。故該電源系統(tǒng)電壓選用220V。

2.2 直流系統(tǒng)接線方式

本變電所選擇單母線接線形式，具體如圖1所示。

直流系統(tǒng)由1組蓄電池、1組整流器組成，直流母線為單母線接線。正常運(yùn)行時，充電裝置經(jīng)動力直流母線對蓄電池進(jìn)行充電，同時，經(jīng)硅堆降壓裝置向控制直流母線提供負(fù)荷電流，蓄電池的浮充或均充電壓即為動力直流母線正常的輸出電壓。

圖1 單母線接線圖

2.3 蓄電池的選擇

2.3.1 蓄電池數(shù)量的計算

1）按浮充電運(yùn)行時單體電池正常浮充電電壓值和直流母線電壓為1.05UN（UN=220V）來確定蓄電池數(shù)量，本站選擇閥控式鉛酸蓄電池，單個電池的浮充電壓Uf=2.25V，蓄電池數(shù)量計算如下：

蓄電池數(shù)量取值為103個。

2）校核均衡充電時直流母線電壓為：

3）校核放電終止時直流母線電壓為：

放電終止時直流母線電壓保持在允許范圍內(nèi)，考慮到直流系統(tǒng)中有沖擊負(fù)荷，為滿足沖擊負(fù)荷對直流母線的電壓要求，故電池數(shù)量選擇103個。

2.3.2 蓄電池容量的選擇

根據(jù)事故放電電流進(jìn)行容量計算，這樣按照直流母線的最小允許電壓決定了單個電池的放電終止電壓。容量根據(jù)電池形式、終止電壓和放電時間不同，其計算時間不同，查表得到容量轉(zhuǎn)換系數(shù)。末期放電電壓為1.87V，換算系數(shù)為KC=0.94h-1，KC1=0.292h-1，KC2=0.29h-1。

按第一階段容量：

按第二階段容量：

隨機(jī)（5s）負(fù)荷計算容量：

式中，CC1、CC2為蓄電池10h放電率第一階段與第二階段的計算容量，A·h；CR為隨機(jī)（5s）負(fù)荷計算容量，A·h；I1、I2為第一階段與第二階段的負(fù)荷電流，A；IR為隨機(jī)（5s）負(fù)荷電流，A；KK為可靠性系數(shù)，取1.4；KC為1min放電時的容量換算系數(shù)，h-1；KCR為隨機(jī)（5s）負(fù)荷的容量換算系數(shù)，h-1；KC1為各計算階段中全部放電時間的容量換算系數(shù)，h-1；KC2為各計算階段中除第1階梯時間外放電時間的容量換算系數(shù)，h-1。

將CR疊加在CC2，…，CCn上，然后進(jìn)行比較，取其大者，即為蓄電池計算容量。

蓄電池容量為30.74+4.7=35.44A·h，考慮備用選擇63A·h。

2.4 直流饋線單元

所有電路負(fù)載開關(guān)均采用開斷能力大于6kA的直流斷路器，以保證直流負(fù)載側(cè)故障時對應(yīng)支路的可靠開斷。其容量與系統(tǒng)的上、下開關(guān)相匹配，保證了開關(guān)動作的可靠性和選擇性。

2.4.1 直流斷路器

直流斷路器具有快斷保護(hù)和過流保護(hù)功能，直流斷路器的選擇如下：（1）額定電壓大于或等于回路的最大工作電壓；（2）額定電流應(yīng)大于回路的最大工作電流；（3）直流斷路器的分段能力及短時耐受電流大于通過直流斷路器的最大短路電流。

2.4.2 斷路器的額定電流

1）充電裝置輸出回路

斷路器額定電流應(yīng)按充電裝置額定輸出電流選擇，即：

式中，IN為直流斷路器額定電流，A；IrN為充電裝置額定輸出電流，A；KK為可靠性系數(shù)，取1.2。

2）斷路器控制、保護(hù)、信號回路

式中，IN為直流斷路器額定電流，A；KC為同時系數(shù)，取0.8；Icc為控制負(fù)荷計算電流，A；Icp為保護(hù)負(fù)荷計算電流，A；Ics為信號負(fù)荷計算電流，A。

2.4.3 蓄電池組出口回路

1）斷路器額定電流按蓄電池的1h放電率電流選擇，即：

式中，I1為蓄電池1h放電率電流，A，鉛酸蓄電池可取5.5I10。

2）按保護(hù)動作的選擇性條件，即額定電流應(yīng)大于直流饋線斷路器額定電流的最大選擇之一，即：

式中，Imax為直流饋線中直流斷路器最大的額定電流，A；KC4為配合系數(shù)，一般可取2.0，必要時取3.0。

2.5 監(jiān)控單元

直流電力系統(tǒng)的監(jiān)測包括充電監(jiān)測、配電監(jiān)測和絕緣監(jiān)測。采用分散測控、集中管理的分布式模式，設(shè)置充電模塊數(shù)量，開關(guān)機(jī)控制，電池自動管理保護(hù)。

2.6 總結(jié)

本變電站直流系統(tǒng)設(shè)計方案如下：系統(tǒng)電壓為220V；蓄電池采用閥控式密封鉛酸蓄電池，浮動充電操作，浮動充電電壓為2.35V，電池容量選擇63A·h，n=103，電壓校準(zhǔn)結(jié)果是符合要求的。

電池充電裝置選取2組，每組充電模塊為2個，共4個，額定工作電流為10A，每組充電裝置出口電流為9.675A。

蓄電池出口斷路器的額定電流按蓄電池的1h放電率電流和保護(hù)動作性進(jìn)行計算，選擇其中數(shù)值較大者作為斷路器額定電流即為35.75A[3]。

3 結(jié)語

隨著電網(wǎng)自動化水平的不斷提高，直流供電系統(tǒng)作為變電站監(jiān)控和保護(hù)的重要環(huán)節(jié)越來越重要。只有依據(jù)計算電池及其充電電路的實(shí)際負(fù)載合理設(shè)計，才能使整個直流系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性方面得到合理配置。