麥少銳

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東河源517000）

1 直流系統(tǒng)的電壓選擇

為了能更直觀地反映出電壓選擇后如何選擇充電機(jī)或蓄電池，本文參考220 kV升平站所用直流系統(tǒng)DC 220 V。直流系統(tǒng)選擇220 V電壓等級(jí)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）220 kV變電站采用智能化控制，被控制的對(duì)象如智能終端裝置及各開關(guān)場(chǎng)所的智能控制器，距離相對(duì)較遠(yuǎn)，在輸出功率相同時(shí)，控制電纜中的負(fù)荷電流220 V相比110 V少一半，減少了控制電壓的壓降，所以在距離較遠(yuǎn)的情況下，為滿足電壓質(zhì)量和幅值要求，控制電纜一般采用4 mm2，這樣給施工帶來(lái)了很大方便，節(jié)省了空間，降低了成本。

（2）在同樣的電磁干擾環(huán)境下，DC 220 V電壓等級(jí)的音噪比會(huì)比DC 110 V高一點(diǎn)點(diǎn)，所以抗電磁干擾的能力要強(qiáng)一點(diǎn)。

（3）變電站交流一般采用AC 220 V，事故照明會(huì)采用DC 220 V，切換回路簡(jiǎn)單，如采用DC 110 V，不能直接切換事故照明電壓，而增加降壓器或其他方法解決增加了二次回路的復(fù)雜性。

2 直流系統(tǒng)的接線方式

如圖1所示，#1充電裝置回路與Ⅰ段母線連接的ZK1隔離開關(guān)合在“至Ⅰ段母線”位置，#1蓄電池組與Ⅰ段母線的聯(lián)絡(luò)ZK4開關(guān)在“至#1蓄電池組”合閘位置，#1充電裝置和#1蓄電池組并列對(duì)Ⅰ段直流母線供電。

#2充電裝置回路與Ⅱ段母線連接的ZK2隔離開關(guān)合在“至Ⅱ段母線”位置，#2蓄電池組與Ⅱ段母線的聯(lián)絡(luò)ZK5開關(guān)在“至#2蓄電池組”合閘位置，#2充電裝置和#2蓄電池組并列對(duì)Ⅱ段直流母線供電。

Ⅰ段母線與Ⅱ段母線聯(lián)絡(luò)為斷開狀態(tài)，直流Ⅰ、Ⅱ段母線分列運(yùn)行。

圖1 220 kV升平站直流系統(tǒng)示意圖

3 直流系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算

變電站的直流負(fù)荷主要有：

（1）常用負(fù)荷：直流系統(tǒng)在正常和事故狀況下均可以可靠供應(yīng)的負(fù)荷。主要有：線路、主變等智能保護(hù)單元在正常運(yùn)行情況下消耗的電能；斷路器保護(hù)及站內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備、測(cè)控裝置等設(shè)備運(yùn)行情況下消耗的電能。

（2）事故應(yīng)急負(fù)荷：主要為在交流系統(tǒng)失電情況下可靠供電的事故應(yīng)急負(fù)荷，交流不間斷電源在交流失去時(shí)自動(dòng)化裝置所需負(fù)荷。

（3）沖擊負(fù)荷：主要是斷路器開關(guān)操作的直流負(fù)荷。

事故停電的時(shí)間：現(xiàn)如今將220 kV變電站逐步技改為無(wú)人值守站，本文考慮無(wú)人值守的情況，全站交流事故停電時(shí)間按照事故處理規(guī)定2 h計(jì)算。變電站直流系統(tǒng)的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表1所示。

考慮變電站的直流系統(tǒng)負(fù)荷分配及大小，由于采用220 V直流系統(tǒng)，蓄電池組采用2套鉛酸蓄電池、5套高頻開關(guān)電源裝置，每組電池104個(gè)，無(wú)降壓裝置，直流充電屏設(shè)置兩段直流母線，分單母分段，負(fù)荷采用輻射形供電方式。

表1 站內(nèi)直流系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

蓄電池容量按以下計(jì)算方法選?。?/p>

第一步：蓄電池個(gè)數(shù)選擇（n）。

式中，Un為直流系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓（V）；Uf為單個(gè)蓄電池的浮充電壓標(biāo)準(zhǔn)值（V）。

取整數(shù)，n=104個(gè)。

第二步：?jiǎn)误w電池放電的限制電壓Um（V）。

取Um=1.85 V。

第三步：階梯式負(fù)荷計(jì)算方法。

基本公式（第n階段負(fù)荷計(jì)算容量）如下：

式中，CC1～CCn為蓄電池在10 h放電期間各階段計(jì)算容量（Ah），KK為可靠系數(shù)，一般取1.4；I1～I(xiàn)n為各個(gè)階段負(fù)荷電流（A）。

按照直流供應(yīng)的第一階段計(jì)算：t=1 min，KC=1.24，I1=202 A，得到：

隨機(jī)抽取負(fù)荷計(jì)算得到裕度容量為：

總計(jì)算得到蓄電池選擇容量為：

所以通過計(jì)算得出結(jié)論：本220 kV變電站蓄電池的容量應(yīng)選擇500 Ah。

4 直流系統(tǒng)的保護(hù)配置

直流系統(tǒng)包括了自身充電模塊、蓄電池等重要設(shè)備的保護(hù)監(jiān)控，任一個(gè)保護(hù)指標(biāo)不滿足都可能引起保護(hù)裝置拒動(dòng)、開關(guān)拒動(dòng)、通信中斷等重大事件，所以在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該確保直流系統(tǒng)的保護(hù)最可靠。按照220 kV變電站設(shè)計(jì)方案采用220 V直流供電，蓄電池容量為500 Ah，充電模塊額定電流為20 A每個(gè)，輸入滿載電流為160 A計(jì)，則直流系統(tǒng)各級(jí)熔斷器的保護(hù)配置原則如下：

（1）變電站內(nèi)設(shè)置直流保護(hù)電器的級(jí)數(shù)不宜超過4級(jí)。

（2）直流熔斷器下級(jí)可以配置直流斷路器，直流斷路器下級(jí)不宜配置熔斷器。上、下級(jí)均為直流斷路器的，額定電流宜按照4級(jí)及以上電流級(jí)差選擇配合；熔斷器下級(jí)為直流斷路器的，宜按照2倍及以上額定電流選擇級(jí)差配合。

（3）500 Ah蓄電池應(yīng)配置400 A熔斷器，160 A充電模塊配置200 A直流熔斷器，控制及UPS不間斷電源應(yīng)采用63 A直流熔斷器，二次設(shè)備和斷路器控制回路宜采用額定電流不大于6 A的直流熔斷器。

對(duì)于直流系統(tǒng)本身對(duì)交流電壓限值、直流均浮充電壓限值以及對(duì)蓄電池及放電參數(shù)參考表2所示要求設(shè)置。

表2 直流系統(tǒng)各保護(hù)參數(shù)設(shè)置表

5 結(jié)語(yǔ)

直流系統(tǒng)作為保障變電站可靠運(yùn)行的關(guān)鍵性設(shè)備之一，應(yīng)從接線方式、蓄電池及組數(shù)、直流充電模塊的選配來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，以達(dá)到電壓平穩(wěn)、供電可靠、容量大，適用于變電站直流負(fù)荷的目的。近年來(lái)，河源地區(qū)220 kV變電站直流電源系統(tǒng)主要按以上原則配置，即采用兩組500 Ah容量的蓄電池組，每組104只蓄電池，兩套高頻開關(guān)電源充電模塊采用N+1熱備份模式，每套按6個(gè)20 A模塊配置能滿足全站直流設(shè)備的負(fù)荷要求。多年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)表明，此系統(tǒng)安全可靠，自動(dòng)化程度高，維護(hù)工作量少。