变电站直流系统毕业设计论文

变电站直流系统分析与设计③任意事故放电阶段末期，蓄电池所能保持的电压。查直流系统技术规程图B.6,对应Kchm.x=0，得Ud=1.956V则： UD=103×1.956=201.468V满足86%--111%蓄电池端电压的要求。所以，此变电站中每组蓄电池采用103块单体2V阀控式密封铅酸蓄电池(胶体)，单体容量为400AH。第二节直流充电模块的选择一、近年来越来越多的变电站的蓄电池的充电设备采用智能型高频开关充电装置，充电浮充装置采用多个高频开关电源模块（N+1）并联组合供电，即在N个模块满足电池充电电流加上经常性负荷电流的基础上在增加1个备用模块，且各模块可脱离监控单元独立进行工作，充电机的可靠性大大提高。高频开关整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流—直流交换器和输出滤波器等部分组成。输出回路的作用是将交流输入电压整流滤波为平滑的高压直流电压；功率变换器的作用是将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压；整流滤波器的作用是将高频脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；开关电源控制器的作用是将输出电流电压取样来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调稳定。由于高频变压器取代了笨重的工频变压器从而使稳压电源的体积和重量大大减少。高频开关整流器和可控硅整流器相比具有以下优点：①重量轻、体积小②功率因数高③可闻噪音低④效率高⑤冲击电流小⑥模块式结构。由此可见，高频开关电源是现阶段变电站直流电源的必然选择。二、充电装置选择计算1.充电装置额定电流选择满足浮充要求Ir=0.01I10+Ijc=0.01×40+62.54=62.94A满足初充要求Ir=1.0I10～1.25I10则：40A≦Ir≦50A满足均衡充电要求：Ir=（1.0I10～1.25I10）+Ijc得：102.54A≦Ir≦112.54A2.输电压选择Ur=nUcm=103×2.4=247.2VUr——充电装置额定电压，V；n——蓄电池组单体个数；Ucm——充电末期单体蓄电池电压，V，阀控式铅酸蓄电池为2.40V；3.选择充电装置的额定电流为10A。4.此次设计为两组蓄电池配三组高频开关充电模块，模块数量为：N=I10／Ime=40／10=4Ime——单个模块额定电流N——高频开关电源模块选择数量采用N+1形式所以，选用3套高频开关电源模块，单套高频开关模块的容量为5×10A。第三节UPS不停电电源的选择UPS是UninterruptablePowerSystem（不间断电源）3个英文单词的缩写，是指当交流市电断电或其变化超出规定限额时仍能继续向用电设备提供电能的设备。一、UPS的几种工作方式介绍1.后备式UPS：在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围时，通过转换开关转换为电池逆变供电。2.在线互动式UPS：在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏高或偏低时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转变成电池逆变供电。3.在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。二、随着变电站综合自动化水平的提高，大量采用了交流控制的微机监控等智能化设备。为保证交流控制电源系统的可靠供电，通常是采用由蓄电池组、充电装置，构成的交流不停电电源系统，即UPS。到90年代末，随着高频开关变换技术的成熟，模块化的电力专用UPS电源和逆变电源在变电所中得到推广应用。它取消了内置蓄电池组，逆变器直流输入取自站内直流控制电源系统的蓄电池组，并且实现了直流与交流输入和输出的电气隔离，以及高精度的稳压稳频逆变输出。三、介绍几种电力专用UPS电源典型系统图1.电力专用UPS电源典型系统结构图图3-1典型UPS系统图电力专用UPS电源内部包含整流器、逆变器、旁路静态开关、直流逆止二极管、输入输出隔离变压器及滤波器等等单元。此系统平时由交流供电，当交流出现故障时由直流提供能量。但是当机器过载、过温或逆变器故障时都将工作于旁路状态，机器此时的输出只是经过滤波后无稳压、稳频处理的普通市电。只要电力专用UPS电源的交流输入和直流输入有一路供电正常，电力专用UPS就可输出高品质交流电源为负载提供可靠供电。2．电力专用UPS多机N+1并联热备份系统结构图图3-2UPS多机N+1系统图多个UPS模块按N+1配置，输出并联后接至旁路切换模块，正常时由并联的UPS模块向负载供电，并平均分担电流，当其中1台UPS模块故障时会自动退出运行不影响其它模块正常输出；当2台以上UPS模块故障退出，且其余工作模块出现过载时自动切换到旁路供电。当旁路切换模块故障时，可通过维护旁路向负载供电，且维护旁路回路同样具有防误操作闭锁功能。四、出于更高的可靠性考虑，此次设计的变电站采用电力专用UPS多机N+1并联热备份系统，单个模块采用由合肥阳光电源有限公司生产的型号为SL22015K3的产品。第四节通信电源的分析与设计通信电源是通信系统的重要组成部分，作为通信设备正常工作必备的基础设施，通信电源的优劣将影响到通信系统的通信质量和通信可靠性。电力通信网作为电网发展的基础设施，在保障电网安全、稳定、经济运行、提高电网信息化水平等方面发挥着越来越重要的作用。通信电源是向通信设备不间断的提供直流电或交流电的电能源，任何通信系统都离不开通信电源。通信的迅猛发展，使得通信设备对通信电源的要求越来越高，传统的相控稳压电源已不能满足现代通信对通信质量的要求，而逐渐被性能更为优良高频开关电源取代。开关电源分为AC／DC、DC／DC两大类。AC／DC交换是具有将交流变换为直流，输入为50HZ／60HZ的交流电，输出为直流电；DC／DC变换是将固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称直流斩波。DC／DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国外均已成熟和标准化，可靠性高，并已得到用户的认可。DC／DC变换器现已成功应用于电力行业。DC／DC模块可以转换成各种不同的电压，同电压等级的DC／DC变换器可以并联运行，之间可以实现自动均流。分析变电所直流操作电源和通信电源的接线特点，正常均由充电设备将交流电转换成所需的直流电，提供设备所需的电源，当交流停电时，由蓄电池保障供电；根据变电所规模和重要性不同，系统接线采用单母线或单母线分段接线方式，一组或两组蓄电池。不同点是直流操作电源和通信电源的供电电压，前者一般为220V(110V)，后者一般为48V。当前DC／DC模块的成熟发展和大量应用，给以我们一些启示，DC／DC模块的性能指标能完全满足通信设备对电源的要求，同时微机监控装置可以对DC／DC模块进行监控，安全可靠性满足要求。由此，我们提出了将变电站直流操作电源与通信电源集成的方案，将通信电源作为直流操作系统的重要负荷，根据通信负荷情况，选取适当参数和数量的的DC／DC模块将220V转换成48V,供给通信负荷用电。这样，变电所直流操作电源系统接线方式没有改变。蓄电池容量根据变电所直流负荷和通信负荷的要求设计。直流充电设备（高频开关电源AC／DC模块）采用N+1热备用方式，保证了通信设备电源的安全可靠性。此次设计的变电站的通信电源就是采用上述方式，通过大功率的DC／DC变换器实现，DC／DC变换器输入直接接在220V直流系统的母线上输出为48V直流电，由48V直流母线供给变电站通信设备。采用的DC／DC变换器为深圳格尔法有限公司生产的型号为GF-220S4840的产品。第五节直流系统中各自动开关额定容量的选择一、断路器的额定电压应大于或等于回路的最高工作电压。二、断路器的额定短路分断电流应大于通过直流断路器的最大短路电流。三、断路器额定电流计算1.充电装置输出回路断路器额定电流按充电装置额定输出电流选择即：In≧KkIm式中：Im——充电装置额定输出电流，A；Kk——可靠系数，取1.2；所以：In≧1.2×50=60A充电装置输出回路断路器额定电流取63A.选用断路器的型号为北京人们电器厂有限公司生产的GM5-63A2.控制、保护、信号回路In≧Kc（ICC+ICP+ICS）式中：In——直流断路器额定电流，A；KC——同时系数，取0.8；ICC——控制负荷计算电流，A；ICP——保护负荷计算电流，A；ICS——信号负荷计算电流，A；其中ICC+ICP+ICS=8KW／220V=36.36A则：In≧0.8×36.36=29.088AIn取32A，断路器选择北京人们电器厂有限公司生产的GM5-10A3.蓄电池出口回路情况一：断路器额定电流按蓄电池的1H放电率电流选择，即In≧I1h式中：I1h——蓄电池1h放电率电流，A，铅酸蓄电池可取5.5I10所以：In≧5.5I10=5.5×40=220A情况二：按保护动作选择性条件，即额定电流应大于直流馈线中断路器额定电流最大的一台来选择即:In＞KC4In.max式中：In.max——直流馈线中直流断路器最大的额定电流，A；KC4——配合系数，一般取2.0，必要时取3.0；In＞2.0×45.45=90.9A取两者之中大的为In=220A选择断路器的额定电流为225A，型号为北京人民电器厂有限公司生产的GMB225第四章结论此次设计的220KV变电站直流系统的主要结论如下：主接线形式为单母线分段，装有母联断路器ZK7；直流系统的工作电压220V；蓄电池采用单体2V的阀控式密封铅酸蓄电池，个数为103，容量为400AH。共配置2组；直流充电模块共有3套，每套有5个模块,每套的容量为5*10A；UPS电源采用电力专用UPS多机N+1并联热备份系统，单个模块的型号为SL22015K3；通信电源采用高频开关电源模块DC/DC变换器实现，模块的型号为GF-220S4840。直流系统的主接线图和主接线图中各断路器的型号见附图。结束语变电站直流系统在整个变电站中起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保障，因此在进行设计时，要综合考虑各种影响因素，认真细致。设计过程中我查阅了大量的书籍，上网查找了很多资料，对变电站直流系统有了比较系统全面的了解，同时也知道了一个工程的设计流程。在此要特别感谢指导老师皮薇薇对此次设计的悉心指导。由于设计者水平和条件有限，文中错误和不当之处在所难免，恳请指正。参考文献阎晓霞，苏小林。变配电所二次系统。北京：中国