变电站直流电源系统优化与实例计算

方明明，苏传彤

山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州 253024

0 引言

山东华鲁恒升化工股份有限公司2#站变电所现有直流屏型号为PGD2-ⅠV-65-220/220，蓄电池容量为65AH。但随着企业发展扩建，该直流屏目前共为4所高压室提供直流电源，共计开关柜60余面。由于该直流屏蓄电池容量偏小，在几次停电事故中，发现它所能提供的事故供电时间偏小，仅能维持半小时左右的事故供电，给事故的处理带来了不利因素。而在3#站变电所中，直流屏型号为PGD6-ⅠV-100-220/220，蓄电池容量为100AH，目前仅为8台高压开关柜提供直流电源，利用率偏低。鉴于以上情况，考虑将1#站直流屏所带的部分负荷移至3#站直流屏供电，从而解决1#站直流屏容量偏小而3#站直流屏利用率低的问题。

1 负荷分析

变电站的直流负荷按其用电特性的不同分为经常负荷、事故负荷和冲击负荷三类。

2）事故负荷 事故负荷指正常运行时由交流电源供电，当变电站的自用交流电源消失后由直流电源供电的负荷。它一般包括有：事故照明、通讯电源及后台机电源等；

3）冲击负荷 冲击负荷是指直流电源承受的短时最大电流。

2 直流负荷转移后对蓄电池容量的计算

2.1 计算原则

蓄电池容量的计算方法有两种：容量换算法和电流换算法。本文分别用这两种方法，按照满足事故下的持续放电容量和全停电状态下的冲击电流选择蓄电池容量。最后验证在转移相应的直流负荷后，3#站现有蓄电池组是否能保障变电站在停电2小时内的直流供电。

2.2 负荷统计

在准备转移的直流负荷中，开关柜均配微机综保系统，其中保护装置为SEL551、SEL587或SEL351A，测控装置为PMC560系列，此外，每个开关柜还配有指示灯、位置继电器和带电指示器，负荷统计如下：

2.2.1 各配电室装置总功耗统计（单位：W）

1）3#站：PMC560：42，SEL装置：60，指示灯：85，跳闸继电器：49，闭锁电磁铁：35，分闸电流：5.1A；

2）乙胺站：PMC560：48，SEL装置：60，指示灯：105，跳闸继电器：56，闭锁电磁铁：40，分闸电流：8.5A；

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3）20万 吨 站 ：PMC560：108，SEL装 置 ：110，指 示 灯 ：340，跳闸继电器：126，闭锁电磁铁：90，分闸电流：23.8A，带电显示器90：，位置继电器：126。

2.2.2 三个变电站直流负荷总计

1）经常负荷：PMC560+SEL装置+指示灯+带电显示器+位置继电器+闭锁电=1.33kW；

冲击负荷：跳闸继电器+分闸电流=8.46kW。

2）0min～1min内事故放电电流为：（经常负荷+冲击负荷）/220=44.5A；

1min～120min内事故放电电流为：经常负荷/220=6A。

3）1min～60min内容量累计为：经常负荷*1=6AH。

60 min～120min内容量累计为：经常负荷*2=12AH。

2.3 蓄电池容量的计算校验

2.3.1 方法1:容量换算法

1）按持续放电负荷计算电池容量：直流屏蓄电池组终止电压为200V，即单体电池终止电压为1.85V，查《电力工程直流系统设计手册》4.4.5节图4-4放电容量与放电时间关系曲线得，Kcc=0.5，Krel=1.4，则蓄电池容量Cc=Krel*C/Kcc=1.4*12/0.5=34Ah；

2）按冲击负荷计算电池容量：放电初期最大放电电流Ⅰch0=44.5A,电池放电终止电压Ud=1.85V,查《电力工程直流系统设计手册》4.4.5节图4-2蓄电池冲击放电曲线得，Kch=0.62，Krel=1.4，则蓄电池容量Cc=Krel*Ⅰch0/Kch=1.4*44.5/0.62=100Ah；

3）两者应取较大值，所以C=100Ah；

4）校验事故放电初期承受冲击电流时的电压水平：Kch=1.1*Ⅰch0/Cc=1.1*44.5/100=0.49,查《电力工程直流系统设计手册》4.4.5节图4-2蓄电池冲击放电曲线“0”得，Ud=1.87V,则，U=1.87*18*6=201.96V=91.8%UN；

5）校验事故放电末期的电压水平：K=KrelCs/tC=1.4*12/2*100=0.084,查《电力工程直流系统设计手册》4.4.5节图4-1曲线得，Ud=1.98V，U=1.98*18*6=214V=97.2%UN；

6）两项电压校验均符合标准，所以蓄电池容量可取Cc=100Ah,可满足事故情况下供电2小时。

2.3.2 方法2:电流换算法

1）第一阶段：电池的终止电压为1.85V，查《电力工程直流系统设计手册》4.4.5节图4-5（a）容量换算系数曲线得，t11=1min时 Kc11=0.62，则 Cc1=Krel*Ⅰ1/Kc11=1.4*44.5/0.62=100Ah ；

2）第二阶段：电池的终止电压为1.85V，查《电力工程直流系统设计手册》4.4.5节图4-5（a）容量换算系数曲线得，t21=120min,Kc21=0.28,t22=119min,Kc22=0.29, 则 ，Cc2=Krel*（Ⅰ1/Kc21+（Ⅰ2-Ⅰ1）（Kc22）=1.4*（44.5/0.28+（6-44.5）/0.29）=37Ah ；

3）蓄电池容量取Cc1和Cc2两者交大的值，即Cc=100Ah，可满足事故情况下供电2小时。

3 结论

通过以上两种计算方法验证，将乙胺、20万吨站的直流负荷电源从2#站直流屏转移至3#站直流屏供电,完全可以满足事故失电情况下的2个小时直流电源的供给时间。同时可以延长2#站变电所直流屏的事故供电时间，使2#、3#站直流屏的蓄电池容量都发挥了最合理的效果。

[1]白忠敏，於崇干，刘百震.电力工程直流系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，1999.