毕业设计（论文）：变电站直流系统分析与设计

1、分类号郑州电力高等专科学校毕业设计（论文）题目变电站直流系统分析与设计并歹u 英文题 目substation de system analysis and desiqn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论文报告提交日期2013年6月5日摘要在变电站中，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 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、ups、通信等等各个子 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

2、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。 关键词：直流系统、蓄电池组、不停电电源、充电装置abstractin substation, the dc system mainly by the battery, charger, dc feeder screen, dc power distribution cabinet, dc power supply monitoring device, dc branch feeder components, and thus formed a large, around the subs

3、ta tion dc power supply net work, relay protection device, circuit breaker tripping, signal system, dc charger, ups, communication and so on various subsystems to provide safe, reliable power supply.in this graduation design, i mainly to the dc system functions to do an understanding, selection and

4、calculation of the capacity of the battery made important analysis, the analysis and selection of charging device and a selection of rated capacity automatic switch.keywords: dc system， battery, uninterruptible power supply, charging device目录abstract错误！未定义书签。前言5第一章变电站直流系统功能、重要性论述611变电站直流系统的概念及特点612直

5、流电源系统的功能重要性及应用 6第二章变电站直流电源技术分析82.1充电装置82. 2 蓄电池92.3对直流控制电源的基本要求9第三章蓄电池技术分析113.1蓄电池的定义与分类113.2蓄电池的工作原理概述123.3蓄电池的电气特性133.4蓄电池的放电特性143. 5充电方式16第四章直流系统的接线方式174.1直流系统接线分类 174.2直流系统接线的基本原则和要求174.3单母线接线184.4单母线分段接线19第五章系统的工作电压20第六章计算并选择蓄电池容量226.1直流负荷分类226.2发电厂、变电站事故停电吋间236. 3直流负荷统计（系统工作电压110v） 236.4阀控铅酸蓄电

6、池的选择24第七章直流充电模块的选择327.1高频开关充电模块工作原理327.2充电装置的选择34第八章ups不间断电源的选择378.1变电站设交流不断电电源的必要性378.2对ups系统的基本要求378. 3 ups的配置方式38第九章通信电源设计409. 1变电站通信电源409. 2通信直流变换器的作用409. 3对通信电源的特殊要求409. 4 dc/dc通信电源技术指标41自动开关额定容量的选择42101保护电器选型基本要求4210. 2直流保断路器及开关设备的选择4310.3控制、保护、信号回路断路器选择4410.4直流分电柜电源回路4510.5充电装置输岀回路4510.6蓄电池组出

7、口回路4610.7直流母线联络电器（隔离开关）4610.8蓄电池放电回路的断路器 4710.9电气接线图47第十一章结论49结束语50参考资料51前吕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

8、当或缺乏止确的运行管理 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。第一章变电站直流系统功能、重要性论述1.1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。1.2

9、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

10、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、更 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予高度重视。第二章 变电站直流电源技术分析2.1充电装置充电装置的发展：交流电动机带动直流发电机i磁饱和充电机控制技术（大功率二极管）i可控硅器件（品闸管）（相控电源）i咼频开关电源（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冃的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：

11、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3）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2.2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2.3对直流控制电源的基本要求2

12、)1）在设计上，系统设计要简单可靠、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。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、及时消除一切不正常现象，认真进行维护。第三章蓄电池技术分析3.1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，

13、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(pbo2)，负极板的活性 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 (pbo2)负极板的绒状铅(pb)变为硫酸铅(pbso4),电解液中的硫酸 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

14、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，或过充电吋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） , 200ah及以下容量的电池可以组合成6v （3个2v单体电池组成）o和12

15、v （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。3.2电池的工作原理概述总反应：pbo? +2h2so4 + pb o 2pbsoq +2h2o充电：正极：pb$o斗 + 2h2o t pbo2 + h2so4 + 2h+ + 2eh2o t 2h+ +-o2 + 2e向负极表面移动- 2 -负极：p加°4+2h+2e- pb+h2so4海绵状铅与氧气：pb + o2 pbopbo与电解液反应：pbo + h2so > phso4 + 2h2o负极总反应式： o2+4h+4e- 一2比0如上述所述，止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，因

16、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，pbso4分析岀广离了，水分离出h + ,so42'与 肝在移动过程中化合成分子，从而使电解液的密度增 力口，所以，电解液的密度。可以衡量蓄电池的充电程度。 随着充电的进行，正负极板的活性物质随之增加，在电解液密 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。 耍保持充电的继续进行，必须要使充电电源电压高于电池电 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：pbo2 + pb + 2h2so4 t 2

17、pbso4 + 2h2o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，pbso4和禺。形成较慢，pbs° 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c = itc蓄电池的容量不会堵塞极板上 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，电极牛成物较快，容易堵塞电极上的孔穴，电 阻和电动势变化较快。3.3mt电池的电气特性i恒定的放电电流t从开始

18、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g。作为 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kcc表示：kcc =goc任意时率放电时的允许放电容量c10蓄电池的额定容量3. 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。蓄电池的放电容量与电解液的密度和电解液的温度

19、成正比。电 解液密度越大，温度越高，蓄电池放电容量越大。3.4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:ch(v>如图3t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。 电池极化作用随电流增大而增大。 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 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 留较多的pbo?粒了，便于恢复充电过程中作为新粒了的结晶中心，以 提高充电电流的效率。3.4

20、.2蓄电池的冲击放电特性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lh 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 心ich冲击放电电流/,010率放电电流3.5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

21、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/aho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. 35vo电流不大于（1-1. 25） z10ah第四章直流系统的接线方式4.1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

22、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。4.2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

23、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 隔离和保护电器跨接在两段母线上。5 2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

24、式。4.3单母线接线单母线接线的特点：接线简单，清晰可靠。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午间。4.4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

25、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。第五章系统的工作电压在电流工程中，直流系统的电压等级分为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

26、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，占占地面积小，安装维护方便2绝缘水平耍求较低3电压水平低、从而相对降低了继电器触点断开吋所产生的干 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，木变电站直流工作电压取110v第六章

27、计算并选择蓄电池容量6. 1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

28、电的负荷。3）冲击负荷。冲击负荷是指在极短的吋间内施加的很大的负荷 电流，如断路器的合闸电流等，冲击负荷出现在事故初期（lmin）称为初期冲击负荷，出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。62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lh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

29、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lh, 事故停电时间均按2h计算。本变电站为有人值班变电站，因此事故放电时间按lh处理。6.3直流负荷统计表(系统工作电压110v)表6-1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)事故放电时间及放电电流(a)初期持续时间(h)随机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 换26.1826.1826.1826.1826.184断路器操

30、作7.5+45ups电源30.61.816.3616.3616.3616.366电流统计(a)io48h82.541282.54i382.54人11.57容量统计cs(ah)41.2741.278容量累加(ah)41.2782.5464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5%un,蓄电池个数n 为(6-1)1.055式中 n 蓄电池个数;"“一直流系统的额定电压；单体蓄电池的浮充电电压，阀控蓄电池浮充电电压为2. 23-2. 27v, 一般取2.

31、25o蓄电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ud不应低于蓄电池放 电终止电压uz (1.75-1.8v)。根据有关规定，动力负荷母线允许 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降 在事故放电时按1%un计算，因此，对于动力负荷专用蓄电池组，事 故放电末期允许的最低端口电压值(6-2)0.8855n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=0.8755(6-3)z/ n6. 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，计算出事故停电时所需的蓄电池持

32、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)式中g。一蓄电池10h放电率计算容量，ah；krel 可靠系数，取1.4；k软一事故全停状态下持续放电时间x (h)的放电容量； k&容量系数。容量系数k“是以额定容量为基准的放电容量的标么值。持续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满足要求。首先校验事故放电初期(lmin)承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压(6-5

33、)式中/测一事故放电初期（lmin）冲击放电电流值a；k讯厂事故放电初期（lmin）冲击放电系数；人。一蓄电池10h放电率标称电流，ao计算出的km。在图3-2中的“0”曲线查出的单体电池放电电压值 几，计算蓄电池组出口端电压为如图所示：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ud = nj（6-6）式中n 一蓄电池组的单体电池个数；uch -承受冲击放电时的单体电池的放电电压，vo然后校验任意事故放电阶段末期，承受冲击放电电流时，蓄电池所能保持的电压。由c、心= 1.10 乂(6-7)%kl0牛(6-8)人()式中 心一任意事故放电阶段，10h

34、放电率电流倍数，即放 电系数；4-x事故放电容量；x 任意事故放电阶段时间，h；t 事故放电时间，h；k血一x事故放电末期冲击放电系数；/加一x事故放电末期冲击放电电流值，a；计算出的放电系数心和冲击放电系数k血,在图3-2中可根据 心人。值查出相应的曲线，在该曲线上再用k皿值(图3-2中心)查出 单体蓄电池放电电压值uch，计算蓄电池组出口端电压几为ud=n%(6-9)式中几一在任意事故放电阶段的蓄电池组出口端电压，v； 力一在任意事故放电阶段的单体电池放电电压，vo由式(6-6)和式(6-9)计算出的端电压值应不小于负荷允许的 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

35、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）的容量选择系数表放电终止电压1.87v（放电时间lh）容量系数和容量换算系数kcc0. 6880. 5206. 4. 3容量计算（1）个数：按浮充电运行时，根据式（6-1）计算“二竺仏=51.79 取整数525（2）均衡充电电压：对于控制负荷与动力负荷合并供电uc &l

36、t; *j0（7jv = 1x 110十52 = 2.33vc n（3）根据式（6-3）计算蓄电池放电最低端电压q x75z7u7d > 、 n =0.875x110-52 = 1.85v加n满足大于蓄电池的要求。（4）持续事故放电容量cs =(21.82 + 18.18 + 268 +16.36) x 1 = 82.54a.h由事故持续lh及放电到最低电压1.87v查表6-2得k“=0. 668所 以= k,. £ = 1.4= 167.95a/zc r kcc 0.688选择蓄电池的额定容量c10=200aho6. 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

37、间蓄电池放电系数为:cs _ 1.1x82.54x1 "io 1x20= 4.54由蓄电池持续放电曲线可知，单体蓄电池放电末期电压% = 1.75v蓄电池组端电压ud= n.u(l/ =52xl.75 = 91(87.5%t/?v 故不满足要求。把蓄电池的额定容量改为cc=300ah则kf1.1x82.54x1""1x30事故放电期间蓄电池放电系数为：= 3.03由蓄电池持续放电曲线可知，单体蓄电池放电末期电压/df =1.88v蓄电池组端电压ud = n.udf = 52x1.88 = 97.76>87.5%(7/v 故满足要求，取q二300ah2）冲击电

38、压水平的校验校验事故初期（lmin）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持 得电压，根据tqo 54g二心严=1.以-=3.03打（）3u查图3-2的“0”曲线得到单体电池电压值几= 198v即如=nucfl =52x1. 98 = 102. 96 （v）,为额定电压的93. 6%片大 于87. 5%un o故校验合格 校验事故放电末期（lh）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持 的电压，根据tqo 54g二心严=1.以-=3.03打（）3u冲击系数kw 二心字= l.lx导0.42查图3-2中，由k屛。二仝03人）和k加=0. 42查得单体电池电压值 t/c=1.75v,小于放电终止电压且蓄电池端口电

39、压小于875%_,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cc=400aho校验事故放电末期（lh）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压，放电系数为40= 2.27冲击系数心叽字= 11x罟= 0.32104u查图3-2中，由= 2. 27 /10和kchx = 0. 32查得单体电池电压值uch= 1.83v,即 t/d = wr/, =52xl.83 = 95.16v,为额定电压的86. 5%un o 不满足要求，故选取蓄电池容量为cc=500aho校验事故放电末期（lh）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压，放电系数为"101.1x 空50= 1.

40、82冲击系数心产心字= 11x罟= 0.25104u查图3-2中，由km/10 = l. 82 /10和kcflx = 0. 25查得单体电池电压值 /%=1.86v,即 =,=52x1.86 = 96.77,为额定电压的87. 9% 片。 符合要求，故蓄电池容量选取cc=500ah第七章直流充电模块的选择7. 1高频开关充电模块工作原理高频开关电源主要市主电路、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：

41、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，提供稳定可靠的亡流电源。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 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

42、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o 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p

43、wm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

44、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岀电压和电 流，使输出电流限制在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。7.2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) 满足浮充电要求：jr = 0.01/|0 + /.c =

45、0.01x50 + 21.82 = 22.32a 满足初充电要求：i = 1.0/0 «1.25 /10 = 1x50 = 50a 满足均衡充电要求：1=( 1.0；0«1.25/10 ) + /.c = 50+22.32 = 72.32a 注：乙为直流系统经常负荷电流；人（）为铅酸蓄电池10h放电率电流；ir为充电装置额定电流。故选定充电装置的额定电流为looao7. 2. 2充电装置输出电压选择tj =n*/ =52x2.4 = 124.8j/ rj/ cm匕为充电装置的额定电压；为充电末期单体蓄电池电压。7. 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

46、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：nrii+h叶1tl mel me附加模块的数量：jn2 = l（当比 5 6时）；n2=2（当比时l式中5为铅酸蓄电池10h放电率电流，a；为经常负荷电流，a；b为单个模块额定电流，a；为高频开关电源模块选择的数量，当模块数量不为整数时，可取临近值，但模块数量宜hi1.0x50 + 21.82302.394,取整数3n二3+1二4故选取单个模块额定电流为30a的充电

47、装置，一共需要4个模块。第八章ups不间断电源的选择8.1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

48、件不受损坏。这些设备对交流工作电源的质量和供电联系性要求都很高。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±1%, 波形失真不大于5mino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。& 2对ups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

49、设有抗干扰的隔离措施，防止 所用电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±2hz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：输岀电压为正弦波，总的波形失真度不大于5%；d) 备用电源切换吋间不大于5ms。8. 3 ups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

50、一种配备方式，就是根据设 备的需要分别配备适合的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，不需实 际上选型；ups系统的故障影响面小。其缺点：供电可靠性不高；小容量（2kw以下）的ups系统 往往内部自备蓄电池，事故时一般只能保证15miri全负荷供电，不能 满足事故供电lh要求。集中配置up

51、s系统的容量较大，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第九章通信电源设计9.1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市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，宜釆用整流器向蓄电池组浮充电方式供电。9. 2通信直流变换器的作用通信直流变换器可将直流（2

52、20vdc、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。9.3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

53、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. 4 dc/dc通信电源技术指标型号规格：zbg21-2048/110o标称直流输入110v；额定直流输 出 48v/20ao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上。第十章各自动开关额定容量的选择101保护电器选型基本要求直流保护电器应满足以下基本要求：(1) 直流保护电器应满足直流回路最大长期电流和直流系统短

54、路、热稳定的要求。(2) 直流断路器、熔断器的上下级之间应具有大于2级的配合 级差，级差等级应满足动作选择性的要求。(3) 当直流回路采用空气断路器时，必须选用合格的空气断路 器，交流空气断路器不具备熄灭直流短路电弧的能力，所以选型时严 禁采用交流空气断路器，同时，慎用交直流通用断路器，当需要采用 是，断路器的性能应满足开断直流回路短路电流和动作选择性要求， 要进行短路试验和选择性动作实验。(4) 统一直流回路不宜混和使用直流空气断路器和熔断器。直流 断路器动作时间基本恒定，熔断器的动作时间呈反时限特性，启误差 较大。直流空气断路器和熔断器混合使用时，很难满足选择性级差配 合要求。(5) 同一发电厂或变电站，选用直流保护电器时，应选用同一厂 家的同一系列产品，由于不同制造厂或不同系列产品存在性能差界， 混合使用有可能造成动作非选择性配合。10.2直流保断路器及开关设备的选择直流系统保护电器可选择直流空气断路器，也可以选择熔断器， 常用熔断器有nt, gf, am, rt, rl等系列。常用直流空气断路器有 gm, s252s/c40, 5sxs/c40 等产品。直流断路器具有保护兼操作功能，含瞬动和延时保护特性，合理 选择，能实现可靠地选择性配合。gm系列直流断路器额定电流及配合要求表10-1系列断路器额定电流（a）选择性配合