变电站直流系统蓄电池容量选择探讨 王鹏洋 （广东天联集团有限公司，广东广州５１０６００） 摘要：变电站直流电源是变电站非常重要的一种二次设备，由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。直 流系统的电压水平是衡量直流供电质量的重要指标，取决于直流系统的接线方式、单个蓄电池的放电电压和 蓄电池组的电池个数。文章介绍了一种变电站直流系统蓄电池组容量、个数选择方法和设计依据。 关键词：变电站；直流系统；蓄电池容量选择；容量换量法 中图分类号：ＴＭ６２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１１）２１—００８９—０３ 变电站直流电源是变电站非常重要的一种二次设 备，由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它 的主要任务就是给继电保护、开关合分及控制提供可 靠的直流操作电源，它在发电厂和变电所中是一个独 立的电源，不受交流的影响，在全厂或全所失电的情 参数为： （１）单体电池额定电压：２Ｖ； （２）单体电 池浮充电电压：２．２３～２．２７Ｖ； （３）单体电池均衡充 电电压：２．３０～２．３５。 二、蓄电池选择及容量计算 （一）蓄电池的选择 直流系统的电压水平是衡量直流供电质量的重要 指标。直流系统的电压水平取决于直流系统的接线方 况下，仍能保证控制信号、保护、自动装置等电源及 事故处理工作，因此其性能和质量的好坏直接关系到 电网的稳定运行和设备安全。 一式、单个蓄电池的放电电压和蓄电池组的电池个数。 、蓄电池部分 阀控式密封铅酸蓄电池是近年来发展起来的新型蓄 １．蓄电池个数的选择。浮充电运行时，按直流母 线电压为１．０５Ｕ 来确定电池个数， １．０５Ｕ 电池。该类蓄电池多采用紧装配密集极板，超细玻璃 纤维作隔膜，贫电液结构。也有采用管式正极板，专 用隔板胶体电解液的富电液结构的，其基本原理都使 气体在极板间转移，促进了再化合反应，同时利用减 压阀保持电池内部有一定压力。这类蓄电池具有防酸 即 ， 一 （１） 式中：ｕ ——直流系统额定电压（Ｖ）； ｕ ——单个电池的浮充电压（Ｖ）。 按均衡充电运行的直流母线电压来校验蓄电池组的 电池个数。 对于动力专用蓄电池组，直流母线电压不宜高于 １．１１５Ｕ ，则充电电压应满足： ｎ，Ｕ １．１１５Ｕ （２） 式铅酸蓄电池的优点，而且基本上属于免维护，同时 由于没有酸雾和氢体排出，容量在３００Ａｈ以下时，可以 与成套直流电源柜一起安装在主控室，现在已广泛应 用于各类变电站中，为无人值班变电站首选蓄电池。 现变电站主要采用阀控式密封铅酸蓄电池，主要技术 （Ｖ）。 式中：ｕ ——蓄电池均衡充电时单个蓄电池的电压 着电力设备在线监测技术的发展，在线监测电力设备 的绝缘状况是历史发展的必然趋势，超高频方法在线 测量时的抗干扰能力远强于是脉冲电流法，超高频在 参考文献 …１ 王国利，郑毅，郝艳捧，李彦明．用于变压器局部放电检测 的超高频【『１．中国电机工程学报，２００２，（４）． ［２】欧阳旭东，袁鹏，林春耀，郑晓光．变压器局部放电超高频 检测方法的应用【ｌ１．广东电力，２００４，（４ 线监测方法必将成为变压器局部放电在线监测的有力 工具。ｏ 【３】李军浩，司文荣，王颂，袁鹏，李彦明．电力变压器局部放 电定位方法的现状及发展［Ｉ１．变压器，２００７，（６）． （责任编辑：赵秀娟） ２０１ １ ０７ Ｉ盈Ｉ中闯高｛瞬；岐术企业８９ 对于控制专用蓄电池组，直流母线电压不宜高于 １．１０Ｕ ，则充电电压应满足： 珂ｒ ≤１．１０Ｕ （３） 限定的放电终止电压决定了蓄电池的容量系数。所以 蓄电池的计算容量： （７） ２．蓄电池放电终止电压的校验。根据直流母线允 许的最低电压，并计算蓄电池至直流母线间的电压降 来校验蓄电池的放电终止电压ｕ 。 对动力专用蓄电池组，应满足： Ｕｄ≥ 式中 ｃ ——事故放电容量（Ａｈ）： 厂蓄电池容量系数； 耐——可靠系数，一般取 ＝１．３（６） 在式（７）中，当事故负荷在放电期间恒定不变 时，事故放电容量Ｃ 由事故放电电流 ）和事故放电 ，ｚ＿ｒ （４） 对控制专用蓄电池组，应满足： ｒ ｒ、０．８６Ｕ ｕ ｄ‘一 ｆ （５） 式中ｕ ——蓄电池的允许放电终止电压。 （－）容量计算 １．容量计算的可靠系数。在蓄电池的容量计算 中，无论采用何种算法，都应考虑适量的容量储备，即 选取合理的可靠系数。可靠系数应考虑以下三个因素： （１）温度修正系数 ，。蓄电池的额定容量是在给 定终止放电电压和环境温度下的放电容量。随着环境 温度的变化，电解液温度改变，蓄电池的放电容量也 将偏离额定值。为保证足够的容量，考虑可能的较为 不利环境温度，取温度修正系数 ＝１．０８。 （２）老化系数 。任何蓄电池，在使用过程中， 初期容量略有上升，之后要不断下降，直至下降到其 额定容量的８Ｏ％时，认为蓄电池寿命终止。为延长蓄 电池的运行期限，通常用老化系数来计及蓄电池的老 化，并且，一般取老化系数 ＝１．０８。 （３）裕度系数 。蓄电池充电一放电过程受多种 因素影响，计算时所依据的特性曲线和数据，也都存 在一定误差，同时也可能有一些不可预计的负荷。在 容量计算中，以裕度系数 来计及这些因素。并取裕 度系数 ＝１．１５。 （４）可靠系数 。。 综合上述三个因素，蓄电池容量计算的可靠系数为： ＝ ＫａＫｒ＝１．０８×１．０８×１．１５＝１．３４ （６） 取 ＝１．３。 ２．蓄电池容量计算。 目前国内常用的蓄电池容量计算方法有两种。一种 ⅡＵ容量换算法（以往也称为电压控制法）：按事故状 态下直流负荷消耗的安・时值计算容量，并按事故放 电末期或其他不利条件下校验直流母线电压水平。另 一种叫电流换算法（以往也称为阶梯负荷法）：按事 故状态下直流负荷电流和放电时间来计算容量。 本文仅介绍容量换算法： 第一，按事故状态下持续放电负荷计算蓄电池容 量。蓄电池容量取决于事故放电容量、事故放电持续 时间和限定的放电终止电压，而事故放电持续时间和 ９０ ｏ中圈高新蕊求金业２０１ １．ｏ７ 时间ｔ （｜ｉｚ）的乘积决定，即 Ｃｓ＝Ｉｓｔ （８） 当事故负荷在放电期间变化时，一般多为阶梯形 负荷曲线，当不是阶梯形时，也可近似地用阶梯形代 替。对于阶梯形负荷，可采用分段计算法计算。 如对图ｌ所示的阶梯负荷图，有ｎ个时段ｍ 、，，ｌ：… ｍｆ… ，划分为ｒ１个计算分段ｔｌ、ｔ２…ｔ。…ｔ 。 任意一个时段ｍ。的放电容量为： Ｃ ｆ＝ｌｉｔ ｆ （９） 从放电开始，到包含时段 。的任意分段ｔ。结束， 总的负荷容量为： Ｃｓｏ ｃ ：．ｎ ｒ 在计算分段 内￣Ｉ１０）ｔ －，所需要的蓄电池容量计算值为： ＝ ：… （１１） 其中容量系数 接计算分段的时间ｔ。决定。 分别计算ｎ个分段的蓄电池计算容量，然后按其中 最大者选择蓄电池，则蓄电池容量为： Ｃｃ ｍａｘＣ￣１ （１２）＇ 图１阶梯负荷分段计算的说明书 第二，放电电压水平的校验。 （１）持续放电电压水平的校验。事故放电末期， 电压将降到最低，校验是否符合要求的方法如下。 事故放电期间蓄电池的放电系数： ＝ （１３） 式中Ｃ ——事故放电容量（Ａｈ），按式（８）或 （１０）确定； ——事故放电时间（ｈ）。 根据 值，由蓄电池放电时间和电压关系曲线查出 单个电池的电压（ｕ ），然后求得蓄电池组的端电压： Ｕ＝ｎＵ （１４） （２）冲击放电电压水平的校验。冲击放电过程 中，放电时间极短，放电电流较大。尽管消耗电量很 少，但对电压影响很大。所以，在按持续放电算出蓄 电池容量后，还应校验事故放电初期、末期以及其他 放电阶段中，在可能的大冲击放电电流作用下蓄电池 组的电压水平。 首先，事故放电初期，电压水平的校验。 事故放电初期的冲击系数为 Ｋｃｈｏ （１５） 式中Ｋｒｅ，——可靠系数，通常取１．１； Ｉ ——事故放电初期冲击放电电流（Ａ）； Ｃ 。——蓄电池额定容量（Ａｈ）。 根据 。值，由蓄电池冲击放电曲线族中的“０”曲 线查得单个电池的电压值【 。，即求得蓄电池的端电压 Ｕ＝肛 ０ （１６） 式中，ｚ——蓄电池组的电池个数。 其次，事故放电过程中，包括事故放电末期出现大 冲击电流时电压水平的校验。计算事故放电过程中出 现大冲击电流时放电系数和冲击系数： Ｋｚ （１７） Ｋｃｈｓ＝Ｋ 孚 （１８） 根据冲击系数 ，查蓄电池冲击放电曲线族中对 应于 ，的曲线，求得单个电池电压 ，并由此求得 蓄电池组的端电压： Ｕｐ＝ｎＵｃｈｌ （１９） 由式（１４）、式（１６）和式（１９）求得的端电压 值应不小于要求值。 ～般情况下，事故放电初期和末期或大电流放电 阶段末期的电压水平，往往是整个事故放电过程的电 压控制点。并且分别由事故放电初期冲击系数 。和最 严重放电阶段末期的冲击系数 决定。对给定的蓄电 池，在限定的放电终止电压下，蓄电池允许的冲击电 流是一定的，因而允许的 。或 也是确定的。 再次，按电压水平计算蓄电池容量。 按电压水平计算蓄电池容量，实际上是校验电压水 平的反运算。 （１）按持续放电末期电压水平计算蓄电池容量。 事故放电末期，蓄电池的终止电压应为： （２Ｏ） 式中 ——表示电压下降的系数，对控制用电池 ＝０．８６；对动力用电池，Ｋｕ＝０．８８５。 ——直流系统额定电压。 ｎ——蓄电池个数。 设事故计算时问为ｔ ，按 和ｔ 值用容量系数曲线 确定 值。 蓄电池的计算容量 仍按式（７）或式（９）～（１１） 计算。 在按持续放电确定蓄电池容量时，如果决定 的 放电终止电压已满足电压水平要求，则在事故放电末 期，蓄电池的电压水平一定能满足要求，就不需要再 进行上述电压水平的计算。 （２）按冲击放电电压水平计算蓄电池容量。在冲 击放电电流』 作用下，蓄电池的端电压应为： ≥盟 （２１） ｎ 式中 ——表示电压下降的系数，其值根据冲击 负荷的要求确定，一般可取Ｋ Ｋ 。 冲击放电电流 所要求的蓄电池容量计算值为： ＝ 血 （２２） ＫＺ ｃ＾ 其中 为冲击系数。 如果冲击放电电流出现在放电初期，则 ＝Ｉｃｈ。， 此时根据Ｖｃ＾、ｔ 和Ｋ：０用冲击放电曲线中的（０）曲 线确定Ｋ ＝Ｋ 进而即可由式（２２）算出满足电压水 平要求的蓄电池容量。 如果冲击放电电流 是出现在以放电系数 持续 放电ｌｈ或０．５ｈ末期，则因蓄电池容量是未知数，尚不 能用式（１７）算出相应的放电系数 值。此时须用渐 近法计算：先给出一个 值，根据已知的 和 值由 冲击放电曲线确定一个对应 值的冲击系数Ｋ ＝ 再用式（２２）算出蓄电池的计算容量 ，然后计算与 对应的放电系数 Ｋ，：堡是 ｔ，Ｇ 如果 小于并接近于给定的 值，则可按算出的 值确定蓄电池的容量。否则须重复进行上述计算。 （五）直流系统需注意的相关问题 １．需多级配置防雷设备，避免雷击。 ２．防止外部交流系统的过压和矢压。 ３．做好模块的澈热和防尘，延长电子器件寿命， 保证模块可靠性。 ４．虽已采用新型阀控蓄电池，但仍需加强对蓄电 池的定期维护。 ５．注意各级自动空气开关的配合，避免越级跳 闸。ｏ 参考文献 『１】电力工程直流系统设计技术规程（ＤＬ／Ｔ ５０４４—２００４）【Ｓ】． ［２１能源部西北电力设计院．电力工程电气设计手册２：电气 二次部分 ．北京：中国电力出版社． （责任编辑：赵秀娟） ２０１ １ ｏ７ ｏ中闽高新商术硷啦９１
