110KV变电站直流系统分析与设计 毕业设计

1、分类号郑州电力高等专科学校郑州电力高等专科学校毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）题目变电站直流系统分析与设计并列英文题目substation dc system analysis and design 系部电力工程系 专业电气自动化技术姓名刘欢雨 班级电气 1004 指导教师皮薇薇 职称 讲师论文报告提交日期2013 年 6 月 5 日 变电站直流系统分析与设计1摘要摘要在变电站中，直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电在变电站中，直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成，并由此形成一个庞大、遍布变电站的

2、直流电源供源监测装置、直流分支馈线等部分组成，并由此形成一个庞大、遍布变电站的直流电源供电网络，为继电保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、电网络，为继电保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、upsups、通信等等各个子、通信等等各个子系统提供安全、可靠地工作电源。系统提供安全、可靠地工作电源。在本次毕业设计中，我主要是对直流系统的功能做了一个了解，对蓄电池的容量的计算在本次毕业设计中，我主要是对直流系统的功能做了一个了解，对蓄电池的容量的计算与选择做了重要的分析，对充电装置的分析与选择以及对自动开关额定容量的选择。与选择做了重要的分析，对充电装置的分析与选择以及对自动开关额定

3、容量的选择。关键词：关键词： 直流系统、蓄电池组、不停电电源、充电装置直流系统、蓄电池组、不停电电源、充电装置abstractabstractinin substation,substation, thethe dcdc systemsystem mainlymainly byby thethe battery,battery, charger,charger, dcdc feederfeeder screen,screen, dcdc powerpower distributiondistribution cabinet,cabinet, dcdc powerpower supplysupp

4、ly monitoringmonitoring device,device, dcdc branchbranch feederfeeder components,components, andand thusthus formedformed a a large,large, aroundaround thethe substationsubstation dcdc powerpower supplysupply network,network, relayrelay protectionprotection device,device, circuitcircuit breakerbreak

5、er tripping,tripping, signalsignal system,system, dcdc charger,charger, ups,ups, communicationcommunication andand soso onon variousvarious subsystemssubsystems toto provideprovide safe,safe, reliablereliable powerpower supply.supply.inin thisthis graduationgraduation design,design, i i mainlymainly

6、 toto thethe dcdc systemsystem functionsfunctions toto dodo anan understanding,understanding, selectionselection andand calculationcalculation ofof thethe capacitycapacity ofof thethe batterybattery mademade importantimportant analysis,analysis, thethe analysisanalysis andand selectionselection ofof

7、 chargingcharging devicedevice andand a a selectionselection ofof ratedrated capacitycapacity automaticautomatic switch.switch.keywords:keywords: dcdc system,system, battery,battery, uninterruptibleuninterruptible powerpower supply,supply, chargingcharging devicedevice变电站直流系统分析与设计2目录目录abstractabstra

8、ct .1 1前言前言 .5 5第一章变电站直流系统功能、重要性论述第一章变电站直流系统功能、重要性论述 .6 61.1 变电站直流系统的概念及特点.6 61.2 直流电源系统的功能重要性及应用 .6 6第二章变电站直流电源技术分析第二章变电站直流电源技术分析 .8 82.1 充电装置.8 82.2 蓄电池.9 92.3 对直流控制电源的基本要求.9 9第三章蓄电池技术分析第三章蓄电池技术分析 .11113.1 蓄电池的定义与分类 .11113.2 蓄电池的工作原理概述 .12123.3 蓄电池的电气特性 .13133.4 蓄电池的放电特性 .14143.5 充电方式 .1616第四章第四章

9、直流系统的接线方式直流系统的接线方式 .17174.1 直流系统接线分类 .17174.2 直流系统接线的基本原则和要求 .1717变电站直流系统分析与设计34.3 单母线接线 .18184.4 单母线分段接线 .1919第五章系统的工作电压第五章系统的工作电压 .2020第六章第六章 计算并选择蓄电池容量计算并选择蓄电池容量 .22226.1 直流负荷分类 .22226.2 发电厂、变电站事故停电时间 .23236.3 直流负荷统计（系统工作电压 110v）.23236.4 阀控铅酸蓄电池的选择 .2424第七章第七章 直流充电模块的选择直流充电模块的选择 .32327.1 高频开关充电模块

10、工作原理 .32327.2 充电装置的选择 .3434第八章第八章 upsups 不间断电源的选择不间断电源的选择.37378.1 变电站设交流不断电电源的必要性 .37378.2 对 ups 系统的基本要求 .38388.3 ups 的配置方式.3838第九章第九章 通信电源设计通信电源设计 .40409.1 变电站通信电源 .40409.2 通信直流变换器的作用 .40409.3 对通信电源的特殊要求 .40409.4 dc/dc 通信电源技术指标.4141变电站直流系统分析与设计4第十章第十章 各自动开关额定容量的选择各自动开关额定容量的选择 .424210.1 保护电器选型基本要求 .

11、424210.2 直流保断路器及开关设备的选择 .434310.3 控制、保护、信号回路断路器选择 .444410.4 直流分电柜电源回路 .454510.5 充电装置输出回路 .454510.6 蓄电池组出口回路 .454510.7 直流母线联络电器（隔离开关） .464610.8 蓄电池放电回路的断路器 .474710.9 电气接线图 .4848第十一章第十一章 结论结论 .4949结束语结束语 .5050参考资料参考资料 .5151变电站直流系统分析与设计5前言前言电力控制系统是电力系统和电力设备可靠、高效运行的保证，所以人们十分关注电力控制技术的发展。经过长期不懈努力，电力控制技术日臻

12、完善，目前已经达到了十分先进可靠的程度。电力控制必须具备安全可靠的控制电源。在电力工程中，控制电源分为两类，一类是直流电源，一类是交流电源。由于直流电源独立于交流动力电源系统之外，不受交流电源系统事故的影响，具有安全可靠、运行维护方便等特点，从而得到广泛的应用。在电力工程中，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运行管理方法而导致电力设备损坏、系统故事故波及范围扩甚至造成人身伤亡等事故屡有发生，给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电源系统给予高度重视。变电站直流系统分析与设计6第一章第一章 变电站直流系统功能、重要性论述变电站直流系统功

13、能、重要性论述1.11.1 变电站直流系统的概念及特点变电站直流系统的概念及特点在变电站中，直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线平、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成，由此形成一个庞大的遍布变电站的直流电源供电网络。特点：变电站直流系统是一种独立、安全、稳定、可靠的电源供电系统，它独立于交流动力电源系统之外，不受交流电源的影响，具有高度安全可靠、运行维护方便的特点。1.21.2 直流电源系统的功能重要性及应用直流电源系统的功能重要性及应用直流系统是独立的重要的操作电源，主要用于开关的控制、继电保护、自动装置、信号装置、监控系统、事故照明、直流油泵和交流不停电电源装置等的

14、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。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。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求，在变电站内由于被控制设备多，提高直流网络的安全可靠变电站直流系统分析与设计7性至关重要。直流系统广泛应用于水力、火力发电厂、各类变电站和其它使用直流设备的用户（如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路、房地产等，但是它同样广泛地应用于通信部门、计算机房、医院、矿井、宾馆以及高层建筑的可靠应急电源用途十分广泛） ，所以，要求电力系统给予直流电源系统

15、予高度重视。变电站直流系统分析与设计8第二章第二章 变电站直流电源技术分析变电站直流电源技术分析2.12.1 充电装置充电装置充电装置的发展：交流电动机带动直流发电机磁饱和充电机控制技术（大功率二极管）可控硅器件（晶闸管） （相控电源）高频开关电源（acdc）1）大功率二极管应用于直流电源上，并用磁饱和控制技术调整直流输出电压2）可控硅器件（晶闸管）使电压调整与整流由同一器件完成，通过控制晶闸管导通角达到调压的目的3）高频开关电源技术组成的 acdc 模块转换结构的充电机高频开关电源与线性电源、相控电源的比较：1）线性电源：线性电源的主要特点是功率器件工作在放大状态，具有稳定度高、可靠性好、成

16、本低等优点，但是效率低、笨重、体积大，只能做中小功率的电源2）相控电源：是通过控制可控硅的导通角来达到稳压作用，功率因数比较低、效率低、笨重、体积大变电站直流系统分析与设计93）高频开关：体积小、效率高、从移动电话的充电器到我们的彩电、音响供电电源，从路灯到车站电子显示牌这些都用到了开关电源，电源还有 acdc、dcdc、dcac控制方式：脉宽调制和频率调制2.22.2 蓄电池蓄电池蓄电池主要分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类，在电力系统直流电源中，阀控密封式铅酸蓄电池占绝大多数 ，对蓄电池的具体分析在下一章中详解2.32.3 对直流控制电源的基本要求对直流控制电源的基本要求1）在设计上，系统设

17、计要简单可靠、同事又能满足运行灵活性的要求，为此，要正确运用经过实践考验的典型设计和标准设计。2）对蓄电池、充电装置、直流屏等设备要选用可靠性高、性能良好、制造精致、符合各级制造标准、有运行经验或经过主管部门鉴定的产品。3）设备的安装环境条件一定要符合设备的要求，特别是蓄电池的环境条件是否符合安全运行的要求尤为重要。4）对蓄电池组，要严格按现行规定和蓄电池的技术要求进行安装及充放电工作。5）运行中的蓄电池组，要按规程定期检查、正确充放电、及时变电站直流系统分析与设计10消除一切不正常现象，认真进行维护。变电站直流系统分析与设计11第三章第三章 蓄电池技术分析蓄电池技术分析3.13.1 蓄电池的

18、定义与分类蓄电池的定义与分类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。蓄电池按电解液不同可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池，发电厂和变电站广泛应用的是防酸隔爆式、消氢式、阀控密封式（即免维护）铅酸蓄电池。铅酸蓄电池正极板的活性物质式二氧化铅()，负极板的活2pbo性物质是绒状铅(pb)，电解液为稀硫酸。放电时正极板的二氧化铅()、负极板的绒状铅(pb)变为硫酸铅()，电解液中的硫酸2pbo4pbso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

19、极板上的硫酸铅变为绒状铅，电解液的密度上升。阀控密封式铅酸蓄电池阀控电池采用吸液能力强的超细玻璃纤维材料作隔板，具有良好的干、湿态弹性，使较大的电解液全部被其贮存，而电池内无游离酸（贫液），或者使用电解液与硅胶组合为触变胶体，正常充、放电运行状态下处于密封状态，电解液不泄漏，也不排放任何气体，不需要定期加水或酸，正常时极少维护。阀控蓄电池是装有密封安全气阀的密封铅酸电池，是一种用气阀调节的非排气式电池，当电池在异常情况析出盈余气体，或过充变电站直流系统分析与设计12电时产生的气体达到开阀压力时，经过节流阀泄放，随后减压关闭，它是单向的，不允许空气中的气体进入电池内。阀控电池可分为单体式（2v）

20、，200ah及以下容量的电池可以组合成6v（3个2v单体电池组成）。和12v（6个2v单体电池组成）。本站选取的即为阀控密封式铅酸蓄电池。3.23.2 蓄电池的工作原理概述蓄电池的工作原理概述总反应：ohpbsopbsohop24422222b充电：正极：ehsohpboohsop222b42224 向负极表面移动.eohh2212o22 1负极：.42_4e22sohpbhpbso 4 海绵状铅与氧气：.pboopb221 2pbo与电解液反应：.ohpbsosohp24422bo 3负极总反应式： oheho2_2244如上述所述，正极产生的氧气与充电状态下的负极的活性物质迅速反应生成水，

21、因此水损失很少，而且又是密封的，所以不需要向里面加水。所以，本变电站采用阀控式密封铅酸蓄电池。这表明在充电时，分析出离子，水分离出, 14pbso24soh与在移动过程中化合成分子，从而使电解液的密24soh42soh度增加，所以，电解液的密度。可以衡量蓄电池的充电程度。变电站直流系统分析与设计13随着充电的进行，正负极板的活性物质随之增加，在电解液 2密度增加的前提下，电池的电压升高，因此，也可以用电池电压判断蓄电池的充电程度。要保持充电的继续进行，必须要使充电电源电压高于电池电 3压，以决定电解液中正负离子的移动方向，使电池的内电流方向由正极流向负极。放电总反应式： ohpbsosohpb

22、pbo24422222 随着生成水的增加，电解密度随之降低，电池内阻增加，而内电动势下降，事端电压下降。特点：1 小电流放电，和形成较慢，不会堵塞极板4pbsoo2h4pbso上的空穴，不会堵塞浓度较大的电解液向极板内部扩散，电动势和内阻变化不大，端电压下降缓慢。2 大电流放电，电极生成物较快，容易堵塞电极上的孔穴，电阻和电动势变化较快。3.33.3 蓄电池的电气特性蓄电池的电气特性3.3.1蓄电池的额定容量与容量系数 容量特性，蓄电池的容量是表示蓄电池的蓄电能力，是指充足电的蓄电池以某一放电率开始放电，到端电压为放电终止电压为止，这个过程中放出的电能变电站直流系统分析与设计14 itc c蓄

23、电池的容量 i 恒定的放电电流 t 从开始放电到放点结束的时间反应蓄电池从放电开始到规定的放电终止电压的快慢称为放电率，放电率可以用时率（h率）和电流率（i率）表示。铅酸蓄电池的额定容量与容量系数我国电力系统用温度在25摄氏度，10h放电率放出的容量作10c为铅酸蓄电池的额定容量。蓄电池容量的这种特性用容量系数表示：cck 10cckccc任意时率放电时的允许放电容量蓄电池的额定容量10c3.3.2 影响放电容量的因素以及各因素的作用 影响放电容量的因素有:放电率、电解液密度和电解液的温度。 放电率与蓄电池的容量呈反比关系，放电率越大，蓄电池容量越小，放电率越小，放电时间越长，蓄电池容量越大。

24、 蓄电池的放电容量与电解液的密度和电解液的温度成正比。电解液密度越大，温度越高，蓄电池放电容量越大。变电站直流系统分析与设计153.43.4 蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性3.4.1蓄电池的持续放电特性为了分析蓄电池长期使用后的损坏程度或充电装置的交流电源中断不对电池浮充电时，为核对蓄电池的容量，需要对蓄电池进行核对性放电，放电曲线如图所示：如图3-1 阀控电池不同倍率的放电特性曲线结论：放电倍率越小，放电时间越长，电压变化越慢。 1 电池极化作用随电流增大而增大。 2 端电压的变化是由于电池电动势的变化和极化作用等因素 3造成的。一般以放出80%左右的额定容量为宜，目的是正极活性物质中保留

25、较多的粒子，便于恢复充电过程中作为新粒子的结晶中心，2pbo以提高充电电流的效率。3.4.2 蓄电池的冲击放电特性变电站直流系统分析与设计16冲击放电特性表示在某一放电终止电压下，蓄电池放电初期或1h放电末期，允许的冲击放电电流，冲击放电电流一般用冲击系数表示chk =chk10chii 冲击放电电流chi 10率放电电流10i3.53.5 充电方式充电方式充电方式分类如下：按照充电过程中充电电压和充电电流的变化情况，充电分为一阶段充电和二阶段充电，按照充电的作用，分为初充电，均衡充电和浮充充电。按照蓄电池正常运行方式，分为充放电式和浮充电方式。由于本次采用蓄电池给直流系统供电，因此采用充电方

26、式为：初充电，浮充电和均衡充电。初充电：新安装的蓄电池组进行的第一次充电（定电压、定电流）浮充电：1、给经常性负荷供电。 2、补充蓄电池自放电，使蓄电池在满容量状态下处于备用。 3、维持蓄电池内养循环。浮充电压一般取2.25v。浮充电流一般取（1-3）ma/ah。变电站直流系统分析与设计17均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不平衡现象， 使其恢复到规定的范围内而进行的充电。均衡充电电压一般取2.35v。电流不大于（1-1.25）ah10i第四章第四章 直流系统的接线方式直流系统的接线方式4.14.1 直流系统接线分类直流系统接线分类直流系统基本接线单元包括蓄电池单元，充电装置单元，放

27、电装置单元，母线分段，母线设备和馈线单元等。这些基本单元除蓄电池、充电装置直流电源外，通常有隔离开关，直流断路器，熔断器，检测仪表和连线导体等组装构成。其接线方式有单母线接线，单母分段接线和双母线接线。按照蓄电池有无端电池又可以分为无端电池接线和有端电池接线。无端电池接线又分为带降压装置和不带降压装置。根据端电池的投入方式分为带端电池调压器接线和带端电池自投装置接线。目前应用最广的是不带任何条条压装置的无端电池接线。4.24.2 直流系统接线的基本原则和要求直流系统接线的基本原则和要求基本原则：安全可靠，简单清晰，操作方便，在任何运行方式下，除接线设计上允许外蓄电池不得与直流母线解列。为实现基

28、本原则，直直流母线采用单母线或单母线分段接线方式。尽量避免因接线复杂，操作繁琐而造成运行和操作事故。为提变电站直流系统分析与设计18高运行的可靠性和便于在故障情况下电源设备互相支援。母线之间应设联络电气。联络电器一般为隔离开关，必要时候也可以用隔离保护电器。基本要求：1蓄电池组和充电装置均应经过隔离电器接入直流系统，一个回路或含有多个分支回路的主干回路应采用相同型号的隔离、保护电器。2铅酸蓄电池组不宜采用降压装置。3多组蓄电池或多套充电装置不能接在同一段母线上，一段母线上只能接入一组蓄电池和一套充电装置或一套工作，一套备用的2组充电装置。4当一组蓄电池组或一套充电装置接入两段母线时，应通过隔离

29、和保护电器跨接在两段母线上。52组蓄电池的直流系统，应满足在运行中两段母线切换时不中断供电的要求，切换过程中允许两组蓄电池组短时间并联运行。6蓄电池组应设置实验放电回路，放电回路应设置隔离保护电器。7除特殊要求外，直流系统采用不接地方式。4.34.3 单母线接线单母线接线 单母线接线的特点：接线简单，清晰可靠。变电站直流系统分析与设计19优点：由于浮充电器接在直流母线上，所以当蓄电池回路刀开关被误断开时，直直流母线不至于失去电源 。缺点：1套充电装置装在直流母线上，所以浮充电，均衡充电和核对性充电都必须通过直流母线进行。当蓄电池要求定期进行核对性充放电或均衡充电而充电电压较高，无法满足直流负荷

30、要求时不能采用这种接线。适用范围：适用于110kv以下小型变（配）电站和小容量发电厂以及大容量发电厂的辅助车间。4.44.4 单母线分段接线单母线分段接线 特点：蓄电池组经过分段开关接至两段母线，2套充电装置分别接到两段母线，提高供电可靠性，与单母线接线相比，接线复杂，但是更灵活。分段开关设保护原件，可限制故障范围，提高供电可靠性。适用范围：适用于220kv及以上的中小型变电站和小容量发电厂。综上所述：本变电站为110kv变电站的直流系统，故接线方式为单母线分段接线。一组蓄电池组和两套充电装置。变电站直流系统分析与设计20第五章第五章 系统的工作电压系统的工作电压在电流工程中，直流系统的电压等

31、级分为220v、110v、48v、24v，常用的有220v、110v，一些用于弱电控制，信号的直流系统采用48v.220v与110v的比较1）220v直流电压优点：选用的电缆截面积小、节省有色金属、降低电缆投资缺点：1 对绝缘水平要求较高2 大量采用中间继电器，由于其线圈线径较小，易发生短线事故，切断线后难以检测查明，造成保护装置拒动或误动。3 在发电厂或变电站中，采用220v的直流电压时，往往使得作用可能直流网络过于庞大和复杂使得直接姐弟故障查找困难，而且直流网络过大，系统对地的电容增大，当出现一点接地时，由于电容放电导致某些装置误动作2）110v直流电压优点：1 所需蓄电池的个数少，占占地

32、面积小，安装维护方便变电站直流系统分析与设计212 绝缘水平要求较低3 电压水平低、从而相对降低了继电器触点断开时所产生的干扰电压幅值并减小了对电子元件构成的保护和自动装置的干扰缺点：1 电压水平低，使直流负荷电流成倍增加，从而所需电缆截面积相应增大2 对相同容量的负荷，110v和220v用的蓄电池个数约增加一 倍综上所述，本变电站直流工作电压取110v变电站直流系统分析与设计22第六章第六章 计算并选择蓄电池容量计算并选择蓄电池容量6.16.1 直流负荷分类直流负荷分类6.1.1 按功能分类直流负荷按功能分，有控制负荷和动力负荷两种。1）控制负荷。用于电气和热工的控制、信号装置和继电保护、自

33、动装置以及仪器仪表等小容量负荷称为控制负荷。这类负荷在发电厂、变电站中数量多、范围广，但容量小。2）动力负荷。在变电站中中，交流不间断电源装置、远动通信电源装置、直流照明等大功率负荷称为动力负荷。6.1.2 按性质分类直流负荷按性质分为经常负荷、事故负荷和冲击负荷。1）经常负荷。要求直流电源在电力系统正常和事故工况下均应可靠供电的负荷。 2）事故负荷。发电厂或变电站在交流电源消失后，全厂（站）停电状态下，必须有直流电源供电的负荷。3）冲击负荷。冲击负荷是指在极短的时间内施加的很大的负荷变电站直流系统分析与设计23电流，如断路器的合闸电流等，冲击负荷出现在事故初期（1min）称为初期冲击负荷，出

34、现在事故末期或事故过程中的瞬时冲击负荷（5s）称为随机负荷。6.26.2 发电厂、变电站事故停电时间发电厂、变电站事故停电时间 发电厂、变电站事故停电时间按下述原则选取： 1）长期运行实践证明，与电力系统连接的发电厂和有人值班变电站，在全厂（站）事故停电后 30min 左右即可恢复厂（站）用电，但是为了保证事故处理有充裕时间，计算蓄电池容量的事故放电时间按 1h 计算。2）不与电力系统连接的孤立发电厂，在短时间很难立即处理恢复厂用电，因此事故停电时间按 2h 计算。3）直流输电换流站操作相对复杂和无人值班的变电站，发生事故时维修人员前往变电站的路途时间可能超过 1h,事故停电时间均按 2h 计

35、算。本变电站为有人值班变电站，因此事故放电时间按 1h 处理。6.36.3 直流负荷统计表（系统工作电压直流负荷统计表（系统工作电压 110v110v）表表 6-16-1事故放电时间及放电电流（a）初期持续时间(h)随机序号负荷名称装置容量（kw）负荷系数计算容量（kw）负荷电流（a）经常电流（a）1（min）0.515s1经常复合30.82,421.8221.8221.8221.8221.822事故照明21218.1818.1818.1818.183通信 dc-dc 转26.1826.1826.1826.1826.18变电站直流系统分析与设计24换4断路器操作7.5+45ups 电源30.6

36、1.816.3616.3616.3616.366电流统计（a）i48i82.54i82.54i82.54ri11.57容量统计cs（ah）41.2741.278容量累加（ah）41.2782.546.46.4 阀控铅酸蓄电池的选择阀控铅酸蓄电池的选择阀控铅酸蓄电池组电池个数的选择。蓄电池个数按以下条件选择。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5un，蓄电池个数n为 (6-1)fnuun05. 1式中 n 蓄电池个数； 直流系统的额定电压；nu 单体蓄电池的浮充电电压，阀控蓄电池浮充电电压 fu为2.232.27v，一般取2.25。蓄电

37、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允许的最低端口电压值不应低于蓄电池du放电终止电压（1.751.8v）。根据有关规定，动力负荷母线允zu许的最低电压值不低于87.5。考虑直流母线到蓄电池间电缆压nu降在事故放电时按1计算，因此，对于动力负荷专用蓄电池组，nu变电站直流系统分析与设计25事故放电末期允许的最低端口电压值 （6-2） nuunzd885. 0对于控制负荷与动力负荷合并供电的蓄电池组，事故放电末期允许的最低端口电压 （6-3）nuunzd875. 06.4.1 蓄电池容量的选择用电压控制法计算蓄电池容量：根据变电站的直流负荷特点，计算出事故停电

38、时所需的蓄电池持续放电容量。根据事故放电时间以及要求的蓄电池最低放电电压，将事故放电容量换算成蓄电池的额定容量，即是铅酸蓄电池10h率的放电容量 （6-4）ccsxrelkckc10式中蓄电池10h放电率计算容量，ah；10c 可靠系数，取1.4；relk 事故全停状态下持续放电时间x（h）的放电容量；sxk 容量系数。cck容量系数是以额定容量c10为基准的放电容量的标么值。持续cck放电时间和电池最低电压端电压值由图31可查得。选择于计算容量相近并大于计算容量得制造厂标准蓄电池容量作为选择容量。在蓄电池可能出现得各种运行状态下，校验直流母线电压是否变电站直流系统分析与设计26满足要求。首先

39、校验事故放电初期(1min)承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压 （6-5）100010. 1iikchch式中事故放电初期（1min）冲击放电电流值a；0chi 事故放电初期（1min）冲击放电系数；0chk 蓄电池10h放电率标称电流，a。10i计算出的在图3-2中的“0”曲线查出的单体电池放电电压0chk值，计算蓄电池组出口端电压为chudu如图所示：其中实线为电池未脱离浮充系统的端电压,虚线为电池刚脱离浮充系统的电压。图3-2浮充曲线变电站直流系统分析与设计27 (6-6) chdnuu式中 蓄电池组的单体电池个数；n 承受冲击放电时的单体电池的放电电压，v。chu然后校验任意事故放

40、电阶段末期，承受冲击放电电流时，蓄电池所能保持的电压。由 （6-7） 1010. 1ticksxm （6-8） 1010. 1iikchxchx式中 任意事故放电阶段，10h放电率电流倍数，即mk放 电系数； -x事故放电容量；sxc x任意事故放电阶段时间，h； t事故放电时间，h； x事故放电末期冲击放电系数；chxk x事故放电末期冲击放电电流值，a；chxi计算出的放电系数和冲击放电系数，在图3-2中可根据mkchxk值查出相应的曲线，在该曲线上再用值（图3-2中）查mk10ichxkchk出单体蓄电池放电电压值，计算蓄电池组出口端电压为chudu （6-9）chdnuu式中在任意事故

41、放电阶段的蓄电池组出口端电压，v；du 在任意事故放电阶段的单体电池放电电压，v。chu由式（6-6）和式（6-9）计算出的端电压值应不小于负荷允许变电站直流系统分析与设计28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。6.4.2 蓄电池参数选择参考数值表如下：表 6-2 铅酸蓄电池组的单体 2v 电池参数参考表系统标称电压（v）系统电压 110v(v)浮充电压均充电压蓄电池个数浮充时母线电压均充时母线电压放电终止电压母线最低电压2.232.3352115.51211.8587.5表 6-3 阀控式密封铅酸蓄电池(贫液)(单体 2v)的容量选择系数表容量系

42、数和容量换算系数cckck放电终止电压1.87v(放电时间 1h)0.6880.5206.4.36.4.3 容量计算容量计算（1）个数：按浮充电运行时，根据式（6-1）计算 =51.79 取整数52 fnuun05. 1（2）均衡充电电压：对于控制负荷与动力负荷合并供电变电站直流系统分析与设计29v33. 2521101 . 110. 1nuunc（3）根据式（6-3）计算蓄电池放电最低端电压vnuunzd85. 15211075.8075.80满足大于蓄电池的要求。（4） 持续事故放电容量h .4.5821)6.3168.1268.1182.821(acs由事故持续1h及放电到最低电压1.8

43、7v查表6-2得0.668所cck以ahkckcccsrc5.9167688. 04.5824 . 1选择蓄电池的额定容量200ah。10c6.4.4 参数校验 1)蓄电池持续放电电压水平校验事故放电期间蓄电池放电系数为： 1 4.54201154.821 . 110tickksrelf由蓄电池持续放电曲线可知，单体蓄电池放电末期电压 vu75. 1df蓄电池组端电压 ndfduunu%5 .879175. 152. 故不满足要求。把蓄电池的额定容量改为=300ahcc则变电站直流系统分析与设计30事故放电期间蓄电池放电系数为： 03. 3301154.821 . 110tickksrelf由

44、蓄电池持续放电曲线可知，单体蓄电池放电末期电压 vu88. 1df蓄电池组端电压 ndfduunu%5 .8776.9788. 152.故满足要求，取=300ahcc2）冲击电压水平的校验校验事故初期（1min）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持得电压，根据03. 33054.821 . 110iikkchorelcho查图3-2的“0”曲线得到单体电池电压值1.98vchu即521.98102.96（v），为额定电压的93.6%chdnuu大于87.5%。nunu故校验合格校验事故放电末期（1h）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压，根据03. 33054.821 . 110iikkchor

45、elcho冲击系数42. 0305 .111 . 110chfiikkchfrel变电站直流系统分析与设计31查图3-2中，由3.03和0.42查得单体电池电压值10ikm10ichxk1.75v，小于放电终止电压且蓄电池端口电压小于87.5%，chunu不符合要求。因此，将容量加大一级继续校验。选择蓄电池的额定容量为=400ah。cc校验事故放电末期（1h）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压，放电系数为27. 24054.821 . 110tickksrelf冲击系数32. 0405 .111 . 110chfiikkchfrel查图3-2中，由2.27和0.32查得单体电池电压值10i

46、km10ichxk1.83v，即v，为额定电压的chu16.9583. 152chdnuu86.5。不满足要求，故选取蓄电池容量为=500ah。nucc校验事故放电末期（1h）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压，放电系数为82. 15054.821 . 110tickksrelf冲击系数25. 0405 .111 . 110chfiikkchfrel查图3-2中，由1.82和0.25查得单体电池电压值10ikm10ichxk变电站直流系统分析与设计321.86v，即v，为额定电压的chu7 .9686. 152chdnuu87.9。nu符合要求，故蓄电池容量选取=500ahcc第七章第七章

47、 直流充电模块的选择直流充电模块的选择7.17.1 高频开关充电模块工作原理高频开关充电模块工作原理高频开关电源主要由主电路、开关控制电路等组成： 主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： 1 输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 2 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 3 逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 4 输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 控制电路 一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变电

48、站直流系统分析与设计33变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 检测电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。 辅助电源 提供所有单一电路的不同要求电源。高频开关充电模块由交流输入滤波、整流单元、高频逆变单（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

49、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。pwm 脉宽调制电路根据输入交流电、输出直流电和负载的变化情况，自动调节高频开关的脉冲宽度，使输出电压稳定在允许的范围内。同时 pwm 脉宽调制电路执行监控单元的控制信号。交流检测电路检测输入交流电的情况，如果交流电异常，它立即送出控制信号关闭脉宽调制电路，同时将异常信息送监控单元处理和显示。前馈信号试试跟踪交流电的变化，并将变化信息送 pwm 脉宽调制电路，使它能及时根据输入交流电调整输出电压，提高模块的响变电站直流系统分析与设计34应速度。直流检测电路检测输出直流电的变化，将电压和电流信息反馈到监控单元和脉宽调制电路。如果

50、直流电出现异常，它立即送出控制信号给脉宽调制电路，并将异常信息送监控单元处理和显示。监控单元一方面采集充电模块工作状态和参数，将这些信息通过串口上送 scada/dcs,同时在面板上显示输出电压和电流；另一方面接受 scada/dcs 或面板控制开关的指令，对充电模块进行控制：开、关机、均、浮充转换，限流点设置，输出电压调整。模块面板上有控制开关、状态指示灯和数码管显示，它们是充电模块与人交流的窗口，显示充电模块的输出电压或电流值，指示均、浮充状态和各种保护告警状态。通过控制开关来设置、控制充电模块的工作方式和地址，调整其输出电压。充电模块的外部发生短路时，充电模块能自动降低输出电压和电流，使

51、输出电流限制在 4a 左右。该特性可以有限防止外部事故损坏充电模块和事故的进一步扩大。充电模块的输出电压一旦超过充电模块内部设置的过压保护点，充电模块便自动关机，锁死输出，只有重新开机才能启动输出。因为过电压可能会损坏用电设备，所以一旦发生过电压，应该检查过压的原因并排除故障后，才能重新开机。7.27.2 充电装置的选择充电装置的选择7.2.1 充电装置额定电流选择（铅酸蓄电池）变电站直流系统分析与设计35满足浮充电要求： 1a32.2282.215001. 001. 010iiijcr满足初充电要求： 2 a5050125. 10 . 1100iiir满足均衡充电要求： 3a32.7232.

52、225025. 10 . 1100iiiijcr注：为直流系统经常负荷电流；jci为铅酸蓄电池 10h 放电率电流；10i为充电装置额定电流。ri故选定充电装置的额定电流为 100a。7.2.2 充电装置输出电压选择8 .1244 . 252uucmr 为充电装置的额定电压；ru为充电末期单体蓄电池电压。cmu7.2.3 充电装置高频开关电源充电模块数量选择配电装置额定电流为满配置并联整流模块的额定电流之和，220v 整流模块的额定电流:5、10、20、30、40a.110v 整流模块的额定电流：10、20、30、40、50.每组蓄电池配备一组高频开关电源模块，其模块选择方法如下：基本模块数量

53、：21nnn变电站直流系统分析与设计36iiiiinmejcme1010125. 10 . 1附加模块的数量：。当7n当2n当当6n当1n1212式中为铅酸蓄电池 10h 放电率电流，a；10i为经常负荷电流，a；jci为单个模块额定电流，a；mei为高频开关电源模块选择的数量，当模块数量不为整数n时，可取临近值，但模块数量宜 3。 ，取整数 3394. 23082.21500 . 11nn=3+1=4故选取单个模块额定电流为 30a 的充电装置，一共需要 4 个模块。变电站直流系统分析与设计37第八章第八章 upsups 不间断电源的选择不间断电源的选择8.18.1 变电站设交流不断电电源的

54、必要性变电站设交流不断电电源的必要性交流不间断电源系统的英文缩写为ups(uninterrupted power supply)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。 主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，ups 将市电稳压后供应给负载使用，此时的 ups 就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断( 事故停电 )时, ups 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应 220v 交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。这些设备对交流工作电源的质量和供电

55、联系性要求都很高。如，标准计算机要求电源在下列范围内变化：电压在2%，频率在变电站直流系统分析与设计381%，波形失真不大于5min。目前变电站的所用电系统提供的380/220交流电源，不能满足这一要求。因此，在现代大中型变电站中应设有不间断电源系统，供计算机及其他静态电路构成的设备之用。8.28.2 对对 upsups 系统的基本要求系统的基本要求(1)保证在变电所正常运行和事故停电状态下为电子计算机,自动化仪表,继电保护等设备,提供不间断的交流电源.(2)在变电所全停电的情况下,ups满负荷,连续供电的时间不得少于一小时.(3)ups的负荷侧与其交流电源间应设有抗干扰的隔离措施,防止所用电

56、系统的暂态干扰进入负荷侧.(4)在输入到ups的变电所交流电压为380v、频率为50hz%5102hz的条件下，输出的各项技术指标满足以下要求：a)电压稳定度：输出电压为单相、双线、220v，稳态时不大于2%；暂态过程中不大于10%；b)频率稳定度：输出额定频率为50hz，稳定度要求，稳态时不大于 1%；暂态过程中不大于2%；c)波形失真度：输出电压为正弦波，总的波形失真度不大于5%；d)备用电源切换时间不大于5ms。变电站直流系统分析与设计398.38.3 upsups 的配置方式的配置方式配置方式有两种：分散式配置与集中式配置。分散式”配备方式是现在比较流行的一种配备方式，就是根据设备的需

57、要分别配备适合的 ups，譬如对一个局域网的电源保护，可以采取给服务器配备在线式 ups，各个节点分别配备后备式 ups的方案，这样配备的成本较低并且可靠性高，集中式就是用一台较大功率的 ups 负载所有设备，如果设备之间距离较远，还需要单独铺设电线，大型数据中心、控制中心常采用这种方式，虽然便于管理，但成本较高。分散配置的优点：接线简单，有时随主设置配套供货，不需 1实际上选型；ups 系统的故障影响面小。 2其缺点：供电可靠性不高；小容量（2kw 以下）的 ups 系 1 2统往往内部自备蓄电池，事故时一般只能保证 15min 全负荷供电，不能满足事故供电 1h 要求。集中配置 ups 系

58、统的容量较大，直流电源可由变电站直流系统供电。ups 系统可采用可靠性较高的接线方式。对 ups 系统的各项技术要求易满足，整体可靠性较高，但其接线复杂、投资大。综上所述，本变电站直流系统采用集中式配置变电站直流系统分析与设计40第九章第九章 通信电源设计通信电源设计9.1 变电站通信电源变电站通信电源 电源是通信系统的重要组成部分。一个完整的通信电源系统由 5个部分组成：交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控系统，变电所必须装设可靠地通信直流电源系统，以确保通信设备的不间断供电，尤其要保证变电所发生事故时的不间断通信供电。设备宜由通信直流电源，宜采用整流器向蓄电池组浮充电方式供

59、电。9.29.2 通信直流变换器的作用通信直流变换器的作用通信直流变换器可将直流（220vdc、110vdc、48vdc、24vdc）转换为所需的直流电力，主要应用于邮电通信、电力通信、铁路通信等场合。变电站直流系统分析与设计419.39.3 对通信电源的特殊要求对通信电源的特殊要求对通信电源系统的基本要求是可靠性和稳定性。一般通信设备发生故障的影响面比较小，是局部性的，但如果通信电源系统一旦发生故障，通信系统将全部中断，所以电源系统要应有备份设备，电源设备要有备品备件，市电要有双路或多路输入，交流和直流互为备用。我国对通信电源的要求是：防雷措施要求完善，设备允许的交流输入电压波动范围大，多重

60、备用系统以防止电源系统发生电源完全中断故障。由于电网分布和利用市电的条件存在千差万别，许多地方的市电电压波动范围很大。特别是一些变电站、微波站、光通信站和模块站等，有时交流电电压波动范围达30%以上。为提高市电的可用度，要求电源设备具有更宽的工作电压范围，否则就要增加稳压装置。9.49.4 dc/dcdc/dc 通信电源技术指标通信电源技术指标型号规格：zbg21-2048/110。标称直流输入 110v；额定直流输出 48v/20a。本站通信计算电流为 48a，选取以上型号的 dc/dc 通信变换器基本数量 3 个，再另选 1 个为备用。一共需要 4 个，两个一组分别装在分电屏输出的两条回路