变电站直流电源系统配置技术原则

1、变电站直流电源系统配置技术原则上海市电力公司2008年 2 月目录1 总则 3.2 适用范围 3.3 规范性引用文件 3.4 直流电源系统 4.4.1 蓄电池组 44.2 充电装置 44.3 微机绝缘监察装置 54.4 蓄电池检测装置 54.5 独立电压告警继电器 . 55 直流接线方式 5.5.1 220kV 变电站 55.2 110kV 变电站 75.3 35kV 变电站 76 直流系统馈线直流断路器（熔丝）级差配合 8.6.1 级数原则 86.2 级差原则 96.3 配合原则 96.4 短路电流计算、灵敏度校核 97 微机监控单元 1.0.附录 上海电网 35-220kV 变电站直流回路

2、典型配置 1. 1为了加强对上海电网变电站直流电源系统的管理，规范直流电源系统的配置 管理工作， 进一步提高变电站直流电源系统的运行可靠性和稳定性， 特制定本技 术原则。1 总则1.1 本配置技术原则适用于上海电网所属 220kV 及以下变电站直流电源系统的 配置。1.2 各类配电站的直流电源系统配置可参照此配置技术原则。1.3 本配置技术原则自发文之日起执行，解释权属上海市电力公司。2 适用范围2.1 本技术原则规定了上海电网 220kV 及以下变电站直流电源系统的应用技术 要求和设计准则。2.2 本技术原则适用于上海电网 220kV 及以下变电站直流电源系统的设计和改 造工作。3 规范性引

3、用文件DL/T 637-1997阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件DL/T 724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程DL/T 856-2004电力用直流电源监控装置DL/T 5044-2004电力工程直流系统设计技术规程DL/T 5120-2000小型电力工程直流系统设计规程GB 17478-2004低压直流电源设备的性能特性国家电网公司直流电源系统技术标准国家电网公司防止电力生产重大事故的二十五项重点要求（国电发【2000】589 号）国家电网公司国家电网公司十八项电网重大反事故措施4 直流电源系统直流电源主要由蓄电池组、充电装置、馈线配置三大部分以及保证上述部分 安全可

4、靠工作的监测装置组成（微机监控单元、 微机绝缘监察装置、 蓄电池检测 装置等）组成。直流电源辐射到各负载组成直流电源系统，直流电源系统安全、 可靠运行涉及电源与负载二个方面，需统筹考虑、合理组织、精心设计、全面维 护。4.1 蓄电池组4.1.1 蓄电池组数220kV变电站配置二组蓄电池， 110kV 及以下变电站配置一组蓄电池。4.1.2 蓄电池容量蓄电池容量选择应满足全站 2 小时事故停电的放电容量（配置二组蓄电池站 应考虑一组蓄电池放电情况下满足上述要求） ，应计及事故初期电动机电流和其 他冲击负荷电流，应考虑蓄电池组持续放电时间内随机负荷电流的影响，同时， 应考虑自动化设备容量和 UPS

5、放电容量等因素， 并应保证在最严重事故方式下直 流母线最低值满足直流负荷的要求等。 以下各类变电站的蓄电池容量配置仅供参 考。变电站类型每组蓄电池容量选择110V220V220kV中心、中间变电站400Ah300Ah220kV终端站300Ah300Ah110kV变电站200Ah100Ah35kV变电站100Ah60Ah蓄电池宜采用阀控式蓄电池。 要求控制 220kV 变电站的事故照明装置的负载 宜不大于 3kW。4.2 充电装置4.2.1 220kV 变电站的充电装置应配置二组高频开关直流电源装置，每组充电装 置的充电模块按 N+1方式配置。4.2.2 110kV 及以下变电站的充电装置配置一

6、组高频开关直流电源装置，充电装 置的充电模块按 N+2方式配置。4.2.3 降压装置宜由硅链构成，应有防止硅链开路的措施；硅元件的额定电流应 满足所在回路最大持续负荷电流的要求， 能承受瞬间短路冲击电流和短时过载电 流的能力。旁链和降压硅短接回路连接设计应同样满足上述要求。4.3 微机绝缘监察装置 每组蓄电池所对应的直流系统应有微机绝缘监测装置对直流系统的接地电 阻进行监测。当直流系统发生接地或接地电阻低于定值（可调）时，应发出直流 系统接地报警信号。4.4 蓄电池检测装置 蓄电池组中的每一瓶单体蓄电池均应有蓄电池电压等参数监测。蓄电池检 测装置能对蓄电池回路的开路或短路进行检测以及根据各蓄电

7、池的充放电特性 及其端电压的变化率， 自动检测出落后电池。 并能将信号传至直流系统监控控制 中心。蓄电池检测装置同时应具备对每组蓄电池实地温度采样点功能。4.5 独立电压告警继电器直流系统每段母线必须具有独立的电压继电器。 电压告警继电器完全独立于 微机监控单元，其告警输出采用接点方式，独立送到站内自动化监控系统。5 直流接线方式5.1 220kV 变电站5.1.1 母线接线方式 两组蓄电池和充电装置应分别接于直流、段母线，直流母线接线方式为 单母线分段， 在两段直流母线之间设置联络断路器， 正常运行时断路器处于断开 位置。、段直流馈线分屏应独立配置， 不得两段直流母线公用一块直流馈线屏。5.

8、1.2 馈线接线方式110kV及以上保护和控制回路采用辐射形接线方式；35kV母差和自切回路应采用辐射形接线方式； 35kV其他保护回路可采用小母线接线方式； 公共回路应采用辐射形接线方式； 各电压等级 GIS 内部就地信号可采用小母线接线方式。5.1.3 直流负载分配5.1.3.1 220kV 设备直流负载220kV 线路第一组直流电源（包括第一套线路保护和第一组操作回路）接于 直流段母线，第二组直流电源（包括第二套线路保护和第二组操作回路） 接于直流段母线。220kV 母联、分段第一组直流电源 （ 包括解列保护和第一组操作回路 ） 接于直 流段母线，第二组直流电源（包括第二组操作回路）接于

9、直流段母线。 220kV旁路第一组直流电源 （包括旁路保护和第一组操作回路 ） 接于直流段 母线，第二组直流电源（包括第二组操作回路）接于直流段母线。对于 220kV主变回路：第一套主变保护、 220kV 侧断路器第一组操作电源和 110kV 侧断路器操作电源分别接于直流段母线；第二套主变保护、 220kV 侧断路器第二组操作电源、 35kV 断路器操作电源接于直流段母线。双套 220kV 微机母差电源应分别接至直流、段母线，对于单套母差则应 根据母线接线方式将各段母差保护均匀分配至直流、段母线。3/2 接线方式下的开关保护 （ 失灵，重合闸 ） ，应根据站内最终一次接线状况， 尽量均匀地分配

10、于两段直流母线上。5.1.3.2 110kV 及以下设备直流负载110kV系统保护接入直流段母线。 35kV系统保护接入直流段母线。5.1.3.3 公共回路设备直流负载 电压切换回路直流电源不得与其他直流负荷并接，其中 220kV 系统电压切换 回路应根据母线接线方式将各段母线电压切换回路均匀分配至直流、 段 母线。110kV系统电压切换回路接于直流 I 段母线， 35kV系统电压切换回路 接于直流段母线；单台故障录波仪其直流电源接于直流段母线，双台及以上故障录波仪其直 流电源可按一定规律分别接于直流段、段母线； 保护子站直流电源接于直流段；自动化测控装置直流电源均匀分配于直流、段母线，宜采用

11、辐射形接线 方式；GPS主时钟和时钟扩展装置直流电源接直流 I 段母线； 信号总电源接直流 I 段母线； 交流不间断电源中 UPS主机接直流段母线， UPS从机接直流段母线； 交流不间断电源中逆变接直流段母线； 其余负荷按负荷容量大小均匀分配在两段直流母线上。5.2 110kV 变电站5.2.1 母线接线方式 直流母线为单母线接线方式。5.2.2 馈线接线方式110kV回路直流馈线为辐射形接线方式， 35kV及 10kV回路直流馈线为小母 线接线方式。5.2.3 直流负载分配 110kV设备直流负载的操作和保护电源合在一起，接入直流母线上； 110kV设备直流负载的信号电源单独接入直流母线上；

12、 35kV及 10kV 设备操作保护电源与信号电源应分开构成各自独立的小母线； 其余回路应按回路重要性考虑是否独立接入直流母线。5.3 35kV 变电站5.3.1 母线接线方式 直流母线为单母线接线方式。5.3.2 馈线接线方式35kV及 10kV 回路直流馈线为小母线接线方式。5.3.3 直流负载分配35kV设备按进线及主变间隔分别接入直流母线；10kV设备按一次接线方式分段接入直流母线； 操作保护电源与信号电源应分开构成各自独立的小母线； 其余回路应按回路重要性考虑是否独立接入直流母线。6 直流系统馈线直流断路器（熔丝）级差配合6.1 级数原则6.1.1 直流系统馈线保护采用二 三级配合。

13、6.1.2 第一级：最高级保护为蓄电池直流熔丝（此级不使用直流开关为保护元 件）。400Ah以下蓄电池组直流熔丝配备按 1h 放电率电流选择配置，大于 400Ah 蓄电池组所配熔丝值应不小于实际允许最大短路电流。 对下级负荷容量总和及最 大冲击性负载进行验证，满足其工作特性的要求。6.1.3 第二级：馈线总屏上各电压等级分屏总开关及主要大负荷（如逆变、 UPS 等）上的保护元件。此级保护应为直流断路器。6.1.4 第三级：馈线分屏、控制屏、保护屏上的保护元件。此级保护应为直流断 路器。对于辐射形接线方式，第三级应为馈线分屏上直流断路器，对于小母线接 线方式，第三级则为保护屏、控制屏及 GIS

14、等屏柜上直流断路器。6.1.5 对于辐射形接线方式回路， 级差配合均应在馈线总屏和分屏内完成。 继电 保护、通信等设备各屏柜本身自带的的直流断路器仅视作断开点， 可不按保护元 件定值级差要求考核，但应避免下级脱扣定值高于上级的现象。6.1.6 对于辐射形接线方式回路，在负载侧不允许加装分段闸刀。6.1.7 对于小母线接线方式回路，级差配合均应考虑继电保护、 GIS 等屏柜上自 带的直流断路器的脱扣电流，以确保上下级的配合。6.2 级差原则直流系统中各直流断路器的选择应满足 DL/T 5044-2004电力工程直流系统 设计技术规程 中的要求， 上下级直流断路器额定电流之间的电流级差不宜小于 4

15、 级。6.3 配合原则6.3.1 同一变电站的直流系统三级配合内的直流断路器， 应使用同一厂家生产的 相同型号或系列的直流断路器。6.3.2 第一级和第二级的配合应满足熔断器熔断曲线 NT（熔断时间电流特性 ） 应在断路器保护曲线 ME（脱扣时间电流特性 ）的上方，且要求交叉点电流 I X大 于断路器可能通过的最大短路电流 I K。6.3.3 杜绝采用上级断路器与下级熔丝保护的配合。 以防止由于保护元件动作时 间差异造成的越级误动。6.3.4 不得用交流断路器作直流回路短路保护元件。6.3.5 直流分段联络开关使用功能开关或闸刀。6.4 短路电流计算、灵敏度校核6.4.1 变电站直流系统必须按

16、本原则来选择直流熔断器、 直流断路器， 设计院应 在图纸设计阶段对变电站内非辐射形接线方式的各回路进行短路电流计算、 灵敏 度校核。并在直流系统图册中进行详细说明。 相关数据和结论应作为投产验收内 容。6.4.2 对于改、扩建工程， 亦应在工程设计阶段对扩容后的直流系统进行短路电 流计算及灵敏度校核， 并对上下级之间的熔断器和断路器级差配合进行校核。 并 在相关图册中详细说明。6.4.3 对于采用两段式保护特性（过载长延时保护 +短路瞬时保护）的直流断路 器的直流电源系统， 必须进行短路电流核算及灵敏度校核， 对不满足级差配合要 求的两段式保护特性直流断路器， 可选用三段式保护特性的直流断路器

17、， 下级断 路器为瞬动，上级断路器取短延时。7 微机监控单元7.1 微机监控单元是高频开关电源及其成套装置的监控、 测量、信号和管理系统 的核心部分，装置能根据直流系统运行状态， 综合分析各种数据和信息， 对整个 系统实施控制和管理。7.2 微机监控器应具有控制、 测量和故障告警功能。 控制功能包括高频开关电源 的开/ 关机、各整流模块的开 / 关机以及各种运行参数的设置等； 测量功能包括高 频开关电源输入交流电压测量、 输出直流电压及电流测量、 蓄电池充放电电流测 量以及直流母线、蓄电池单只电压测量等； 告警功能包括输入交流故障告警、 整 流模块故障告警、输出直流故障告警以及蓄电池电压过高过

18、低告警等。附录 上海电网 35-220kV 变电站直流回路典型配置一参数配合1.220kV 变电站（中心或中间站，带馈线分屏）一般中心或中间站的蓄电池容量为 400Ah，根据厂家提供的资料， 400Ah 的 蓄电池 （ 单体 2V）出口短路电流约为 2277A，总出口熔断器选 300A或 400A（直流 系统设计规程的推荐值 315A）。考虑到熔断器的离散性较大，按照 5SJ5 型直流 断路器（ C型）瞬时脱扣范围为 710倍 In 的原则，为保证直流母线上短路时 出线断路器先于总熔断器跳闸，总屏上二级断路器额定电流应按小于 1/10 的母 线短路电流校验，考虑一定的裕度，一般最大选125A。

19、分屏出口处的三级断路器额定电流小于总屏断路器的 7/10 选择，就可保证总屏断路器的动作时间长于 分屏出口断路器的动作时间。 按目前实际的直流负荷考虑，一般最大选 25A 即 可。另外，根据配置原则，二、三级之间还有 35kV 开关柜小母线电源总断路器 和每个分支回路断路器需要配合。因分支负荷断路器额定电流一般不超过6A，且两者之间的连接电缆长度一般均超过 40 米，截面为 10mm2左右，故分支断路器 出口短路电流一般不超过 400A，总屏上的二级断路器选 63A 可以保证上下级的 配合。其余回路均为辐射形接线，无配合要求。根据上述原则， 同时考虑尽量减少设备的规格， 各级直流开断设备参数推

20、荐按下表选择：一级 （熔断器 ）二级（直流断路器）三级300A400A100125A（分屏馈线）1025A（辐射形接线馈线）63A（小母线接线方式）=6A（每个开关柜内的分支断路器）50A63A（UPS）1025A（其余辐射形接线馈线）注 : 实际工程中各级断路器的参数选择需按照蓄电池容量和负荷容量进行调整。2.220kV 变电站（终端站，无馈线分屏）一般终端站的蓄电池容量为 300Ah，根据厂家提供的资料， 300Ah 的蓄电池 （ 单体 2V） 出口短路电流为 2583A。各级直流开断设备参数推荐按下表选择：一级 （熔断器 ）二级（直流断路器）三级300A63A（小母线接线方式） 6A（每

21、个开关柜内的分支断路器）50A（ UPS）1025A（辐射形接线馈线）注 : 实际工程中各级断路器的参数选择需按照不同的蓄电池容量和负荷容量进行调整。3.110kV 变电站（以 110kV/10kV 变电站为例）根据厂家提供的资料， 200Ah的蓄电池（单体 6V）出口短路电流为 6831A，总 出口熔断器为 200A；但因蓄电池至直流母线之间设置了降价硅链，目前无法估 计母线金属性短路电流的大小， 建议控制室内的设备均采用辐射形接线为宜。 对 于需与就地直流断路器配合的二级断路器， 因馈出电缆长度较长， 电缆截面较小， 短路电流不会大于 400A,故额定电流选择 63A 时可满足级差配合。根

22、据上述原则， 同时考虑尽量减少设备的规格， 各级直流开断设备参数推荐 按下表选择：一级 （熔断器 ）二级（直流断路器）三级200A63A（小母线电源馈线）=6A（每个开关柜内的分支断路器）63A（就地电容器柜馈线）=6A（每个电容器组的分支断路器）16A（其余辐射形接线馈线）注 : 实际工程中各级断路器的参数选择需按照不同蓄电池容量和负荷容量进行调整。4.35kV 终端变电站100Ah的蓄电池（单体12V）出口短路电流为 4266A, 总出口熔断器为 100A。 但因蓄电池至直流母线之间设置了降价硅链， 根据现场试验的数据， 实际控制室 内的金属性短路电流约为 350A 左右。对于需与就地直流

23、断路器配合的二级断路 器，因馈出电缆长度较长，电缆截面较小，短路电流一般不大于250A,故额定电流选择 40A时可满足级差配合。根据上述原则， 同时考虑尽量减少设备的规格， 各级直流开断设备参数推荐 按下表选择：一级 （熔断器 ）二级（直流断路器）三级100A40A（小母线电源馈线）=6A（每个开关柜内的分支断路器）40A（就地电容器柜馈线）=6A（每个电容器组的分支断路器）10A（其余馈线）注 : 实际工程中各级断路器的参数选择需按照不同蓄电池容量和负荷容量进行调整。二级差设置根据各变电站内的不同负荷特性， 站内二次直流开断设备的二、 三级级差可 按下列各表设置，具体工程应结合负载实际情况和

24、配置原则进行确定。1. 设置直流分屏的 220kV变电站（ 110kV、220kV 配电装置共用就地继保小室）直流母线第二级（直流馈线总 屏）第三级直流馈线分屏（辐射形接线）GIS、保护屏等自带直流断路器 （小母线方式）I段220kVGIS 就地信号指 示小母线电源 1220kVGIS 就地仓位内各信号指示直流电源110kVGIS 就地信号指 示小母线电源 1110kVGIS 就地仓位各信号指示电源110kVGIS 就地信号指 示小母线电源 2110kVGIS 就地仓位各信号指示电源主变保护 1、220kV 断路器操作 1主变 110kV 断路器操作1 故障录波器保护管理子站UPS主机屏GPS

25、屏主变电度表控制楼各自动化测控柜电源 1III 段（为 I 段直流母线 在馈线分屏 的延伸母 线）III 段分屏总电源220kV线路第一组直流电源220kV母联第一组直流电源220kV分段第一组直流电源220kV 母差保护 1220kV 压变闸刀重动中继电源 1220kV电压切换装置电源110kV 分段自切保护和操作110kV 母差保护110kV 出线保护和断路器操作110kV电压切换装置GPS时钟扩展屏就地各自动化测控柜电源 1II 段220kVGIS 就地信号指 示小母线电源 2220kVGIS 就地仓位内各信号指示直流电源主变保护 2、220kV 断路器操作 2主变非电量保护35kV 分

26、段自切35kV 母差保护35kV 主变间隔操作2、3 故障录波器UPS从机屏逆变装置控制楼各自动化测控柜电源 2间隔层数据通信装置35kV 保护及测控小母 线电源35kV 各间隔内直流电源35kV 闭锁小母线电源35kV 各间隔内直流电源IV 段（为 II 段直流母线 在馈线分屏 的延伸母 线）IV 段分屏总电源220kV线路第二组直流电源220kV母联第二组直流电源220kV分段第二组直流电源220kV 母差保护 2220kV 压变闸刀重动中继电源 2就地各自动化测控柜电源 22. 设置直流分屏的 220kV变电站（ 220kV配电装置专用就地继保小室）直流母线第二级（直流馈线总 屏）第三级

27、直流馈线分屏（辐射形接线）GIS、保护屏等自带直流断路器 （小母线方式）I段220kVGIS 就地信号指 示小母线电源 1220kVGIS 就地仓位内各信号指示直流电源110kVGIS 就地信号指 示小母线电源 1110kVGIS 就地仓位各信号指示电源110kVGIS 就地信号指示小母线电源 2110kVGIS 就地仓位各信号指示电源110kV 分段自切保护110kV 母差保护110kV 出线保 护和断 路器操作110kV电压切换装置主变保护 1、 220kV 侧 断路器操作 1主变 110kV 断路器操作1 故障录波器保护管理子站UPS主机屏GPS屏主变电度表控制楼各自动化测控柜电源 1I

28、II 段（为 I 段直流母线 在馈线分屏 的延伸母 线）III 段分屏总电源220kV线路第一组直流电源220kV母联第一组直流电源220kV分段第一组直流电源220kV 母差保护 1220kV 压变闸刀重动中继电源 1220kV电压切换装置电源GPS时钟扩展屏就地各自动化测控柜电源 1II 段220kVGIS 就地信号指 示小母线电源 2220kVGIS 就地仓位内各信号指示直流电源主变保护 2、220kV 断路器操作 2主变非电量保护35kV 分段自切35kV 母差保护主变 35kV 断路器操作2、3 故障录波器UPS从机屏逆变装置控制楼各自动化测控柜电源 2间隔层数据通信装置35kV 保

29、护及测控小母 线电源35kV 各间隔内直流电源35kV 联闭锁小母线电 源35kV 各间隔内直流电源IV 段（为 II 段直流母线 在馈线分屏 的延伸母 线）IV 段分屏总电源220kV线路第二组直流电源220kV母联第二组直流电源220kV分段第二组直流电源220kV 母差保护 2220kV 压变闸刀重动中继电源 2就地各自动化测控柜电源 23. 无直流分屏的 220kV 变电站（无就地继保小室）直流母线第二级（直流馈线总 屏）第三级直流馈线分屏（辐射形接线）GIS、保护屏等自带直流断路器 （小母线方式）I段220kV 线路第一组直流 电源220kV 母联第一组直流 电源220kV 分段第一

30、组直流 电源220kV 母差保护 1220kV 压变闸刀重动中 继电源 1220kV 电压切换装置电 源220kVGIS 就地信号指 示小母线电源 1220kVGIS 就地仓位内各信号指示直流电源110kVGIS 就地信号指110kVGIS 就地仓位各信号指示示小母线电源 1电源110kVGIS 就地信号指 示小母线电源 2110kVGIS 就地仓位各信号指示电源110kV 分段自切保护110kV 母差保护110kV 出线 保护和断 路器操作110kV 电压切换装置主变保护 1、220kV 断路器操作 1主变 110kV 断路器操作1 故障录波器保护管理子站UPS主机屏GPS及其时钟扩展屏主变电度表控制楼各自动化测控柜电源 1II