某110kV变电站直流系统蓄电池的容量计算
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摘要：本文根据实际变电站工程中二次设备的详细配置和功耗，结合运行过程中的投入时段和规模，并参照设计手册和规范，计算核实其直流系统的蓄电池容量。
关键词：变电站；直流系统；蓄电池容量；阶梯计算法
中图分类号：TM411文献标识码： A
当前，在电力工程的建设中，为了缩短工程建设周期，设计院在变电站直流系统的设计过程中一般都直接套用典型设计。典型设计中的直流系统，一般采用固定的接线型式、充电模块数和容量、蓄电池容量。这样的配置，方便了设计院套图，厂家可以流水作业生产，简化了运行单位的备品备件。
然而，不同规模变电站的设备数量、容量不尽相同，为了保证通用性，典型设计的直流系统必然要预留很大的冗余。当变电站规模远超出了典型设计的容量，典型设计中的直流系统直接套用，有可能导致故障过程中的容量不足，直流电压拉低，一些设备不能正常运行；当变电站的规模较小时，直流系统配置过高，造成了资源的不必要浪费。
因此，变电站的设计当中，有必要按实际工程情况对直流进行统计和计算，得出合理的配置。本文根据某110kv变电站的设备情况进行直流负荷统计分析，该变电站终期规模为：主变3×50MVA，110kV线路4回，35kV线路9回，10kV线路36回。
1.1 直流负荷分类统计
变电站的直流负荷，包括电气的控制、信号、测量和继电保护、自动装置、操动机构直流电动机、断路器电磁操动的分/合闸机构、站内照明交流不停电电源系统（UPS）和事故照明等负荷。交流不停电电源系统仅在变电站交流失压时使用直流电源的蓄电池供电。
直流负荷按功能分类，可分为控制负荷和动力负荷；按负荷性质分类，可分为经常负荷、事故负荷和冲击负荷。现按直流负荷性质分类方法，对110kV变电站直流负荷进行统计。
（1）经常负荷：在变电站正常和事故运行方式下，均要求可靠供电的负荷。包括继电保护、测控装置、自动装置、计量仪表和其他辅助设备（如PT并列、站内通信装置等）。经常负荷统计表1-1-1
表1-1-1 经常负荷统计表
序号 单元名称 单元设备 标称容量
（W） 负荷系数 设备数 计算容量（W）
正常 事故 正常 事故
1 主变压器 差动保护 50 0.6 0.8 3 90 120
后备保护 50 0.6 0.8 9 270 360
非电量保护 20 0.6 0.8 3 36 48
测控 50 0.6 0.8 9 270 360
2 110kV线路 保护 50 0.6 0.8 4 120 160
测控 50 0.6 0.8 4 120 160
3 35kV线路 保护测控一体 50 0.6 0.8 9 270 360
4 10kV线路 保护测控一体 30 0.6 0.8 36 648 864
5 分段保护 110kV分段保护 50 0.6 0.8 1 30 40
35kV分段保护 50 0.6 0.8 1 30 40
10kV分段保护 50 0.6 0.8 1 30 40
6 PT并列 110kV PT并列 40 0.6 0.8 1 24 32
35kV PT并列 40 0.6 0.8 1 24 32
10kV PT并列 40 0.6 0.8 1 24 32
7 备自投 110kV备自投 30 0.6 0.8 1 18 24
35kV备自投 30 0.6 0.8 1 18 24
10kV备自投 30 0.6 0.8 1 18 24
8 电能表 2 0.6 0.8 54 64.8 86.4
9 电能采集 20 0.6 0.8 1 12 16
10 母线保护 150 0.6 0.8 1 90 120
11 故障录波 150 0.6 0.8 1 90 120
12 公用测控 50 0.6 0.8 8 240 320
13 低频减载 60 0.6 0.8 1 36 48
14 远动装置 45 0.6 0.8 2 54 72
15 GPS对时 40 0.6 0.8 1 24 32
16 交换机 25 0.6 0.8 8 120 160
17 接地选线 120 0.6 0.8 1 72 96
总计 2843 3790
（2）事故照明：本站事故照明包括主控室、室内配电装置室的照明，容量1.5kW。
（3）UPS电源：本站设置一套UPS电源，容量3kVA，在交流失电时由直流系统逆变，给监控主机、五防主机、火灾报警控制器等设备供电。UPS电源的负荷如表1-1-2
表1-1-2 UPS负荷统计表
序号 单元名称 标称容量
（W） 负荷系数 设备数 计算容量（W）
正常 事故 正常 事故
1 UPS电源 3000 0.6 1 1800
（4）冲击负荷：主要是事故初期和末期的断路器分合闸、储能电机运转。冲击负荷情况如表1-1-3
表1-1-3 冲击负荷统计表
序号 单元名称 设备详细容量 标称容量
（W） 负荷系数 设备数 计算容量（W）
正常 事故 正常 事故
1 跳合闸电源 110kV断路器 500 1 1 500
35kV断路器 300 1 1 300
10kV断路器 300 1 1 300
2 断路器储能电机 110kV断路器 150 1 1 150
35kV断路器 150 1 1 150
10kV断路器 150 1 1 150
总计 1550
全站交流事故失电时间按120min考虑。全站直流负荷统计表如表1-1-4
表1-1-4 全站直流负荷统计表
负荷名称 计算容量/kw 负荷电流/A 经常电流/A 事故放电时间及电流/A
初期 持续 末期 随机
0~1min 1~60min 60~120min 0.5S
经常负荷 2.84/3.79 12.91/17.23 12.91 17.23 17.23 17.23
事故照明 1.5 6.82 6.82 6.82 6.82
UPS电源 1.8 8.18 818 8.18 8.18
冲击负荷 1.55 7.05 7.05 7.05
电流统计 39.28 32.23 32.23 7.05
1.2 蓄电池选择
直流系统主接线采用单母线分段接线，母线电压为220V，蓄电池选择阀控式密封铅酸蓄电池，不带端电池，单体浮充电压2.23 V。
1.2.1蓄电池个数及终止电压计算
蓄电池个数=103.6个，取104个。
终止电压=1.85 V ， 取1.87V。
――直流系统标称电压，V；
――单体蓄电池浮充电压，V；
1.2.2 蓄电池容量计算（阶梯计算法）
基本公式：第n阶段计算容量
式中，――蓄电池组10h放电率各阶段的计算容量，Ah；
――可靠系数，取1.4；
――各事故放电阶段容量换算系数，1/h，根据DL/T5044-2004 《电力工程直流系统设计技术规定》 表B.8查得；
――各阶段负荷电流，A。.
按第一阶段计算容量：
=1min，=1.18，=39.28A
=46.60Ah
按第二阶段计算容量：
=60min，=0.520，=39.28A
=59min，=0.548，=32.23A
=87.74Ah
按第三阶段计算容量：
=120min，=0.334，=39.28A
=119min，=0.334，=32.23A
=60min，=0.520，=32.23A
=135.10Ah
随机负荷计算容量：
=5.55Ah
由于
，蓄电池组的计算容量为140.65Ah，选择蓄电池的容量为200Ah。
可见目前110kV变电站典型设计中，相同建设规模的变电站配置的300Ah蓄电池容量偏大，具体的工程应用还要做进一步的核算和统计。
参考文献
[1]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1991
[2]白忠敏. 电力工程直流系统设计手册（第二版）2009
[3]国家发展和改革委员会. 电力工程直流系统设计技术规定2004