220kV变电站直流系统设计李斌定稿

1、本科生毕业设计220kV变电站直流系统设计220kV Substation DC System Design 李斌 指导教师： 李裕 职称 讲师 云南农业大学 昆明 黑龙潭 650201 学 院：机电工程学院 专 业：电气工程及其自动化 年级： 2010级 设计提交日期：2014年4月26日答辩日期：2014年5月10日答辩委员会主任： 张汝坤 云南农业大学2014年 5 月 4 日220kV变电站直流系统设计李斌云南农业大学机电工程学院，昆明 黑龙潭 650201摘 要直流系统在变电站中为继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等提供可靠的直流电源，对变电站的安全运行起着至

2、关重要的作用 ，是变电站安全运行的保障。本次设计主要针对一个具体的220kV变电站进行了直流系统的设计，设计主要完成以下几个内容1）介绍了直流系统的相关知识；2）依据电力工程直流系统设计规程及电力工程电气设计手册电气二次部分等相关规定确定了该220kV变电站直流系统的电压等级及直流系统接线方案并绘制接线图纸；3）进行了该220kV变电站直流负荷统计计算，确定了蓄电池的组数与个数，并进行了蓄电池容量的确定及校验；4）进行了充电回路和直流系统回路相关的设备选择。设计及计算严格按设计手册及相关设计说明书，基本能够保证其安全、可靠、灵活、经济性。关键词：变电站；直流系统设计；蓄电池组；负荷统计；设备选

3、型220kV Substation DC System DesignLi BinFaculty of Engineering and Technology Yunan Agricultural University，Heilongtan Kunming 650201ABSTRACTDC system in transformer substation for relay protection，control，signal, computer monitoring, emergency lighting, AC uninterruptible power supply, such as the

4、provision of reliable dc power supply, safe operation of transformer substation plays an important role, is the guarantee of the safe operation of the transformer substation. To comprehensive comparison and analysis of the research topic, the size of the dc load calculated according to the actual ci

5、rcumstance of transformer substation to determine the number and capacity of the battery, then to select the dc equipment. His design is aimed at a specific design of 220 kv substation dc system, the design mainly completed the following content 1) Introduced the relevant knowledge of dc system, 2)

6、On the basis of the electrical engineering dc system design regulations and "electrical engineering electrical design manual, electric second part, the related provisions, determine the voltage level of 220 kv substation dc system and dc system connection scheme and draw the drawings including

7、3) For the 220 kv substation dc load statistical calculation, determine the number of group number and the battery and battery capacity determination and calibration, 4) On the charging circuit dc system circuit and related equipment selection. The design and calculation in accordance with the desig

8、n manual and related design specifications, basic can ensure the safe, reliable, flexible and economical efficiency.Keywords: Substation ; DC Power System Design ;Battery;Load statistical;Equipment selection目 录摘要I目录3表目录III图目录IV1 绪论11.1 课题背景11.1.2 直流操作电源的设备技术发展11.2 课题意义21.3 设计的主要内容32 直流系统简介42.1 直流系统的

9、作用42.2 直流系统类型42.2.1 蓄电池直流系统42.2.2 硅整流电容储能直流系统52.2.3 复式整流直流系统62.2.4 电源变换式直流操作电源62.3 本次设计的原始资料73 直流系统回路设计83.1 直流系统的额定电压83.2 220kV直流系统蓄电池的确定83.2.1 蓄电池的分类83.2.2 蓄电池组的确定93.3 直流系统基本接线方式113.3.1 单母接线方式113.3.2 单母线分段接线方式123.4 直流系统馈电网络设计143.4.1 辐射供电网络143.4.2 环路供电网络154直流负荷统计164.1 负荷分类164.1.1 按功能分类164.1.2 按负荷性质分

10、类164.2 直流负荷统计164.2.1 220kV变电站主接线分析164.2.2 经常负荷统计174.2.3 事故负荷统计174.2.4 冲击负荷统计184.3 事故停电时间185 直流系统相关设备选型205.1 蓄电池的个数205.1.1 电压偏差范围205.1.2 蓄电池个数选择205.2 充电方式215.3 铅酸蓄电池225.3.1 铅酸蓄电池的容量特性225.3.2 放电特性235.4 蓄电池容量的计算255.4.1 蓄电池容量的选择255.4.2 蓄电池容量的校验265.5 设备选择275.5.1 充电回路设备275.5.2 蓄电池回路315.6.1 直流母线及蓄电池组引出回路导体

11、选择355.6.2 控制和信号馈线电缆截面选择365.6.3 断路器合闸电流截面的选择375.7 220kV变电站直流系统接线图设计说明386 结论40参考资料41致谢42附录43表 目 录表4-1 经常性负荷统计17表4-2 断路器型号及参数18表5-1 各装置允许电压偏移范围20表5-2 阀控式蓄电池各充电状态参数21表5-3 GDF-350蓄电池参数26表5-4 充电回路电压表、电流表选型及参数29表5-5 KVA-50/360整流装置设备参数29表5-6 充电回路熔断器的型号及参数30表5-7 充电回路刀开关的型号及参数31表5-8 充电回路断路器型号及参数31表5-9 蓄电池回路电压

12、、电流表型号及参数32表5-10 蓄电池室引至直流屏电缆型号和参数32表5-11 蓄电池回路熔断器或自动空气开关型号及参数33表5-12 蓄电池回路刀开关型号及参数34表5-13 充电回路断路器型号及参数35表5-14 蓄电池组引出回路导体选择和参数35表5-15 控制和信号馈线电缆截面选型及参数36表5-16 断路器分、合闸电流截面选择及参数38图 目 录图2-1 硅整流电容储能直流系统框图5图2-2 复式整流直流系统框图6图2-3 电源变换式直流操作电源框图7图3-1 单母线接线11图3-2 单母线分段接线13图5-1 蓄电池放电容量与放电时间的关系曲线23图5-2 蓄电池持续放电1h冲击

13、放电曲线24220kV变电站直流系统设计1 绪论1.1 课题背景变电站直流电源系统是给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急照明及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受变压器、站用电以及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源蓄电池继续提供直流电源的重要设备。直流操作电源的设计技术发展在1955年以前，国内发电厂和变电站的建设规模较小，其直流操作电源系统大多采用110V、单母线和不带端电池的蓄电池组。1956年以后，发电厂和变电站的建设规模增大。这是引进了当时苏联的设计技术，在所有新建和扩建的发电厂和变电站中，都采用了220V、带端电

14、池的蓄电池组，并根据工程规模的大小，采用单母线或双母线接线。这个时间的设计，是充分利用了蓄电池的容量和具有较小的电压波动范围，但代价是采用了较复杂的接线。1984年以后，随着欧美设计技术的引进，以及发电厂和变电站建设规模的不断增大，在直流操作电源系统的设计上，又开始普遍采用单母线接线和不带端电池的蓄电池组，对于控制负荷则推行采用110V电压，而动力负荷则采用220V电压。这一期间设计的主导思想，则是以适当加大蓄电池的容量，允许电压有较大的波动范围为代价，达到简化接线、提高可靠性的目的。从八十年代后期开始， 对于220kV及以下电压等级的变电站，一般装设由一组蓄电池组构成的直流操作电源；对于容量

15、较大和500kV以上的大型变电站，则装设由两组蓄电池组构成的直流操作电源；对于220kV的变电站，2002年国家电力公司要求全部装设两组蓄电池组。【1】直流操作电源的设备技术发展在直流操作电源系统中，主要的设备有蓄电池组、充电装置、绝缘监测装置以及控制保护等设备。随着制造技术的发展，几十年来也发生了很大的变化。蓄电池组型式，在七十年代以前发电厂和变电站中应用的都是开启式铅酸蓄电池。七十年代以后，开始应用半封闭的固定防酸式铅酸蓄电池，并逐步得到普遍采用。到八十年代中期以后，镉镍碱性蓄电池以其放电倍率高、耐过充和过放的优点，开始在变电站中得到应用。九十年代发展起来的阀控式铅酸蓄电池，以其全密封、少

16、维护、不污染环境、可靠性较高、安装方便等一系列的优点，在九十年代中期以后得到普遍的采用。对于充电装置，1984年以后，对充电和浮充电整流装置开始采用相同的容量设计，使之更有利于互为备用。1995年以后，随着高频开关型整流装置的普及，考虑到整流模块的N+1(2)冗余配置和较短的修复时间，大量采用一组蓄电池配置一组充电装置的方式。进入九十年代以后，随着微机控制技术的普及，集成电路控制型晶闸管整流装置逐渐被微机控制型晶闸管整流装置取代，为实现无人值班创造了条件。1996年以后，随着高电压、大功率开关器件和高频变换控制技术的成熟，高频开关整流装置，目前这种高频开关型整流装置已成为市场的主角，未来几年不

17、会有新的整流装置替代。蓄电池组、充电装置和直流馈电回路，多年来一直用熔断器作短路保护，用隔离开关作回路操作，直到现在仍在普遍使用。到1996年以后，开始用带热磁脱扣器的直流自动空气开关，兼作保护和操作设备，为直流屏的小型化设计创造了条件。 课题意义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)。然而，在电力系统中，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管理方法而导致电力设施损坏、系统故障、事故波及范围扩大，甚至造成重大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，因此电力系统设计、施

18、工和运行部门对直流系统予以高度重视。本课题选着阀控密封式铅酸蓄电池和高频开关整流电源(本设计中应用到)在直流系统中的应用可提高直流电源系统的安全可靠性，降低直流系统设计的复杂性，并减小了维护的工作量。1.3 设计的主要内容本课题主要针对某220kV变电站进行直流系统设计，主要对以下几个内容进行设计与研究：1）直流系统电压等级的确定2）直流系统接线方式的确定；3）系统中各个设备所用直流负荷的统计与计算；4）蓄电池组数和个数的确定以及容量的选择和校验；5）介绍了充电装置性能及其选择；6）充电回路与蓄电池回路电压、电流以及用电设备、线路截面的选择；2 直流系统简介2.1 直流系统的作用为继电保护、控

19、制、信号、计算机控制、事故照明、交流不间断电源等提供可靠的直流电源，对变电站的安全运行起着重要作用，是变电站安全运行的保障。220kV500kV的变电站应设蓄电池组供电的直流电源。 直流电源系统在变电站中具有以下重要作用：（1）变电站的直流电源是全站作为控制、信号、继电保护的操作电源，也是重要设备的保安电源及事故照明电源。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。（2）各类变电站直流电源系统必不可少系统。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。（3）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。（4）阀控密封式铅酸蓄

20、电池和高频开关整流电源在直流系统中的应用可提高直流电源系统的安全可靠性，降低直流系统设计的复杂性，并减小了维护的工作量。2.2 直流系统类型在发电厂和变电所中，为了供给控制、信号、保护、自动装置、事故照明、直流油泵和交流不停电电源装置等用电，要求有可靠的直流电源。按电源性质，发电厂和变电站的操作电源可分为交流操作电源盒直流操作电源两种。直流操作电源又可分为独立和非独立操作电源两种。独立操作电源分为蓄电池和直流变换式直流操作电源两种。非独立操作电源可分为复试整流和硅整流电容储能直流操作电源两种。在操作电源系统中，直流系统按电源类型分为：蓄电池直流系统、电容储能直流系统、复试整流直流系统、电源变换

21、式直流操作电源。 蓄电池直流系统由蓄电池组和充电装置构成。正常运行时，由充电装置为控制负荷供电，同时给蓄电池组充电，使其处于满容量荷电状态；当电站发生事故时，由蓄电池组继续向直流控制和动力负荷供电。这是一种在各种正常和事故情况下都能保证可靠供电的电源系统，广泛应用于各种类型的发电厂和变电站中。 硅整流电容储能直流系统硅整流电容储能直流系统是指：正常直流负荷由硅整流装置供电，故障时由电容器向保护装置和断路器的跳闸线圈供电的直流系统。该系统无蓄电池及附属设备，给电气设备无人值班创造了条件但电容储能装置的电容器容量不稳定，二次回路复杂，很难满足主接线及保护装置复杂的发电厂和变电站的要求，只是用于小容

22、量变电所或发电厂中远离主厂房的电气设施。详细接线方式如图2-1所示。图2-1硅整流电容储能直流系统框图电压源 电流源Figure 2-1 Silicon rectifier capacitor energy storage diagram of the DC systemVoltage source Current source 复式整流直流系统复式整流直流系统同电容储能直流系统，不设有蓄电池。其整流装置不仅由所用变压器或电压互感器供电，因而保证在正常与故障情况下均能不间断地向直流系统供电。电流互感器的输出容量必须保护回路及断路器跳闸回路的电源要求，使断路器可靠跳闸。复式整流直流系统的优点：与

23、电容储能直流系统比较，输出功率大，电压能保持恒定，可用线路较多，容量较大，保护装置较复杂的变电所。复式整流直流系统必须满足的两个条件：1）在回路中发生各种短路时，其短路电流必须满足用电设备可靠动作要求；2）专用的电流互感器在各种短路情况下能输出足够功率想复式整流装置供电。详细接线方式如图2-2所示。图2-2 复式整流直流系统框图Figure 2-2 Double rectifier DC system block diagram 电源变换式直流操作电源电源变换式直流操作电源时一种独立式直流操作电源，其框图如图2-3所示。电源变换式直流操作电源可由可控硅整流和整流装置U1、48V蓄电池GB、逆变

24、装置U2和整流装置U3组成。正常运行时，220V交流电源经过可控硅整流装置U1变换为48V的直流电源，作为全站的48V直流操作电源，并对48V蓄电池GB进行充电和浮充电；同时48V直流电源经过逆变装置U2变换为交流电源，在通过整流装置U3变换为220V直流操作电源输出。事故情况下，电源逆变装置U2能利用蓄电池储存的电能进行逆变，从而保证了重要直流负载连续供电，供电时间长短取决于48V蓄电池容量。可见，这种直流电源能提供两个等级的操作电源，直流220V和48V,为中小型变电站的弱电控制提供了方便。详细接线方式如图2-3所示。图2-3 电源变换式直流操作电源框图Figure 2-3 Power t

25、ransformation type DC operation power supply block diagram2.3 本次设计的原始资料本次设计是对220kV变电站的直流电源系统进行设计，该变电站拥有两台SFPSZ7120000/220/110/10三绕组变压器。220kV系统为7回出线，双母带旁路接线；110kV系统为10回出线，双母带旁路接线且有独立旁路断路器；10kV系统为10回出现，单母分段接线。220kV和110kV为SF6断路器，10kV为真空断路器；采用常规控制方式，红绿灯监视；集成电路型保护，常规光字牌信号灯；UPS装置一台功率为4kW，闪光装置2套，接地检测装置1套，同

26、期装置1套，微机检测装置1套。现场到变电站控制中心的距离为50米。该220kV变电站电气主接线图详见附图一，图号：2010311236-01。本次设计主要针对某220kV变电站的直流系统进行设计，设计确定采用蓄电池直流系统。3 直流系统回路设计3.1 直流系统的额定电压额定电压就是电器所允许加的最大电压值。220500kV变电站的强电直流电压为220V或110V,弱电直流电压为48V。强电直流电压选220V还是110V，应根据变电站的具体情况及通过技术经济比较，找出影响直流系统额定电压选择的主要因素。根据现在220kV500kV变电站的发展及其特点，由于变电站占地面积大，被控对象远，所需控制回

27、路电缆长，所以满足控制回路电压降的要求以及降低控制电缆的投资问题成为决定220kV变电站直流系统工作电压的主要因素。在相同操作功率时，220V控制电缆中的电流比110V控制电缆中的电流要小一倍，降低了控制电缆中的电压降，也将低了控制电缆方面的投资。且220V直流电源对变电所的事故照明比较有利，接线简单，切换回路可以简化，而用110V则要采用逆变电源装置或其他方式解决事故照明的供电问题，较为困难。因此国内的变电站强电直流电压大多数采用220V。【2】本次设计，也将该22kV变电站的直流系统的额定电压确定为220V。3.2 220kV直流系统蓄电池的确定 蓄电池的分类蓄电池是一种储能装置，它把电能

28、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。目前，我国投入运行的变电站中，绝大多数都是采用铅酸蓄电池，也有采用碱性蓄电池。1）铅酸蓄电池 铅酸蓄电铅酸蓄电池是电力工程中广泛采用的直流电源装置。它具有适用温度和电流范围大，存储性能好，化学能和电能转换率高，充放电循环次数多，端电压高，容量大，且节省铅材料资源丰富、造价较低等一系列优点。 铅酸蓄电池又分为防酸隔爆式、消氢式及阀控式密封铅酸蓄电池三大类。阀控式密封铅酸蓄电池与防酸隔爆式和消氢式铅酸蓄电池相比较有很大的优点：阀控式密封铅酸蓄电池在正常充放

29、电运行状态下处于密封状态，电解液不泄露，也不排放任何气体，不需要定期的加水或加酸，维护工作也比较少；防酸隔爆式铅酸蓄电池是属于半封闭型的，当在充电运行状态下产生的气体较多时，会使电池室中存在爆炸的危险，而且需要定期的往电池中加纯水及维护；消氢式铅酸蓄电池也需要定期进行维护与加水，相对比较麻烦。2）碱性蓄电池 采用的碱性蓄电池主要是镉镍蓄电池。由于单个蓄电池在各种运行状态下电压变化的相对值大于直流母线电压允许变化的相对值，才引起加装端电池，用来调节母线电压。然而，镉镍蓄电池充电末期电压与放电末期电压相差比较大，达到约1.8-1.9倍，为保持直流母线电压不超过允许的变动范围，镉镍蓄电池组必须采取调

30、压措施，如a.加端电压b.在蓄电池组与母线之间加调压设备。而铅酸蓄电池的单个蓄电池在各种运行状态下电压变化的相对值小于或等于直流母线电压允许变化的相对值，也就保持了直流母线电压在允许的变化范围之内，故不需要加装端电池。由于镉镍蓄电池必须设置调压措施，与无端电池的铅酸蓄电池相比，增加了投资和运行维护的复杂性，特别是蓄电池组容量较大时更为突出。 因此，镉镍蓄电池与铅酸蓄电池相比，在相同容量、相同额定电压下，镉镍蓄电池投资较高，随着容量的增大，投资的差额也增加。这就是影响镉镍蓄电池在工程上大量采用的主要原因。综合上述比较，因为本设计针对的220kV变电站是枢纽变电站，在电力系统中地位比重高，可靠性要

31、求较高，因此选用铅酸蓄电池中的阀控式密封铅酸蓄电池。 蓄电池组的确定蓄电池装设的组数不但与变电站的重要性和保护双重化的要求有关，而且与控制方式以及自动化水平有关。故在具体工程中，如果采用一些新的控制方式和布置型式时蓄电池装设的组数可根据实际情况和经济技术比较确定。现在，国家对220kV变电站对直流电源可靠性要求进一步提高，考虑蓄电池运行维护的需要，并考虑220kV变电站直流系统网络与蓄电池直流电源可靠性匹配要求，220kV变电站直流系统应配置两组蓄电池。虽在经济上多投入，但其运行可靠性却得到了大幅度提高，且运行方式灵活，维护方便。以下便是220kV变电站要求具备高可靠性直流电源的原因、目前单组

32、蓄电池运行、维护存在的主要问题和220kV变电站直流系统配置两组蓄电池方案必要性及优点。一、220kV变电站要求具备高可靠性直流电源的原因（1）现在大部分220kV变电站建设规模比较大，且为枢纽站。（2）220kV变电站主保护亦实现双重化，采用两套不同原理、不同厂家装置；断路器跳闸回路双重化；且均要求取自不同直流电源。（3）线路的两套纵联差动保护、主变压器的主保护和后备保护均分别由独立的直流熔断器供电。（4）所有独立的保护装置都必须设有直流电源故障的自动报警回路。（5）变电站综合自动化水平提高，监控系统高可靠运行要求。二、 目前单组蓄电池运行、维护存在的主要问题（1）事实证明要掌握蓄电池运行状

33、态，做到心中有底、运行可靠，必须进行全容量核对试验，然而直流系统配置一组蓄电池，给运行维护造成了极大困难。（2）就对各发供电单位已运行的各型式蓄电池统计表明，使用寿命一般为7年到10年，且这期间尚需对个别落后电池维护处理才能够保证整组蓄电池使用年限。对于仅一组蓄电池而言，整个更换期间同样要承担风险运行。三、 220kV变电站直流系统配置两组电池的必要性及优点（1）由于单组蓄电池不能很好的满足22kV变电站运行可靠性要求，且运行维护困难,故此 220kV变电站直流系统配置两组蓄电池是必要的。（2）220kV变电站直流系统配置两组蓄电池，完全满足运行要求,采用该系统对增加控制保护设备运行的可靠性有

34、较重要的意义。（3）220kV变电站配置两组蓄电池组后，从简化母线结构、减少设备造价、节约能源、避免降压装置故障开路造成母线失压，减少了电网事故和更大设备事故的发生，使直流系统进一步简化、可靠。综合上述分析，并依据电力工程直流系统设计技术规程条规定：220kV-500kV变电站应装设不少于2组蓄电池。依据电力工程直流系统设计技术规程4.3.2条规定：变电站采用两组蓄电池且采用高频开关充电装置时，宜配置2套充电装置，也可配置3套充电装置。本次设计综合考虑该变电站在电力系统中属于枢纽变，供电范围大，事故停电造成影响范围较大，因此本次设计从经济性和可靠性出发最终决定采用2组蓄电池2套充电装置。3.3

35、 直流系统基本接线方式对直流系统基本接线方式的要求是安全可靠，接线方便，供电范围明确，操作方便。直流母线的接线与蓄电池的组数、直流负荷的供电方式以及充电、浮充电设备的配置方式等因素有关。直流系统基本接线方式有单母线和单母线分段两种。按照蓄电池是否带端电池又可分为无端电池和带有端电池接线；对于无端电池接线又可分为不带降压装置和带降压装置接线；根据端电池的投入方式又可分为带端电池调节器接线和带端电池自投装置接线。端电池是指直流装置的蓄电池分为两部分，一部分是基本蓄电池组，供正常负荷时用，另一部分为参加调节的端电池，供事故时调节直流母线电压用的，比如基本电池用得过多，造成直流母线的电压下降过多时，通

36、过调节装置将端电池投上去，维持直流母线的电压水平。采用端电池能维持母线电压的稳定但是接线以及投资就会大大增加，因此目前应用最广泛的是不带任何调压装置的无端电池接线。单母接线方式单母线接线方式是只有一组母线，直流电源全部接于这组母线上，全站整个直流用电负荷都必须通过这组母线供给，正常运行时整流装置回路直接向母线输送直流电，当交流停电或是充电回路发生故障、检修时由蓄电池放电向母线输送直流电。详细接线方式如图3-1所示。图3-1 单母线接线Figure 3-1 Single busbar connection优点：接线简单、操作方便、设备少、经济性好；并且母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点:（1）可

37、靠性差。出现回路的设备进行检修或故障时，该回路要停电，直至修好，也可能是长期停电；母线检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是造成全厂或全所整个直流系统长期停电。 （2）调度不方便，且线路侧发生短路时，有较大的电流。适用范围：适用于设有一组蓄电池、两套充电装置的变电站和小型发电厂。 单母线分段接线方式单母线分段接线是有两组母线，直流电源分别接于两组母线上，两组母线都可以向全站的直流负荷提供直流电，正常运行时整流装置回路直接向母线输送直流电；当交流停电或是充电回路发生故障、检修时由蓄电池放电向母线输送直流电。且对一些特殊故障或事故状态时可达到一个可靠供电的目的。特殊故障：一组母线发生故障或检修

38、、交流断电时一组蓄电池或蓄电池回路停止运行。特殊故障时运行情况：（1）一组母线发生故障或检修，另一组母线可以向全站直流负荷输送直流电，保证全站的直流负荷不断电。（2）交流断电时一组蓄电池或蓄电池回路停止运行时，绝缘检查装置将作出监测并且分段断路器将闭合，接于另一组母线上的蓄电池组将向全站输送直流电，保证全站的直流负荷不断电。详细接线方案如图3-2所示。图3-2 单母线分段接线WZJ直流绝缘监察装置 SGZ闪光装置Figure 3-2 Single bus section connectionWZJ - DC Insulation monitoring deviceSGZ - Flash dev

39、ice 优点：接线比较简单，操作方便，可靠性有所提高；且调度方便，扩建也较方便；还有，如果出线回路较多，增加的投资比例不高。 缺点：投资和占地面积相对单母线接线有所增加。 特点：充电器和浮充电器分别接到两段母线上，蓄电池组接在每一段母线上，直流负荷双回路电源分别接在不同的分段上，能方便的形成两个互不联系的直流系统，有益于提高直流系统的可靠性，投资大，接线较单母线接线复杂，但是灵活性好，可靠性高。适用范围：适用于设有一组蓄电池和两套充电装置的大型变电站或机组较多的小型发电厂。根据电力工程直流系统设计技术规程条规定：2组蓄电池的直流系统应采用单母线分段接线（二段单母线接线），蓄电池应分别接于不同母

40、线段，二段直流母线应设联络电器，且应满足在运行中的二段母线切换时不中断供电的需求，切换过程允许2组蓄电池短时并联运行。因此本次设计宜采用单母线分段接线方式。3.4 直流系统馈电网络设计直流馈线网络有两种供电方式: 辐射供电和环形供电。在设计馈电网络时，应根据变电站的建设容量、电压等级、工程规模（机组台数和出线回路数）等条件来合理选择馈电网络形式。 辐射供电网络辐射供电网络是以电源点（即直流屏上直流母线为中心）直接向各个用电负荷供电的一种供电方式。一、辐射供电网络配置的基本原则：【2】（1）在负荷较多且分布较集中的地方宜设置直流分屏，由直流分电屏向各个负荷分别供电。例如：发电厂的厂用配电间，采用

41、保护装置下放布置的变电站的保护装置间以及控制、信号、保护装置集中布置的控制室等可设置直流分电屏。（2）下列回路应由独立的直流回路供电 信号装置单独设置点直流供电回路； 具有双重跳闸线圈和双重保护装置的电气元件，设置两组直流电源时应由独立的回路分别供电给两套装置各自动作于一组跳闸线圈； 对于具有几个绕组的变压器，应配置n+1(或n+2)回直流回路，分别供电个公共保护（如：差动、瓦斯、温度等）和每个绕组的控制及其后备保护； 对于发电机或发电机变压器组，应对主保护、后备保护、异常运行保护以及励磁设备配置二回或三回直流回路； 不同的直流回路应接于不同总熔断器的直流母线上。二、辐射供电网络有以下优点：（

42、1）减少干扰源（主要是感应耦合和电容耦合）；（2）一个设备或系统有12条馈线直接供电，当设备检修或调试时，可方便地退出，不致影响其他设备；（3）便于寻找接地故障点；（4）对用电设备而言，电缆的长度较短，压降较小。三、辐射供电网络有以下缺点：馈线数目增加，电缆总长度增加，甚至可能使直流主屏数量增加。下列直流用电设备宜采用辐射供电方式：事故照明、断路器直流动力合闸、各油泵的直流电动机、交流不停电电源装置、远动通信装置的备用电源、重要的控制回路。 环路供电网络在大型直流网络中，环形供电网络最主要的优点是节省电缆，但其操作较复杂寻找接地故障点也较为困难。由于环形供电网络路径较长，电缆压降也较大，因此它

43、多用于中小容量的发电厂和变电站。环网供电网络的设计原则如下：【2】（1）按各电器设备的布置和性质（如220、110kV配电装备和主控制室、长用配电装置、机炉控制屏等），各种不同的用电负荷（如控制信号电源、断路器的合闸网络等），各自构成独立的双回路环形供电网络。正常时应开环运行，当其一分支回路故障时，不影响整个网络的正常运行。（2）一般由直流主屏引出两回馈线，分别接到配电装置或其他供电对象网络的两端，经到开关接入其中两个间隔或屏台，然后再分别将供电对象网络串联起来，并在适当的地方用刀开关分段。当某一中间网络发生一点接地或其他故障时，可将故障段分解开，以便迅速查出故障点并及时消除故障。此时，不会影

44、响其他供电对象网络的正常运行。（3）如果配电装置间隔很多、距离很长。也可由直流主屏引接三回馈线，在配电装置中间间隔引入一回馈线，分成两个网络。（4）供电电缆截面，应按一回馈线引至最远一个用电设备间隔的距离进行计算选择。（5）其他直流用电设备，如事故照明、远动通信装置的备用电源，主控制室经常照明及电气实验室的直流实验电源等负荷，一般采用单回路供电综合上述两种供电方式设计原则和优缺点比较以及根据电力工程直流系统设计技术规程条规定：直流网络宜采用辐射供电方式, 因此本次设计该变电站的直流系统馈线网络采用辐射供电方式。4直流负荷统计4.1 负荷分类按功能分类直流负荷按功能分为：控制负荷和动力负荷。控制

45、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。这类负荷在变电站中数量多，范围广，但是容量小。动力负荷：电磁操作的断路器合闸机构，交流不停电电源装置、直流照明等大功率的负荷称为动力负荷。这类负荷在电站中容量较大，对蓄电池容量及设备选择起着决定作用，可是在变电站中主要是电磁操作机构。按负荷性质分类直流负荷按性质分为：经常性负荷、事故负荷、冲击负荷。经常性负荷：要求直流电源正常和事故情况下均应可靠供电的负荷。包括：信号装置、继电保护和自动装置、电气各热工控制操作装置、电气和热工仪表、经常照明以及其他辅助设备。事故负荷：变电站在交流电源消失后全站停电状态

46、下，必须由直流电源供电的负荷称为事故负荷。包括以下几类：事故照明、不停电电源、通信备用电源、信号和继电保护装置。冲击负荷：冲击负荷是指在极短时间内施加的很大的负荷电源，（如：断路器的合闸电流等）冲击负荷可能出现在事故初期、事故末期和事故过程中。4.2 直流负荷统计4.2.1 220kV变电站主接线分析详见附图一，图号2010311236-01。220kV系统：7条回线，1个母联断路器，1个旁路断路器，2台主变，共11个回路。110kV系统：9条回线，1个母联断路器，1个旁路断路器，2台主变，共13个回路。10kV系统：9条回线，1个分段断路器，2台主变，共13个回路。其他公用设施：闪光装置2套

47、，接地检测装置1套，同期装置1套，微机检测装置1套，UPS装置一台，UPS不停电电源：4kW。经常负荷统计表4-1 经常性负荷统计Table 4-1 Load statistics regularly负荷名称和种类信号灯和位置指示器（W）光字牌（W）经常带电继电器(W)保护和自动装置(W)220kV系统（11+13）×5=120（11×8+2×30）×0.15=666（11×7+2×8）×5=46511×50=550110kV系统（13+13）×5=13013×6××30=3

48、15（13×5+2×8）×5=40513×50=65010kV系统（4+13）×5=85113×4××30=234（13×4+2×8）×5=34013×50=650公用设备6×5=3030××30=4512×5=60分项合计365126012701850合计4745注：表4-1的负荷统计方法如下：（1）信号灯：按每回路一个统计；指示器：双母带旁路接线，出线按3个统计，主变压器按2个统计，母联兼旁路按2个统计，旁路按2个统计，主变压器中性

49、点接地按2个统计。（2）光字牌：220kV线路，每回78个；110kV线路，每回56个；635kV线路每回34个；220kV变压器，每台2530个；中央信号，2530个。（3）经常带电继电器：220kV线路，每回7个；110kV线路，每回5个；635kV线路，每回4个；主变压器每台78个。事故负荷统计 光字牌发生事故时按经常性负荷的倍统计，即：（W） 经常带电继电器发生事故时按经常性负荷的倍统计，即：（W）UPS发生事故时按下面公式进行计算，即（W）冲击负荷统计备用电源自动投入断路器的合闸电流，当断路器的合闸操作机构为电磁操作机构时，按同时合闸的各断路器合闸电流之和计算，但考虑有负荷系数的原因

50、，合闸时母线电压下降，流过合闸回路的电流也按比例下降，故需乘以一个小于1的负荷系数，一般取。【3】即： （A）各负荷支路的断路器跳闸电流，在备用电源自动投入断路器合闸的同时可能会有一些负荷支路跳闸，因此应按这些跳闸断路器跳闸电流之和计算，并乘以负荷系数一般取，。【3】即：（A）注：此处冲击负荷的断路器跳合闸电流按最大冲击计算，即全变电所断路器一起跳、合闸，如部分断路器跳合闸则进行部分计算。表4-2 断路器型号及参数Table 4-2  Circuit breaker type and parameters断路器名称型号操动机构型号合闸时间（s）固有跳闸时间（s）合闸线圈跳闸

51、线圈电压（V）电流（A）允许电压（%）电压（V）电流（A）允许电压（%）屋外SF6断路器LW2-220液压机构2202851102202651204.3 事故停电时间事故停电时间是指变电站内工作电源消失、起动、备用电源自投失败，机组失去全部交流厂用电源后所持续的时间。在该段时间内，保证机组和设备安全和处理事故所必须的一些重要负荷，将由蓄电池组供电，这一时间也称为事故时间、事故计算时间或称全厂停电时间。为了安全，国内外规定的事故停电时间各不相同。在国外，有的规定3小时 、4小时，还有的规定8小时。而我国现行规程中规定对变电所的事故停电时间取1小时。对于全所的控制、保护、信号、自动装置以及直流事故

52、照明负荷的工作时间，均按1小时计算【3】。根据电力工程直流系统设计技术规程条规定：有人值班的变电站，全站交流电源事故停电时间应按1小时计算。5 直流系统相关设备选型5.1 蓄电池的个数直流系统是变电站二次设备的生命线，直流系统故障就有可能影响到电网稳定和设备安全。电压偏差范围直流系统的电压允许偏差范围取决于直流负载的性质要求，而直流系统的实际电压偏差则由直流系统中蓄电池的容量、充放电特性、直流充电设备的性质和直接事故负荷及其放电时间决定。综合考虑之后，直流系统允许的电压波动范围如表4-2。表5-1 各装置允许电压偏移范围Table 5-1 Each device voltage deviati

53、on负荷种类负荷对电压要求（）直流母线电压允许的波动范围（）蓄电池端电压（）控制、信号和继电保护装置651208511085111直流电动机85110断路器合闸机构85110直流事故照明85105蓄电池个数选择蓄电池个数n。根据电力工程直流系统设计技术规程条规定：在正常运行情况下，直流母线电压为系统标称电压的105，即浮充电运行时，按直流母线电压为1.05Un来确定电池的个数。本站选用GFD固定铅蓄电池，单个电池的浮充电压取2.25V。（5-1）式中：蓄电池个数；直流系统的额定电压； 单体蓄电池的浮充电电压，根据电力工程直流系统设计技术规程。运用上式可得：（个）5.2 充电方式铅酸蓄电池一般有

54、初充电,浮充电,和均衡充电三种充电方式。 （1）初充电。新安装的蓄电池组进行第一次充电,称为初充电.初充电通常采用定电流,定电压两阶段充电方式。 （2）浮充电。正常运行时,充电装置承担经常负荷电流,同时向蓄电池组补充充电,以补充蓄电池的自放电,是蓄电池以满负荷的状态处于备用。单体阀控电池的浮充电呀为2.23-2.27V,通常取2.25V。 （3）均衡充电。为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象,为使其恢复到规定的范围内而进行的充电,称为均衡充电。阀控电池的均充电压2.3-2.4V,通常取2.35V均衡充电电流不大于(1-1.25) I10 Ah。【3】对于阀控式蓄电池在三种充电方式下的各

55、参数如表5-2。表5-2 阀控式蓄电池各充电状态参数Table 5-2 Valve control type battery charging status parameters 交流输入相数三相或单相额定频率50×（1±2）Hz额定电压380×（1±10）V/220×（1±10）V直流输出额定值电压220V110V48V24V电流5A、10A、16A、20A、25A、40A、50A、63A、80A、100A、125A、160A、200A、250A、315A、400A、500A初充电电压调节范围阀控式198V260V99V130V36

56、V60V18V30V电流调节范围30100浮充电电压调节范围阀控式220V240V110V120V48V52V24V26V电流调节范围0100续表5-2交流输入相数三相或单相额定频率50×（1±2）Hz额定电压380×（1±10）V/220×（1±10）V直流输出额定值电压220V110V48V24V电流5A、10A、16A、20A、25A、40A、50A、63A、80A、100A、125A、160A、200A、250A、315A、400A、500A均衡充电电压调节范围阀控式230V260V115V130V48V52V24V26V电流调节范围301005.3 铅酸蓄电池铅酸蓄电池的电气特性包括：容量特性、放电特性；而放电特性包涵持续放电特性和冲击放电特性铅酸蓄电池的容量特性电池的容量是表示蓄电池的蓄电能力。充足电的蓄电池放到规定中止电压（低于该电压放电将影响电池的寿命）时，其所放出的总电量，称为电池的容量。若蓄电池以恒定放电