变电站的直流系统

第一篇：变电站的直流系统

变电站直流监控系统的实现分析

摘

要:本文分析了建立变电站直流监控系统的意义,介绍了该系统的通道选择及系统构成, 探讨了监控器的原理, 对监控器的设计及监控中心的设计进行了说明, 以提高人们对变电站直流监控系统的认识,从而推广该系统的应用。

关键词:变电站, 监控系统,监控器, 设计 1.建立变电站直流监控系统的意义

电力系统中直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为电厂和变电站内的断路器提供合闸直流电源;故障时，当电厂和变电站用电中断的情况下，为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供工作直流电源。它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。

在有人值班的变电站，值班运行人员可对直流设备运行状态进行定期检查，基本能发现并处理其出现的异常现象。但当前电力系统推广无人值班变电站，在原管理模式下，运行维护人员获得直流系统运行的详细信息，特别是不能发现系统刚开始启动时出现的异常情况，只有当异常发展为故障时才上传调度，而此时事故已扩大。因此，如何提前发现异常情况，避免异常情况发展为故障显得很重要。

通过直流在线监控系统这一技术手段可解决这一问题。该系统的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上传到监控中心供其查询，同时调度监控中心也可以向各站发送控制命令。这样，维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控，还可以及时发现设备运行的不正常状态并及时处理，而不等其发展演变成事故。该系统的建立，可以节省人力物力，提高维护效率。

2.变电站直流监控系统通道选择

从目前变电站调度中心获取信息的途径来看，主要都是通过远动通道实现的，但是变电站上诸如遥动、遥测、遥控等等在内的一些信息都要求高效且真实可靠，如果它们也同样通过远动通道，那么必将会让其他的信息流通占据通道，甚至在数据传输较多的时候引起通道的堵塞，最终影响到电力调度工作的正常进行。因此，直流设备的相关信息的传送应该从另一个通道实现。

2.系统构成

系统包括 3 部分: 监控器是前置机系统, 负责设备数据的采集、运行状态的控制和信息的上送; 监控中心是后台机系统, 是基于 PC 机上运行的, 它负责对所有变电站的监控器发送命令, 接收其运行数据以及对数据进行处理和分析; 两者之间的数据通信依靠 modem 和电话网建立。监控中心和监控器是一对多系统。

监控中心和监控器都可以通过modem与话网相连接，这样双方能够方便的呼叫对方，并且进行信息的互传，信息的发送、命令的传输，每一个监控器都可以将数据信息情况汇报给监控中心。通过这样的系统构成，监控器是主要负责的是相关电力运行数据的采集工作和并保证信息的上传。而监控中心则主要负责发送命令并且接受数据和对已经接收的数据做分析和处理。

3.系统监控器设计

监控器在变电站系统中主要是完成对直流设备的运行状态信息的收集过程，并且将这些数据传送到其他的相关监控单元。监控器采用的是工控制机设计，这样能够直接的从设备上获得各种状态的信息数据，并且及时的对设备进行调节和控制。

监控器软件主要由通信、IO、数据收发和数据处理四大模块组成。通信模块主要是通过打开和关闭modem功能与报警系统联通，而当一旦发生任何紧急情况或者异常情况的时候可以通过监控中心完成自动拨号，并且向瓶套发送预警信息。

IO模块主要是实现人机监控界面的转换与输入，实现对各种直流设备信息的采集以及控制。数据收发模块是当各种设备已经连通之后的后期操作系统，这个系统负责是对网链上的信息数据的收发，对24小时之内的各种历史数据和报警信息的调节和命令记录。

数据处理模块属于监控软件中的核心，以为内所有的转换以及信息的收集都是为了要将这些数据进行处理最终解决问题。它能够根据事先的设定将那些已经存入数据库的相关信息放入数据库中，并等待将这些信息发送到监控中心，保证数据的更新速度。从另一方面来说，它对于接收到的数据的调控命令的分析也能够提供给IO模块使用。

4.系统监控中心的设计

监控中心主要是通过一台微型计算机实现的，而通过这一系统主要链接通信、数据库形成、主控以及报表打印四大模块。监控中心的通信模块设计和监控器的通信模块设计的主要功能是想通的，都是通过建立好的通信链，实现命令的下达，接受传送的信息。数据库模块主要是将每天采集到的信息数据整理归档的过程，对于一旦出现问题的设备或者环节能够在这个数据库中找到问题的缘由，并且能够及时的将这些问题得以解决。主控模块是监控中心的核心模块，是借助Windows操作系统，采用键盘和鼠标对其进行控制，实现信息的发送和远方信息的显示，并且能够通过系统对数据进行简单处理之后，将数据发送。当工作需要， 可以通过报表打印模块将所需要的一些历史数据以及月报表、季度报表甚至是日报表打印，通过曲线数据信息图供专业人员分析。

5.系统应用效果分析

5 .1 直流电池效率提高

直流在线监控的应用,改变了以往需要到现场,用电池巡检仪或万用表测量电池输出电压的落后方法。传统测量电池电压只是用电表测电池在浮充状态下的电池端电压，即电池在浮充状态下的化学电势。即使是一个容量较小的电池，在浮充状态下其端电压也可能是正常的，通过在浮充状态下测量电池电压来判断电池好坏的方法并不可靠。而直流在线监控系统实时监视电池充放电时电池电流及端电压的变化，通过主站OPEN3000强大的分析功能，可以从容量分析电池的优势，从而判断电池的性能。

5.2 核对性放电效率和准确性提高

为了检验其运行中蓄电池实际容量，将蓄电池组脱离运行，以规定的放电电流进，恒流放电。原先在放电试验过程中，维护人员定时记录放电电池的电压。由于传统的人工记录并不可能做到记录时间准确，特别是记录数据的事后分析，人工绘制放电曲线就显得非常麻烦。在不能完全依赖人工的前提下，系统实现核对性放电操作的实时记录要求。

6.总结

通过此系统,直流设备维护人员就可以在监控中心对各变电站直流设备运行状态进行远方监控,免去了对各个变电站的现场定检,特别是在直流设备发生运行异常时,运行维护人员能及时收到报警信号,并及时处理。总之,直流监控系统的运行,减少了工作量,提高了工作效率,达到减员增效的目的。

参考文献

[1]高凌宇.变电站直流监控系统的实现[J].中国科技财富,2011(10). [2]吴晖,梁青云.基于GPRS技术的变电站直流设备监控系统[J].电力自动化设备,2009(5).

第二篇：超级电容在变电站直流系统中的应用

2010-5-29 19:10:00 来源：

1、当前变电站直流屏存在的问题

在我国110kv、35kv、10kv终端变电站，以及厂用6kv配电系统，广泛采用了蓄电池直流屏和硅整流电容储能直流屏、作为操作、控制以及保护的电源。几十年来，较多的产品在运行中存在以下问题：

1.1镉镍蓄电池直流屏

直流母线输出220v时，一般由180只蓄电池组成。蓄电池在加工生产中不可能做到每只电池的充放电特性完全一致，虽然生产厂家在出厂时进行了匹配组合，到了用户手中就没有挑选的余地了。在使用中，用同一个充电电源，又向同一负荷放电，久而久之，个别电池由于特性差别越来越大，而影响整个装置的性能。

镉镍蓄电池在运行中，长期处于浮充状态，充电机性能的好坏，直接影响电池的寿命。一般厂家承诺电池寿命大于10年，但在实际运用中，往往只有3～5年。这是因为，如果浮充电流过大，会使电解液中的水电解成氢和氧，这两种气体混合是危险的爆炸气体，如果通风不良，有资料介绍，某无人值班变电站，曾发生直流屏爆炸的事故。

过充电还会使电池冒液。在电池外表及连接片上产生墨绿色氧化物，腐蚀构件，降低绝缘，使自放电增加。过充还会产生氧化还原反应，在负极板上生成氧化镉，减少极板有效面积，容量减小，这就是俗称的“记忆”效应。为了保持电池的容量，每年需对蓄电池进行1～2次的“活化”试验，试验必须按生产厂家规定的标准制度进行充放电，才能保证电池的有效率。作为使用维护者来说，是一个令人头痛的事情。由于镉镍电池有较硬的放电特性曲线，放电量达到80%时，电压下降也不明显。稍有疏忽，会造成电池过放电，出现极性反转而报废。由于直流屏是变电站设备中的重中之重，直接影响到变电站的安全运行。在“安全工作重于泰山”的环境下，很多单位都将直流屏列入日常必检项目进行考核。

1.2密封铅酸蓄电池直流屏：

由于镉镍蓄电池维护量大，一种免维护密封铅酸蓄电池，简称阀控蓄电池或vrla电池，开始得到广泛应用。因为是全密封电池，无须加水，这给维护带来很多好处的同时，也给观测和维护带来困难。“免维护”这一名词又给使用者带来认识上的误区，导致使用者放松对蓄电池的日常维护管理。由于阀控蓄电池在我国问世只有十年左右，至今还没有成熟的制造、运行经验。去年在深圳召开的evc会议，汇集国内蓄电池有关使用、制造的专家，总结了国内阀控蓄电池的制造、运行方面的经验，达成如下共识：

(1)阀控蓄电池的寿命：

厂家说明书将蓄电池的寿命标注为

10、

15、20年，是过分夸大了。无论进口、国产电池，实际使用后都证实了这一点。因而在说明书上标称5年比较适当;对于胶体蓄电池，如德国阳光、银彬方可用十年以上。另外厂家说明书上标注的寿命是有前提的，要在规定的运行温度，标准的充放电方式[包括负载大小] 下运行，实际上这些条件，只有在实验室才能达到。

(2)影响阀控蓄电池寿命主要有如下几个因素：

a.阀控蓄电池寿命对温度十分敏感

生产厂家要求电池运行环境温为15℃-25℃，当环境温度超过25℃后，每升高10℃电池寿命就要缩短一半，例如：对5年期寿命的电池，当环境温度为35℃时，实际寿命只有2.5年，如果再升高10℃达到45℃时，其寿命只有约1.25年了。对于处在广大的华中、华南地区来说，全年平均气温超过25℃的时间将长达3个多月，加上安装阀控蓄电池的配电室，为防小动物入室，门窗都比较封闭，室内温度还要升高，对蓄电池的运行极为不利。

b.过度放电：蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因素。这种情况主要发生在交流停电或充电模块损坏后，蓄电池组为负载供电期间。当蓄电池被过度放电到输出电压为零时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面，形成电池阴极的“硫酸盐化”。由于硫酸铅本身是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充、放电性能产生不好的影响。因此，在阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越差，其使用寿命就越短。

(3)板栅的腐蚀与增长:.板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。在开路状态下，铅合金与活性二氧化铅直接接触，而且共同浸在硫酸溶液中，它们各自与溶液建立不同的平衡电极电位。正极栅板不断溶解，特别是在过充电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，h+增加，从而导致正极附近酸度增高，反栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充电状态，那么电池的栅板就会变薄，容量降低，会缩短使用寿命。

(4)浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响：目前，蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下，只充电，不放电，这种工作状态极不合理。大量运行统计资料表明，这样会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻急剧增大，使蓄电池的实际容量(ah)远远低于其标准容量，从而导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短，减少其使用寿命。

(5)失水：

蓄电池失水也是影响其使用寿命的因素之一，蓄电池失水会导致电解液比重增加，电池栅板的腐蚀，使蓄电池的活性物质减少，从而使蓄电池的容量降低而导致其使用寿命减少。当失水5.5%时，容量降到75%;失水达到25%时，容量基本消失。

1.3电解电容储能直流屏

二十世纪60-70年代，由于电解电容储能直流系统，投资小，维护量小，在110kv以下小型变电站得到广泛的应用。经过多年的运行暴露出一个致命的缺陷：由于储能电容的容量只有数千微法，事故分闸的可靠性差。在全国范围内造成多起事故。目前，这类直流系统面临更新改造阶段。 2.超级电容用于直流屏的有关实验

超级电容器是一种专门用于储能的特种电容，实现了电容量由微法向法拉级的飞跃，是一种理想的大功率物理电源。它不需要任何维护和保养，寿命长达10年以上，用它来代替老式电容储能硅整流直流屏，和蓄电池将产生革命性的进步。

2.1、用超级电容对断路器合闸的试验：

实验地点：武汉市白沙洲水厂变电站 615柜. 高压断路器型号kyn—10—10ⅱ型

额定电压：10kv，额定电流：1000a 操作机构型号cd—10ⅱ。合闸电压直流220v，电流100a。

试验方法：模拟正常方式合闸，按下合闸接钮，记录合闸次数和电容端电压，见下列：

合闸次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

电容端电压v 245 240 235 230 225 220 215 210 203 197 190

共合闸15次，每次都合闸成功，考虑到从第9次开始电容端电压已降至额定电压-10%以下，可靠性变差，合闸速度变慢，剔除不算，因而可作如下结论：

电容充电至+10%额定电压时，可对cd—ⅱ型电磁机构可靠合闸大于8次，每次合闸使电容端电压下降5v。

2.2超级电容充电时间测试：

超级电容的初充电，如不加限流电阻，相当于发生短路。生产厂家推荐使用1000w碘钨灯作限流电阻，其冷态电阻较热态电阻小近10倍，符合电容电压上升后宜减小限流电阻的要求。以下试验数据均是串入1000w碘钨灯实测的数据。

用变电站直流电源充电：

时间(秒) 0 30 45 55 60 80 120 180 充电电流(a) 4.5 3 2.5 2 1.8 1 0.2 0.05

2.3 超级电容自放电测试

将超级电容充至242v后，与负载完全脱离，隔日同一时间测量电容端电压记录如下:

时间 6月24日 6月25日 6月26日 6月27日 6月28日

电容端电压v 260 233 212 194 178.6 δv/h 1.12 0.88 0.74 0.645

注：δv/h为电容端电压下降速度，用下降电压变化量除以小时。

小节：端电压下降速度与是否经过浮充有关，未经浮充开始几个小时达2～3v/h，既每小时下降2～3v，经过浮充半小时以后，自放电速度明显变缓，可能是电容内部电荷来不及分布均匀有关。在正常运用时，超级电容处在长期浮充状态，完全断开负载后可维持有效电压达3天(72小时)。

2.4带经常性负载的放电试验：

模拟当电网失电后，由电容放电来维持直流母线电压的试验。根据电力工程设计手册中,关于直流系统控制母线电压允许波动范围为85%～110%vn，vn=220v时，电压波动范围为187v～242v。下面是母线电压242v，电容放电至187v时，不同负载的维持时间的实测值。

小节：中小型变电站如将信号灯换成led节能灯后，控制母线电流一般小于2a，将保持30分钟的跳合闸能力。在实际运用中，将配备2只电容,一只为热备用，另一只为冷备用. 防止因雷击, 或电力系操作过电压而造成的损坏. 可将冷备用一套应急投入.

3.超级电容直流屏与蓄电池直流屏的性能对比

(1)无任何种蓄电池都需要配置一套精确的，性能优良的充放电装置。这套装置故障率相对较高，而用超级电容的直流屏可简化这套装置，降低了故障率，使成本下降。

(2)蓄电池过充电、过放电都会缩短使用寿命，而超级电容不存在过充电、过放电的问题，只需限制最高充电电压就行了。

(3)蓄电池有较大的维护量，即便是免维护蓄电池，同样需要维护;而超级电容只需定期检测其容量是否下降就行了，做到了真正意义上的免维护。

(4)蓄电池一旦过放电，要恢复其容量得充电数小时;而超级电容恢复到额定电压，仅需几分钟。单只电容合闸后端电压下降5v，数秒钟即可复原。

(5)电网停电后，直流屏依靠蓄电池放电来维持直流母线电压，电池组的能量毕竟有限。停电时间过长，会使电池的能量放完，如不加限制，必然会导致电池组电压下降到终止电压以下而受损，甚至无法再充电而报废。而超级电容当电网停电后，在带有经常性负荷的情况下仍可保证近千次的跳闸和数百次合闸。这一点对具有综合重合闸装置和备用电源自动投入装置的中小型终端变电站足矣。

如果是母线短路，引起电网电压过低，只要继电保护能正确动作，在短短的几秒钟内，更能可靠的跳闸，事故跳闸后，没有必要维持一定时间的直流供电。当事故处理完毕后，电网恢复供电，在几分钟内，又具有分、合闸能力了。

第三篇：变电站直流系统中的必需的开关电源是谁？

在变电站系统分析阶段，需要提前对系统功能进行掌握，以直流系统作为基础，要做好线路分析和布控工作，以设备调整方式为例，如果存在不合理的布控或者控制难度大的现象，则会导致直流控制系统难度比较大。在信号以及电路分析阶段必须对设备出现位置进行调整，使其适应变电系统流程要求。在安装和改造阶段，布线的控制起到突出作用，要按照运行要求进行。

实现改造评估和控制

改造后的直流系统设备经过多年的运行和发展后，对技术指标有了更高的要求，需要提前对各项参数进行调整和分析，保证操作方便、直观、此外在自动化控制和管理过程中，涉及到的养护工作比较多，设备保护功能齐全，要及时反映出故障类型，对电池进行自动化管理，如果存在管理维护不到位或者运行不稳定的现象，则直接影响正常供电，因此要提前对系统功能进行评估，掌握功能框架，保证其运行的稳定和可靠。

满足直流系统应用要求

改造后的直流系统比较稳定，性能比较好，精准度高，安全可行。在连续化大生产过程中，必须对噪音类型进行掌握，以连续化生产作为基础，最大程度降低噪音。此外需要改善值班人员的工作环境，对变电系统和设备的运行情况进行掌握，保证变电设备安全运行。由于实践阶段产生经济效益和社会效益，做好系统评估后对其进行控制和管理。

(1)原有控制系统系数比较的大，其中含有的交流成分高，尤其是变电所运行管理过程中，对成分和含量指标有严格的要求。此外在预后控制和管理阶段可能存在不同程度的损坏现象，部分设备无法正常工作，因此改造后的电源系统比较小，输出比较稳定。

(2)原有的电源控制模式比较特殊，反应时间大约为几十毫秒，输入电压如果出现突然变动，由于冲击不稳定，进而破坏二次设备。在后续应用过程中需要做好维护和保护工作。改造后应用免维护电池，平时不需要进行维护，能减少人力、物力和财力的投入。原有的电池要进行专门化设定，在适当进行保修和维护，原来的相控电源功率因数低，一般在0.7以下，效率在60%左右，而改造后的智能高频开关电源功率因数达0.9以上，效率高达94%以上。

如果电源经常出现故障，会导致操作无法运行。某工程35kV变电所由于直流系统出现故障，导致全站失电，烧毁焦炉以及管道和仪器表，造成严重的影响。针对变电站系统应用流程的要求，必须做好系统改造工作，关闭电源后，对直流系统进行调整。改造后的智能高频开关电源出口为48V，为变电站的通讯网络等提供电源，在具体设计阶段不需要另外设立电源系统，能最大程度减少投资和占用空间。此外改造后的控制母线采用不同的供电形式，能最大程度保证电源安全可靠。

第四篇：变电站直流系统设计

变电站中为控制、信号、保护、自动装置以及某些执行机构等供电的直流电源系统，通常称为直流控制电源。为微机、载波、消防等设备供电的交流电源系统，通常称为交流不停电电源。为交换机、远动等通信设备供电的直流电源系统，则称为通信电源。

在变电站中广泛采用的直流控制电源是由蓄电池组和充电装置等设备构成，是一种在正常和事故状态下都能保持可靠供电的直流不停电电源系统。交流控制电源通常是采用由蓄电池组、充电装置和逆变装置构成的交流不停电电源系统，即UPS。通信电源是由模块化的通信专用DC/DC变换器，它是从站内直流控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48 V控制电源。

从90年代开始的变电站综合自动化技术的推广应用，对直流系统提出了更高的技术要求。近年来直流系统的技术和设备发展迅速，阀控铅酸蓄电池、智能型高频开关充电装置等，具有安全可靠、技术先进和性能优越等特点，促进了直流系统的发展。

以下就变电站设计中对直流系统设计有直接影响的因素和变电站直流系统设计方案的选择进行探讨。本文便是以220KV变电站为例设计的变电站直流系统设计。

变电站直流系统功能及重要性

为供给继电保护、控制、信号、计算机控制、事故照明、交流不间断电源等直流负荷供电，220～500 kV变电站应装设由蓄电池等供电的直流系统。直流系统的供电负荷极为重要，对供电的可靠性要求也较高。直流系统的可靠是保障变电站安全运行的决定性条件之一。

目前，变电站的直流相对比较复杂，电源容量需求比较大，因此直流系统所需要费用亦比较高，少则几万，多则几十万人民币，并且由于运行环境、维护工作等方面的原因，蓄电池组的寿命亦有所限制，难以达到设计寿命，通常寿命在5～8年左右，比设计寿命少约40%以上。若蓄电池质量、运行环境、日常维护等不当则3～5年蓄电池组容量则急剧下降，难以满足设备安全生产运行，给变电站的安全生产带来极大隐患。

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。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。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。一个变电站的直流控制回路十分庞大，所以网络是否清晰和具有独立性亦十分重要。 (4)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。

2 直流系统接线

随着科学技术的不断发展，直流系统的接线方式、采用的设备也在逐年的改进和更新。在满足供电可靠的前提下，直流系统的接线应尽可能的简单、运行灵活、经济合理。

直流系统的接线方案具体要求：

(1)在满足供电可靠的前提下，接线尽可能简单，设备尽可能简化; (2)直流系统中选用的设备应是先进、可靠、经济合理; (3)选用的设备其维护工作量尽可能小; (4)供电范围明确以及操作方便。 要保障直流系统可靠地运行，首先必须有一个可靠的直流系统接线方案。其中包括直流母线的接线、直流电源的配置和直流供电网络的构成。其次，要合理地选择直流系统中采用的设备，包括蓄电池、充电和浮充电设备、开关设备、保护设备、动力和控制电缆等。 2.1 直流母线接线

220～500 kV变电站常用的直流母线接线方式有单母线分段和双母线两种。

(1)单母线分段接线的特点：①每回路只需一组母线开关，设备少，投资小, 接线简单、清晰，直流屏内布线方便;②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。

2.双母线接线的特点：①每回路设有两组母线刀开关(或一组切换式刀开关)，可任意接到一组母线上;②供电可靠性较高，但投资较大。 単母分段接线如图1所示。

综上所述，双母线接线比单母线分段接线，母线刀开关用量大，直流屏内设备拥挤，布线困难，检修、维护也不方便。故220KV变电站采用单母线分段接线。 2.2 直流系统的电源配置

直流系统中的主要电源是蓄电池组，其次是充电和浮充电设备。变电站中的蓄电池在正常情况下以浮充电方式运行，直流负荷实际上由浮充电设备供电，蓄电池处于浮充电状态。合理的配置蓄电池及充电浮充电设备有利于提高直流系统的可靠性。

220V和110V直流系统应采用蓄电池组;48V及以下直流系统可采用蓄电池组,也可采用由220V或110V蓄电池组供电的电力直流电源变换器(DC/DC变换器)。 直流系统为单母线分段接线时，蓄电池组及充电装置的连接方式如下: (1)一组蓄电池一套充电装置时，二者应接入不同的母线段;

(2)一组蓄电池两套充电装置时，两套充电装置应接入不同的母线段，蓄电池组应跨接在两段母线上;

(3)两组蓄电池两套充电装置时，每组蓄电池及其充电装置应接入不同的母线段; (4)两组蓄电池三套充电装置时，每组蓄电池及其充电装置应接入不同的母线段，第三套充电装置应经切换电器可对两组蓄电池进行充电。 2.3 直流馈线网络

直流馈线网络有两种供电方式: 辐射供电和环形供电。

为简化设备，220KV变电站直流系统一般采用环形供电网络，即直流动力负荷和控制负荷都采用环形供电网络。在变电站内设动力和控制小母线，在各直流负荷之间形成环形供电网络，每个环的电源回路接到两段母线上。若220KV变电站为全户内式，220 KV及110KV配电装置均采用气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)，二次设备置于GIS室内，则直流馈线应分别引至各配电装置处各自形成环网。由于GIS二次回路所需直流电源较多，故在设计时应考虑足够的直流馈线数量。

500KV变电站对直流供电网的可靠性要求更高，结合对控制电源双重化的要求，一般采用辐射状供电。为了简化供电网络，减少馈线电缆数量，可在靠近配电装置处设直流分屏，每一分屏由2组蓄电池各用1条馈线供电。

3 直流系统工作电压

220～500KV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。

以往设计的220KV及以下电压等级的变电站，大多数为带电磁操作机构的断路器，需要直流动力合闸电源，在这种情况下，满足直流动力回路电压的要求，降低直流动力电缆的投资，成为影响直流系统额定电压选择的主要因素，因此，以往设计的变电站中多数采用了220 V的直流系统。20世纪80年代以来，在220～500KV变电站中，110KV及以上电压等级的断路器多采用气动或液压操作机构，10KV断路器采用弹簧操作机构，这样就不需要直流系统提供动力合闸电源了，因此，满足直流动力回路电压的要求和降低直流动力电缆投资，就不再是确定直流系统额定电压的主要因素。

但是，根据现在220～500KV变电站的发展及其特点，由于220～500KV变电站占地面积大，被控对象远，控制回路电缆长，所以满足控制回路电压的要求，降低控制电缆的投资就成为确定500KV变电站直流系统额定电压的主要因素。在相同操作功率下，220V控制电缆中的电流比110V控制电缆中的电流要小一倍，同时也降低了控制电缆中的电压降，从而也降低了电缆截面的要求，减少了控制电缆的投资。 由此可见，对于采用220V的直流系统工作电压，不仅可以选用较小的电缆截面，降低电缆的投资，还可以节省有色金属。故对于本系统220KV变电站采用220V的直流系统工作电压。 4 蓄电池选择及容量计算 蓄电池是一种储能装置，它把电能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。

4.1 220KV变电站直流系统蓄电池组数的确定 近年来，随着电力系统对直流电源可靠性要求的进一步提高，虽然直流系统在接线方式、网络布置及充放电设备性能要求等方面进行了完善和加强，但现行规定不能满足目前220KV变电站对提供高可靠性直流电源的要求，对掌握蓄电池工作状态及运行、维护不利，在交流失电状态下，可能因蓄电池电源瓶颈问题，而扩大事故。

l. 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告警回路。

(5)变电站综合自动化水平提高，监控系统高可靠运行要求。 2. 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。 3. 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220KV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的发生，使直流系统进一步简化、可靠。

因此， 根据现在220KV变电站对直流电源可靠性要求进一步提高，及蓄电池运行、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、维护简便。 4.2 蓄电池的分类

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，而节省材料,铅资源丰富、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，会使电池室中才能在爆炸的危险，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，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，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压措施，如:加端电池,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，故就不需要加装端电池了。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。

综上比较，选用铅酸蓄电池中的阀控式密封铅酸蓄电池。 4.3 阀控式密封铅酸蓄电池组的电池个数的选择

1.阀控铅酸蓄电池一般有初充电,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压为2.2～2.3V,通常取2.25V，浮充电流一般为(1～3) /Ah。

(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。 2.电池个数的选择

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，蓄电池个数设为N，则

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，阀控蓄电池浮充电电压为2.23～2.27V，一般取2.25。 3.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 不应低于蓄电池放电终止电压 (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% 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

对于控制负荷专用蓄电池组，事故放电末期允许的最低端口电压

4.4 蓄电池容量的计算 1.铅酸蓄电池的电气特性 (1)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。充足电的蓄电池放电到规定终止电压(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电流I(A)放电，放电到容许的终止电压的时间为t(h)，则对应容量C(Ah)为

C=It 反应蓄电池放电到规定的终止电压的快慢称为放电率，放电率用时率(h率)和电流率(I率)表示。

蓄电池的实际容量并不是一个固定不变的常数，它受许多因素的影响，主要有放电率、电解液密度和电解液温度。电解液温度高，容量就大;电解液密度大，容量就也大;放电率对容量的影响更大，例如，某一铅酸蓄电池，当以10A率(10h)进行放电时，到达终止电压1.8V所放出的容量 为100Ah;当以25A率(3h率)进行放电时，到达终止电压1.8V所放出的容量 为75Ah;当以55率(1h率)进行放电时，到达终止电压1.75V所放出的容量 为55Ah。可见,放电电流大,放电时间短,放出电量少,故电池容量少.这是因为放电电流过大时,极板的有效物质很快就形成了硫酸铅,它堵塞了极板的细孔,不能有效地进行化学反应,内阻很快增大,端电压很快降低到终止电压。

我国电力系统常用温度在25摄氏度,10h率放出的容量 作为铅酸蓄电池的额定容量,那么,上述那一铅酸蓄电池的额定容量就是100Ah。 按有关规定蓄电池的额定容量有: 10,20,40,80,100,150,200,250,300,350,400,500,600,800,1000，2000,3000Ah。 蓄电池容量的这种特性用容量系数 表示

式中 -任意时率放电的允许放电容量; -蓄电池的额定容量。 (2)放电特性. 1)持续放电特性.为了分析电池长期使用之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,为核对电池的容量,需要对电池进行放电.阀控电池不同倍率的放电特性曲线如图1-1所示。

图1-1 从图1-1出,蓄电池放电初期1h内的端压 降低缓慢,放电到2h之后端电压降低速率明显增快,之后端压陡降.端电压的改变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,目的使正极活性物质中保留较多的 粒子,便于恢复充电过程中作为生长新粒子的结晶中心,以提高充电电流的效率。 图1-1中I10为10h率放电电流,可见 ～ 放电曲线比 ～ 放电初期端压和中期端压变化速率变化大,其原因是电池极化作用随电流增加而变大。

2)冲击放电特性.冲击放电特性表示在某一放电终止电压下,放电初期或1h放电末期允许的冲击放电电流。冲击电流一般用冲击系数表示,冲击系数表示式 为

式中 -冲击系数;

-冲击放电电流; -10h率放电电流。

图1-2 图1-2中浮充曲线是指电池与充电装置并联运行时,承受短时间冲击放电电流时蓄电池的端电压,其中实线为电池未脱离浮充电系统的端电压,虚线为电池刚脱离浮充电系统的电压。

图1-2中持续放电曲线是指不同放电电流时,立即承受短时间冲击的电压变化曲线,冲击放电曲线的冲击时间为10～15s.曲线中“0”曲线是电池完全充足电后,脱离充电系统,待每个电池电压下降且稳定在2.06～2.10V时,进行冲击放电的电压变化曲线。

从图1-2中可以看出,浮充电状态下放电端电压变化较慢,断开浮充电源立即放电端电压变化较快,而以 电流持续放电下冲击放电电压变化更快,大放电率冲击放电端电压变化最快。

2.220KV变电站蓄电池个数的选择及容量计算

某城区220KV有人值班变电站为集控中心站，主变为4×240MVA，220KV电气主接线为双母线三分段接线，出线10回;110KV电气主接线为双母线双分段接线，出线16回。该变电站继电器室布置在主控楼二层，设有专用蓄电池室，布置在主控楼一层，二者距离约30m，该所直流负荷统计如下： 经常负荷：8KW 事故照明负荷：3KW UPS不间断电源：10KW 断路器合闸：220V,2A 断路器跳闸：220V，2.5A

(1)直流负荷按功能分，有控制负荷和动力负荷。

控制负荷：电气和热工的控制、信号装置、自动装置以及仪表等负荷;

动力负荷：各类直流电动机、断路器操动机构的合闸机构、交流不停电电源装置和事故照明等负荷。

(2)该所直流负荷统计表如下：

序号 负荷名称 计算容量 KW 计算电流A 经常电流A 事故放电时间电流A 随机或事故末期

初期 0-1min 1-60min 1 经常负荷 8 36.4 36.4 36.4 36.4 2 事故照明负荷 3 13.6 13.6 13.6 3 UPS不间断电源 10 45.5 45.5 45.5 4 断路器合闸

2 5 断路器跳闸

2.5

2.5 6 电流统计(A)

=95.5 =95.5 =4.5

7 容量统计(A)

95.5 8 容量累计(Ah)

=95.5 解：1) =1.05×220/2.25=103

为保证蓄电池供电的可靠性，故选N=103+1=104个单体电池。

2)假设该蓄电池组仅带控制负荷，事故放电末期允许的最低端口电压

=0.86×220/104=1.82V

只要对控制负荷专用蓄电池组最低端口电压满足要求，对于动力负荷专用蓄电池组的最低端口也满足要求，因为动力负荷的 ,即其电压系数比较大。

由于蓄电池在事故放电允许的最低端口电压 不应于蓄电池放电终止电压 (1.75～1.8V)，即 大于或等于 。又1.82>1.8V，满足大于蓄电池终止放电电压的要求。

3)由事故持续放电1h及放电最低电压1.82查图，可得容量系数 =0.56 ， 是以额定容量 为基准的放电容量的标么值,即 。 故蓄电池的容量为

式中： -蓄电池10h放电率计算容量，Ah;

-可靠系数，取1.4;

-事故全停状态下持续放电时间x(h)的放电容量;

-容量系数。

=1.4×95.5/0.56=238.75Ah

所以，选择蓄电池的额定容量 =250Ah。 4)电压校验

① 首先校验事故放电初期(1min)承受冲击放电电流时，蓄电池所保持的电压。

-事故放电初期(1min)冲击放电电流值，A;

-事故放电初期(1min)冲击放电系数;

-蓄电池10h放电率标称电流，A; I10=250/10=25A =1.10×95.5/25=4.2

计算出的 在图1-2的“0”曲线查出的单体电池的放电电压值 ， =2.02V，计算蓄电池组出口端电压 为

N-蓄电池组的单体电池个数;

-承受冲击放电时的单体电池的放电电压，V。

=104×2.02=210.08V,为额定电压的95%。故满足86%～111% 蓄电池端电压的要求。

② 校验事故放电末期承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压。

-任意事故放电阶段，10h放电率电流倍数，即放电系数;

-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;

-x事故放电末期冲击放电系数;

-x事故放电末期冲击放电电流值，A =1.10×95.5/1×25=4.

2=1.10×4.5/25= 0.2

计算出的放电系数 和冲击放电系数 ，在图1-2中可根据 ，即 值查出相应的曲线，在该曲线上再用 =0.2值，查出单体电池放电电压值 =1.83V，计算蓄电池组出口端电压为

=104×1.83=190.32(V)，为额定电压的86.5%,故满足86%～111% 蓄电池端电压的要求。

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，直到母线电压满足为止。

第五章 直流充电模块的选择 5.1 充电装置的配置

充电装置的型式有高频开关和晶闸管两种。高频开关自1992年问世以来，技术技能逐步提高，体积小、重量轻、效率高和使用维护方便，并且可靠性和自动化水平高，已得到广泛应用;晶闸管电装置，接线简单，价格也比较便宜，也同样得到应用。设计中可根据具体情况选用。 1.充电装置的配置的要求：充电装置应按蓄电池组配置当变电站仅设一组蓄电池时，应配置两套充电装置;当变电站设有两组相同电压、相同容量的蓄电池时，应配置两套或三套充电装置。 2.充电装置的配置的原则：如果采用晶闸管充电装置，原则上可配置1套备用充电装置，即：1组蓄电池配置2套充电装置,2组蓄电池可配置3套充电装置;高频开关充电装置，其可靠性相对较高，且模块冗余、可更换，所以，原则上不设整套装置的备用，即：1组蓄电池配置1套充电装置，2组蓄电池可配置2套充电装置。

3.充电装置是保证蓄电池可靠运行的主要设备，特别是阀控式蓄电池对充电装置性能的要求更高。以往的变电站的充电装置多采用晶闸管整流装置，近年来越来越多的变电站采用智能型高频开关充电装置，且运行情况良好。智能型高频开关充电装置具有技术先进、性能优越和体积小等优点。

故选用两组高频开关充电装置。 5.2 高频开关充电模块工作原理

高频开关充电模块由交流输入滤波、整流单元、高频逆变单元(DC/AC)、直流输出滤波、PWM脉宽调制单元和监控单元等组成。

交流工作原理：交流电输入到模块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。 5.3 充电装置高频开关电源充电模块数量选择

高频开关电源充电模块额定电流有多种规格，220V有

5、

10、

15、20、

25、30、40A。充电装置由多个模块并联组成，一般采用N+1备份冗余方式，这是因为一个模块故障不影响整组充电设备的正常工作。 充电模块数量与充电装置输出电流有关，充电装置最大输出电流满足均衡充电和直流系统经常负荷的供电要求。

本变电站设计配置两组蓄电池和两套充电装置，两套充电装置的容量相同。则有

-每组充电装置的计算电流;

-经常负荷电流; N-电源充电模块数量;

-电源充电模块额定电流;

n-电源模块冗余量，一般模块少于或等于6块时，n=1;大于6块时，n=2。 据以上公式得 =1.4[1.25*25+36.4]=94.71A;N=94.71/20+n=5+1=6。 220V直流系统单母分段接线图，如下所示：

第六章 UPS不停电电源的选择

交流不间断电源系统的英文缩写为UPS(Uninterrupted power supply)，以下简称为UPS系统。

6.1 UPS的构成与工作原理

UPS的构成：它由整流器、逆变器、旁路隔离变压器、静态开关、手动切换开关、控制及同步电路、直流输入电路、交流输入电路、交流输出电路等部分构成。

UPS的工作原理：平时由交流工作电源供电，经整流、逆变后提供交流220V恒频、恒压电源;当交流电出现故障时由直流提供能量。因此，只要UPS电源的交流输入和直流输入有一路供电正常，UPS就可输出高品质交流电源为负载提供可靠供电。

6.2 变电站UPS的配置方式

变电站UPS的配置方式：有分散和集中两种配置方式。分散配置，就是根据需要，变电所的计算机监控装置、远动装置、自动化仪表、继电保护等分别设置小容量的UPS，各种装置的UPS之间没有联系;集中配置，就是全所设一套公用的UPS，为所有设备提供不间断的交流电源。这两种配置方式，在实际工程中都有应用。

分散配置的优点：(1)接线简单，投资小;(2)UPS装置故障时影响小。 分散配置的缺点：(1)UPS供电的可靠性不高;(2)小容量(2KW以下)的UPS往往内部自备蓄电池，事故时一般只能保证15min全负荷的供电，不能满足事故供电0.5h的要求;(3)互为备用性差。

集中配置的优点：其容量较大，供电的可靠性较高。对UPS系统的各项技术要求容易满足，整体的可靠性较高。

集中配置的缺点：UPS系统接线复杂。投资较大。

采用哪种配置方式要视工程的具体情况而定。一般情况下，对220KV变电所UPS负荷较大，宜设置全所集中公用的大容量UPS系统，并按双重化原则配置。 6.3 UPS容量选择

在选择UPS的额定容量时，除了按负荷的视在功率计算外，还要计及动态(从0～100%突变)稳压和稳频精度的要求，以及温度变化、蓄电池端电压下降和设计冗余要求等因素的影响。

考虑到以上影响UPS容量的因素，则

式中： -UPS计算容量(KVA);

-动态稳定系数，取1.1～1.15;

-直流电压下降系数，取1.1;

-温度补偿系数，取1.05～1.1;

-设备老化系数及设计裕度系数，取1.05～1.1;

-全部负载的计算功率(KW);

-负载功率因数，为0.7～0.8(滞后)。

则可靠系数 = =1.33～1.530,取可靠系数平均值 =1.43和 =0.7，由公式可得

=2.04 =2.04×10=20.4KVA 6.4 UPS电源系统接线方案

UPS电源依据不同的负载及用户要求，可以组成单机及各种冗余备份电源系统，保证系统运行稳定、可靠，给负载提供优质的不间断电源。

结合220KV系统UPS负载的实际情况以及供电可靠性问题，选用UPS多机N+1并联冗余配置。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，并平均分担负荷电流。当其中一台UPS模块故障时会自动退出运行，不影响其他模块的正常输出;当两台以上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。 根据UPS的容量及其接线方案，选择3台型号为SWB—15KT/DC220(3/1)的UPS。(SWB—B系列 ;15K—容量为15KVA; T—直立式架构;DC220—直流输入电压为220V;3/1—输入输出形式为三入单出)

第七章 通信直流变换器的选择

由于本220KV变电站的直流负荷中没有通信负荷，故不需要进行选择，仅是对通信部分进行了解。 发电厂、变电站必须装设可靠的通信直流电源系统，以确保通信设备的不间断电源，尤其要保证在电网或发电厂、变电站发生事故时不中断通信供电。 发电厂、变电站的通信负荷主要是：

(1)生产行政电话机、网络控制室、单元控制室、调度呼叫转移系统等; (2)电力载波机、光纤通信设备、微波和其他通信设备。

根据《220KV—500KV变电站设计技术规程》规定：为保证重要变电所通信设备不间断供电，应根据通信设备的供电电源要求，设置通信专用的蓄电池或由交流不停电电源供电。

通信电源系统主要由四部分构成：交流配电单元、整流单元、直流配电单元、蓄电池直流电源单元。

采用由蓄电池组构成的直流电源系统，具有很高的可靠性，但代价是设备投资增加，并需要专业人员维护。随着变电站综合自动化技术的发展，模块化的通信专用DC/DC变换器在变电站中已得到广泛应用，模块化的通信专用DC/DC变换器是从站内直流控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48V控制电源。

第八章 直流系统中各自开关额定容量的选择

根据有关规定，蓄电池出口回路、充电装置直流侧出口回路、直流馈线回路和蓄电池试验放电回路等，应装设保护电器。 8.1 直流断路器的选择

直流断路器应具有速断保护和过电流保护功能。可带有辅助触点和报警触点。 直流断路器的选择: 原则一：额定电压大于或等于回路的最高工作电压。 原则二：额定电流应大于回路的最大工作电流。

(1)对于此220KV变电站，直流断路器的额定电压大于或等于220V即可。 (2)直流断路器的额定电流 1)充电装置输出回路

断路器的额定电流按充电装置额定输出电流来选择，即

式中 -直流断路器的额定电流，A; -可靠系数，取1.2;

-充电装置额定输出电流。

=1.2×100=120A

故选择型号为GMB225—125A，即额定电流为125A的壳架等级额定电流代号为225的三段保护的固安详微型断路器。 2)蓄电池组出口回路

① 断路器的额定电流按蓄电池的1小时放电率电流选择，即

式中 —蓄电池1小时放电率电流，A，铅酸蓄电池可取5.50I10 =5.5×25=137.5A

② 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

式中 -直流馈线中直流断路器最大的额定电流，A; -配合系数，一般可取2.0，必要时取3.0。

=2.0×25=50A 取以上两种情况中电流最大者为断路器额定电流，因此取 =137.5A。 故选择型号为GMB225—140A，即额定电流为140A的壳架等级额定电流代号为225的三段保护的固安详微型断路器。 3)直流馈线回路

对于直流负荷按平均分配于两段母线的原则。

①经常负荷 选择型号为GM5—20A，即额定电流为20A的设计序号为5固安详微型断路器。

②事故照明负荷 选择型号为GM5—10A，即额定电流为10A的设计序号为5固安详微型断路器。

③UPS不间断电源 选择型号为GM5—25A，即额定电流为25A的设计序号为5固安详微型断路器。

4)断路器电磁操动机构的合闸回路和跳闸回路

式中 -直流断路器额定电流，A; -配合系数，取0.3;

-断路器电磁操动机构合闸电流或跳闸电流，A。 ①合闸回路 =0.3×2=0.6A ②跳闸回路 =0.3×2.5=0.75

故合闸回路和跳闸回路都选择型号为GM5—1A，即额定电流为1A的设计序号为5的固安详微型断路器。 8.2 刀开关的选择

原则一：额定电压应大于或等于回路的最高工作电压。 原则二：额定电流应大于回路的最大工作电流。 直流母线联络电器(隔离开关)的选择: (1)对于此220KV变电站，直流母线联络电器(隔离开关)的额定电压大于或等于220V即可。

(2)直流隔离开关，额定电流按以下原则计算

按较大电流的母线上供电的负载工作电流选择，即

(1-24)

式中 -较大电流的母线段上全部负载的工作电流之和; -同时系数，取0.5～0.6。

=0.5×50=25A

故选择型号为GMG—125A，即壳架等级额定电流为125A的固安详隔离开关。

第九章 结论

本次设计题目是220KV变电站直流系统设计。设计方案为：采用单母分段的接线方式;系统电压采用220V;蓄电池采用阀控式密封铅酸蓄电池，浮充电方式运行，浮充电电压为2.35V;蓄电池容量选择250Ah，单体蓄电池个数为104个，电压校验结果满足要求;选取两组高频开关式充电装置，每组充电模块为6，共12个，额定工作电流20A;采用UPS多机N+1并联冗余配置，选择3台型号为SWB—15KT/DC220(3/1)的UPS;蓄电池出口回路、充电装置出口、直流馈线回路、两段母线之间进行了开关的选择。

第五篇：精解变电站直流系统接地的危害及查找方法[范文模版]

变电站在输变电工程里、电力系统中举足轻重，其的安全运行有着至关重要的作用。直流系统接地对我们设备安全稳定运行有着很大的危害，由于目前直流系统按照地方单位各自习惯管理使其专业划分不明确，造成每个单位一次专业或者二次专业管理直流系统不一致的想象，但作为继电保护专业的人员都应该具备其查找方法和及时排除故障能力。

直流接地的危害

直流系统一点长时间接地是不允许的，直流正极接地有造成保护误动的可能,因为一般跳闸线圈(如出口中间继电器线圈和跳合闸线圈等)均接负极电源，若这些回路再发生接地或绝缘不良就会引起保护误动作。直流负极接地与正极接地同一道理，如回路中再有一点接地就可能造成保护拒绝动作(越级扩大事故)。因为两点接地将跳闸或合闸回路短路，这时还可能烧坏继电器触点。

变电站直流系统以蓄电池储存能量，以充电机补充能量，向全站保护、监控、通讯系统源源不断的输送电能，确保其安全、稳定、可靠运行。

绝缘特点：直流系统是绝缘系统，正常时，正、负极对地绝缘电阻相等，正、负极对地电压平衡。

发生一点接地时，正、负极对地电压发生变化，接地极对地电压降低，非接地极电压升高，在接地发生和恢复的瞬间，经远距离、长电缆起动中间继电器跳闸的回路可能因其较大的分布电容造成中间继电器误动跳闸，除此之外，对全站保护、监控、通讯装置的运行并没有影响。

但是，存在一点接地的直流系统，供电可靠性大大降低，因为在接地点未消除时再发生第二点接地，极易引起直流短路和开关误动、拒动，所以直流一点接地时，设备虽可以继续运行，但接地点必须尽快查到，立即消除或隔离。

直流接地形式

按接地点所处位置的不同，可将直流接地分为室内和室外两种形式，按引起接地的原因，又可分为以下几种形式：

由下雨天引起的接地

在大雨天气，雨水飘入未密封严实的户外二次接线盒，使接线桩头和外壳导通起来，引起接地。例如瓦斯继电器不装防雨罩，雨水渗入接线盒，当积水淹没接线柱时，就会发生直流接地和误跳闸。在持续的小雨天气(如梅雨天)，潮湿的空气会使户外电缆芯破损处或者黑胶布包扎处，绝缘大大降低，从而引发直流接地。

由小动物破坏引起的接地

当二次接线盒(箱)密封不好时，蜜蜂会钻进盒里筑巢，巢穴将接线端子和外壳连接起来时，

就引发直流接地。电缆外皮被老鼠咬破时，也容易引起直流接地。

由挤压磨损引起的接地

当二次线与转动部件(如经常开关的开关柜柜门)靠在一起时，二次线绝缘皮容易受到转动部件的磨损，当其磨破时，便造成直流接地。

接线松动脱落引起接地

接在断路器机构箱端子排的二次线(如10kV开关机构箱内的二次线)，若螺丝未紧固，则在断路器多次跳合时接线头容易从端子中滑出，搭在铁件上引起接地。

插件内元件损坏引起接地

为抗干扰，插件电路设计中通常在正负极和地之间并联抗干扰电容，该电容击穿时引起直流接地。

误接线引起接地

在二次接线中，电缆芯的一头接在端子上运行，另一头被误认为是备用芯或者不带电而让其裸露在铁件上，引起接地。在拆除电缆芯时，误认为电缆芯从端子排上解下来就不带电，从而不做任何绝缘包扎，当解下的电缆芯对侧还在运行时，本侧电缆芯一旦接触铁件就引发接地。

直流接地查找

查找方法

直流回路数量多、分布广，接地点不好查，相对有效的方法是拉路试探法。即分别对每路空气开关或熔断器拉闸停电，若停电后直流接地现象消失，说明接地点位于本空气开关控制的下级回路中;若现象继续存在，说明下级回路没有接地。

通过拉路寻找，可将接地点限定在某个空开控制的直流回路中，再通过解开电缆芯，将接地点限定在室内或室外部分;再通过拔出插件，可将接地点限定在插件内和插件外。经过层层分解、一段段排除，最终可将接地点定位于一段简单回路中，再用摇表对回路中的每根接线摇测绝缘，把接地点进一步限定在几根导线或几颗端子上，通过仔细观察，反复触摸，接地点终会“原形毕露”的。

查找步骤

直流系统中的空气开关或熔断器是分层分级配置的，一般由总路空开、分路空开串联而成，两级空气开关将直流回路分成了三段。两级空气开关分别是直流屏总路空气开关和各设备分路空气开关，三段回路分别是直流母线及其引出线回路、总路空开馈出的电缆和桥接母线回

路、分路空开馈出的保护、控制、监视、储能回路。其中，第三段回路数量最多、接线最复杂、接地几率最高，几乎所有的直流接地都出现在这一段。

查找要求

要想尽快找到接地点所属空开，接地的确切位置和确切原因，就必须对三段回路的构成、作用和现场具体位置十分熟悉，所以查找直流接地的第一步就是熟悉现场直流系统接线。只有熟悉了接线，心中有了数，才能在拉路寻找时不漏拉、不错拉、不重复拉。

定位到分路空气开关

找出总路空开下级串接的所有空气开关(或熔断器)，顺序：按照先信号后控制、先室外后室内的原则排出拉路顺序。

对于信号回路，如测控装置电源空开、遥信电源空开、通讯电源空开，其不影响故障跳闸，只涉及监控、指挥信号，可最先拉。如果接地点就在这些空开控制的回路，就免除了对重要回路(控制回路、保护回路)的短时停电。

对于保护控制回路空开，直接影响到系统安全，拉路时间越短越好，需控制在3秒以内，拉路顺序可按其对应一次设备实时潮流大小来排序，先拉负荷轻的空开，再拉负荷重的空开。如果拉开某路空气开关后，接地极母线对地电压立刻升高到110V左右，则接地点就位于该空开控制的下级回路之中。

找出接地的确切位置和确切原因

定位到分路空开后，应向调度申请，断开该路空开，这样其余直流回路就恢复到正常状态，再拆除监视直流母线对地电压的万用表或电压表，投入绝缘检测仪。由于空开已断开，下级回路不带电，用万用表监视回路对地电压的方法发挥不了作用，所以对下级回路接地点使用摇表来查找。

①按室内室外分段查找

现场统计资料显示，运行中变电站出现的直流接地点绝大部份在室外，所以分段查找时，重点还是查室外部分。可以先将本回路涉及的二次设备接线盒一一打开，仔细检查，看盒子内有无积水、有无潮气、有无电缆头破损进水、有无芯线绝缘皮裂口、有无动物巢穴、有无接线脱落、有无备用芯搭铁等等，或许就会发现接地点。

本回路中，已没有空气开关可拉，接地点的进一步分区和判断只有靠解开电缆芯线，此时需要注意的是，解线前应将端子排号、端子两侧接线编号详细记录在安全措施票上，防止恢复接线时出错。依次解开控制室到场地直流电缆芯线，每解开一根电缆，就用摇表在端子排测量接地极对地绝缘电阻，若绝缘恢复，说明接地点在本电缆和电缆对侧回路之中。若解开所有电缆后绝缘仍没有变化，说明接地点位于保护屏内部。

②室内接地点查找

接地点位于保护屏内时，依次拔出装置插件，测量端子排接地极对地绝缘电阻，若绝缘恢复，说明接地点就在对应插件中。若绝缘没有变化，说明接地点位于保护屏端子排、端子排引出屏间直流电缆和屏内布线中，用摇表对屏内直流回路的每颗接线端子摇测绝缘，找出接地的那几颗端子，对端子金属部分、连接线部分仔细观察，反复触摸，找出接地点。

总结

直流系统接地对我们设备安全稳定运行有着很大的危害，由于目前直流系统按照地方单位各自习惯管理使其专业划分不明确，造成每个单位一次专业或者二次专业管理直流系统不一致的想象，但作为继电保护专业的人员都应该具备其查找方法和及时排除故障能力。