110kV無人值班變電站直流系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計及容量計算

于　海

（青島昌盛日電太陽能科技有限公司,山東 青島 266227）

110kV無人值班變電站直流系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計及容量計算

于海

（青島昌盛日電太陽能科技有限公司,山東 青島 266227）

摘要：本文結(jié)合某110kV無人值班變電站工程實例，通過對站內(nèi)直流系統(tǒng)的負(fù)荷（經(jīng)常負(fù)荷、事故負(fù)荷、沖擊負(fù)荷）進(jìn)行統(tǒng)計、分析，按照行業(yè)設(shè)計的規(guī)范、要求，對蓄電池組的容量進(jìn)行選擇計算。

關(guān)鍵詞：變電站直流系統(tǒng)；直流負(fù)荷統(tǒng)計；蓄電池組容量計算；110kV無人值班變電站

1　引言

電力系統(tǒng)和電力設(shè)備運行的安全、可靠關(guān)系著國家的發(fā)展和人民群眾的生產(chǎn)、生活。電力系統(tǒng)中的二次系統(tǒng)就顯得尤為重要了。直流系統(tǒng)能夠在變電站正常運行時為二次保護(hù)、控制裝置提供高品質(zhì)的工作電源，而且還能在發(fā)生交流停電故障時在為二次保護(hù)、控制裝置提供可靠的、不間斷的應(yīng)急電源，保證電力系統(tǒng)的運行。合理設(shè)計、運維的直流系統(tǒng)可以避免事故波及范圍的擴(kuò)大，減少人身及財產(chǎn)的損失。

2　直流負(fù)荷分類說明

直流系統(tǒng)中負(fù)荷按性質(zhì)種類劃分可分為三種，分別為經(jīng)常負(fù)荷、事故負(fù)荷和沖擊負(fù)荷。

2.1變電站規(guī)模概況

本光伏電站工程建設(shè)容量為100MWp，并網(wǎng)電壓為110kV，為無人值班變電站。主要一次設(shè)備包含：2臺110kV變壓器、3個110kV斷路器、10臺35kV集電線柜、2臺35kV SVG柜、2臺35kV PT柜、1臺35kV站用變柜、2臺35kV出線柜等。

2.2經(jīng)常負(fù)荷

經(jīng)常負(fù)荷：在變電站正常運行和發(fā)生交流停電故障時，需要由直流系統(tǒng)可靠供電的負(fù)荷。

本系統(tǒng)經(jīng)常負(fù)荷主要為：信號裝置、繼電保護(hù)裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)測控裝置等。

2.3事故負(fù)荷

事故負(fù)荷：在變電站發(fā)生交流停電故障時，需要由蓄電池組供電的負(fù)荷。

本系統(tǒng)事故負(fù)荷主要為：信號裝置、繼電保護(hù)裝置、UPS不間斷電源等。由于該變電站的48V通信電源系統(tǒng)單獨配有1組蓄電池（24節(jié)2V100AH鉛酸蓄電池），所以無需將DC/DC通信模塊考慮到事故負(fù)荷內(nèi)。

2.4沖擊負(fù)荷

沖擊負(fù)荷：主要發(fā)生在變電站發(fā)生交流停電故障的初期（事故初期1min）、末期或隨機(jī)（事故過程中的瞬時5s）。當(dāng)交流高壓系統(tǒng)恢復(fù)供電時，隨機(jī)（5s）負(fù)荷應(yīng)按斷路器合閘電流最大的1臺來計算。

本系統(tǒng)沖擊負(fù)荷主要為：隨機(jī)（5s）負(fù)荷，既單臺110kV SF6斷路器的合閘電流。

3　負(fù)荷統(tǒng)計

本直流系統(tǒng)直流負(fù)荷主要為二次綜合自動化系統(tǒng)設(shè)備，如110kV光差保護(hù)裝置、主變保護(hù)裝置、35kV線路測控裝置、遠(yuǎn)動裝置、小電接地流選線裝置等。目前各綜自設(shè)備廠家的微機(jī)保護(hù)、測控裝置的正常工作和動作時的直流消耗功耗在50W以下，均滿足了國家規(guī)范中對保護(hù)裝置功耗的兩個要求。（1）保護(hù)裝置正常工作時，直流功耗不大于50W。（2）保護(hù)裝置工作時時，直流功耗不大于80W。

各類負(fù)荷統(tǒng)計方法如下：

1）保護(hù)裝置。110kV、35kV線路保護(hù)裝置每回路按1個統(tǒng)計、110kV主變保護(hù)裝置每臺按4個統(tǒng)計，均按50W計算。

2）測控裝置。110kV、35kV線路保護(hù)裝置每回路按1個統(tǒng)計、110kV主變測控裝置每臺按1個統(tǒng)計，均按50W計算。

3）操作箱。110kV線路操作箱每回路按1個統(tǒng)計、110kV主變高低壓操作箱每臺按1個統(tǒng)計，均按50W計算。

4）公用部分裝置。公用測控裝置1個、遠(yuǎn)動通信裝置2個、故障錄波裝置1個、光功率預(yù)測裝置2個、電能量采集裝置1個、失步解列裝置1個、小電流接地線裝置1個、直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置2個等其它裝置，均按25W計算。

5）斷路器的彈簧操作機(jī)構(gòu)。110kV SF6斷路器3個，每個斷路器的跳、合閘電流均按5A計算；35kV真空斷路器16個，每個斷路器的跳、合閘電流均按1.5A計算。

6）UPS電源1臺，容量為10kVA。

直流負(fù)荷統(tǒng)計表

4　蓄電池個數(shù)及容量計算

4.1蓄電池個數(shù)計算

根據(jù)1.05倍的直流母線電壓和鉛酸蓄電池單體浮充電電壓來計算蓄電池個數(shù)。

n=1.05Un/Uf=1.05×220V/2.23V=104

式中：

n --蓄電池個數(shù)；

Un --直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，220V；

Uf --閥控式密封鉛酸蓄電池單體浮充電電壓取2.23V。

4.2蓄電池終止放電電壓計算

對于控制母線和動力母線合并的直流系統(tǒng)，計算單體蓄電池在事故放電末期時的終止放電電壓，應(yīng)根據(jù)直流系統(tǒng)允許的最低母線電壓和蓄電池個數(shù)來計算。

Um≥0.875Un/n=0.875×220V/104=1.85（V）

式中：

Um --單體蓄電池放電終止電壓，V。

4.3蓄電池容量計算

無人值班的變電所，全所交流電源事故停電時間按2h計算。

蓄電池組容量的計算方法有兩種；容量換算法和階梯計算法，本直流系統(tǒng)蓄電池組容量計算方法為階梯計算法。

按第一階段計算容量

按第二階段計算容量

按第三階段計算容量

按第四階段計算容量

隨機(jī)（5s）負(fù)荷計算容量

將CR疊加在Cc2-Cc4中最大的階段上，然后與Cc1比較，取其大者，即為蓄電池的計算容量。

計算結(jié)果：CcM4＞CcM2、CcM3、Cc1，最終選擇2V150AH閥控制鉛酸蓄電池（貧液），104節(jié)。

注：式中 “容量換算系數(shù)”的數(shù)值選自《火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中表B.8。

式中：

CC1、CC2、CC3、CC4--蓄電池10h放電率各階段的計算容量，Ah；

CR--隨機(jī)負(fù)荷計算容量，Ah；

I1、I2、I3、I4--各階段的負(fù)荷電流，A；

IR--隨機(jī)負(fù)荷電流，A；

KK--可靠系數(shù)，取1.40；

KC--1min放電時的容量換算系數(shù)，1/h；

KCR--隨機(jī)（5s）負(fù)荷的容量換算系數(shù)，1/h；

KC1--各計算階段中全部放電時間的容量換算系數(shù)，1/h；

KC2--各計算階段中除第1階梯時間外放電時間的容量換算系數(shù)，1/h；

KC3--各計算階段中除第1、2階梯時間外放電時間的容量換算系數(shù)，1/h；

KC4--各計算階段中第4階梯時間外放電時間的容量換算系數(shù)，1/h。

5　結(jié)束語

直流系統(tǒng)的設(shè)計，除了要考慮蓄電池組外，還應(yīng)考慮與其配套的斷路器、熔斷器、電纜、直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置等其它器件。設(shè)備選擇的合理性加上健全的管理體系，才能保證直流電力系統(tǒng)乃至整個電站電力系統(tǒng)運行的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 白忠敏,劉百震,於崇干等編著.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計手冊[Z].北京：中國電力出版社,1999.

[2] 劉百震,盛和樂,陳鞏等編著.DL/T5044-2004,火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].

[3] 馬忠,110kV無人值班變電站蓄電池容量的計算[J].云南水利發(fā)電,2011.

[4] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院等編著.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[Z].北京：中國電力出版社,2005.

作者簡介：于海（1989-），男，黑龍江哈爾濱人，系統(tǒng)工程師，主要工作：光伏變電站電氣二次設(shè)計。