基于I EEE 485—2010 規(guī)范的直流電源計算

楊林娜

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安710065）

1 引言

直流電源作為變電站控制、信號、保護及自動裝置和其他二次回路的電源，是變電所設(shè)計中重要的一環(huán)，正確選擇直流電源容量能在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上盡可能地降低投資，保證經(jīng)濟性。

2 直流電源選型要點

首先，根據(jù)負(fù)荷情況確定直流電源系統(tǒng)電壓，專供動力負(fù)荷的直流電源宜采用220V，其余情況可選用220V 或110V。其次，選擇蓄電池型式，蓄電池型式包括閥控式鉛酸蓄電池、固定型排氣式鉛酸蓄電池及鎘鎳堿性蓄電池，目前大多選用閥控式鉛酸蓄電池。最后充電裝置和接線方式的選擇，充電裝置有高頻開關(guān)電源模塊型及相控型?；ろ椖恐写蠖噙x用高頻電源模塊型，且一般為1 組蓄電池，帶1 套充電裝置，單母線接線。

3 直流負(fù)荷的分類與統(tǒng)計

DL/T 5044—2014《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[1]中直流負(fù)荷分類按功能可分為控制負(fù)荷和動力負(fù)荷。常見的電氣控制、信號、測量、繼電保護、自動裝置及監(jiān)控系統(tǒng)、跳閘信號，彈簧合閘機構(gòu)等都屬于控制負(fù)荷；動力負(fù)荷則包括直流電機、電磁操作合閘機構(gòu)等?；ろ椖恐幸钥刂曝?fù)荷為主。需注意直流負(fù)荷統(tǒng)計時應(yīng)考慮規(guī)定的負(fù)荷系數(shù)。

直流負(fù)荷按性質(zhì)分可分為經(jīng)常負(fù)荷、事故負(fù)荷和沖擊負(fù)荷。經(jīng)常負(fù)荷是在直流電源系統(tǒng)正常和事故停電時間內(nèi)都應(yīng)該可靠供電的負(fù)荷，事故負(fù)荷是在交流電源系統(tǒng)事故停電時間內(nèi)應(yīng)該可靠供電的負(fù)荷，而沖擊負(fù)荷是指短時間內(nèi)施加的較大負(fù)荷電流，包括出現(xiàn)在事故初期（1min）的初期沖擊負(fù)荷及出現(xiàn)在事故末期或事故過程中的隨機負(fù)荷（5s）?；ろ椖恐薪?jīng)常負(fù)荷有電氣控制、保護裝置等；沖擊負(fù)荷有高壓斷路器跳閘。僅裝設(shè)1 組蓄電池時，按全部負(fù)荷統(tǒng)計。

IEEE 485—2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》[2]中負(fù)荷分類則是根據(jù)負(fù)荷的持續(xù)時間分為連續(xù)負(fù)荷（Continuous load）、非連續(xù)負(fù)荷（Noncontinuous load）以及瞬時負(fù)荷（Momentary load）。連續(xù)負(fù)荷持續(xù)時間貫穿于整個事故放電周期內(nèi)；非連續(xù)負(fù)荷持續(xù)時間僅為事故放電周期內(nèi)的某一時段，這些負(fù)荷可能會在某一工作時段的任何時間啟動，并可能會持續(xù)一段設(shè)定的時間后自動或手動終止，或者持續(xù)到放電周期結(jié)束；瞬時負(fù)荷持續(xù)時間小于1min，可能發(fā)生在事故放電周期內(nèi)的任一時段，對于瞬時負(fù)荷， 在負(fù)荷統(tǒng)計中， 通常做法是每個負(fù)荷持續(xù)時間按1min 考慮。此規(guī)范中負(fù)荷統(tǒng)計并沒有負(fù)荷系數(shù)的要求。

4 選擇實例

多數(shù)涉外項目認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)為IEC 或IEEE 規(guī)范，在對國標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不認(rèn)可時，對直流電源電池容量的計算可采用IEEE 485—2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范。本文以某國外項目中11kV 變電所直流電源容量選擇為例，對選擇過程做以下詳細(xì)說明。

該項目某11kV 變電所設(shè)11kV/6kV/0.4kV 三級供電電壓。11kV 采用單母分段接線，開關(guān)柜共14 面，其中進線柜2 面，母聯(lián)柜及隔離柜各1 面，11/6kV 變壓器饋線柜2 面，11/0.4kV 變壓器饋線柜2 面，電容器饋線柜2 面，PT 柜2 面；6kV 采用單母線接線，開關(guān)柜共5 面，其中進線柜2 面，電動機饋線柜3 面。

11kV 及6kV 采用施耐德PIX17 中壓開關(guān)柜，斷路器采用HVX17 真空斷路器，進線柜保護采用MICOM P127 及MICOM P521，11/6kV 變壓器保護采用MICOM P632，隔離柜保護采用MICOM P143，電動機回路保護采用MICOM P225，其余回路保護采用MICOM P127。

柜內(nèi)風(fēng)機、加熱器、照明等由柜內(nèi)交流小母線提供電源，直流負(fù)荷主要包括斷路器跳閘線圈、斷路器合閘線圈、指示燈、綜合保護裝置、閉鎖繼電器、避雷器放電記錄儀、真空度監(jiān)測儀、關(guān)口表等。具體負(fù)荷統(tǒng)計如表1 和表2 所示。

表1 開關(guān)柜內(nèi)直流負(fù)荷統(tǒng)計及分類

表2 直流負(fù)荷計算結(jié)果

本項目直流電源系統(tǒng)采用110V 電壓，采用EnerSys 品牌Genesis TD 系列閥控式鉛酸免維護電池，蓄電池個數(shù)54，終止

放電電壓1.75V，事故停電時間按4h 計算。根據(jù)IEEE 485—

2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》計算

電池容量見表3，其中A1=（505.7+2656.7）/（54×1.75）=33.46A；A2=505.7/（54×1.75）=5.35A；AR=360/（54×1.75）=3.81A。

表3 電池容量計算

最大階段容量+隨機容量=未修正容量24.94+2.08=27.02

根據(jù)直流負(fù)荷完成蓄電池容量計算后，還需對計算結(jié)果進行修正。主要從溫度修正系數(shù)、設(shè)計裕度系數(shù)及老化系數(shù)3 方面考慮：（1）溫度修正系數(shù)。蓄電池的額定容量是在的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件25℃獲取的，電池的可用容量受其工作溫度的影響，溫度越低，蓄電池輸出的容量越小。本項目的溫度修正系數(shù)取1。（2）設(shè)計裕度系數(shù)。為了預(yù)防出現(xiàn)預(yù)期之外的直流負(fù)荷增加，以及維護不當(dāng)、近期放電或環(huán)境溫度低于預(yù)期等，綜合考慮這些因素，蓄電池容量在選取時應(yīng)有一定的裕度。本項目的設(shè)計裕度系數(shù)取1.1。（3）老化系數(shù)。IEEE 450—2002《通氣固定鉛蓄電池組的維護、試驗及更換》建議當(dāng)電池的實際容量下降至其額定容量的80%時，應(yīng)更換電池，因此為了確保電池在其整個使用壽命內(nèi)能夠滿足其設(shè)計負(fù)載，電池的額定值容量應(yīng)至少為其使用壽命結(jié)束時預(yù)期負(fù)載的125%，即老化系數(shù)為1.25。

綜上，電池容量：27.01×溫度修正系數(shù)（1）×設(shè)計裕度系數(shù)（1.1）×老化系數(shù)（1.25）=37.15；如果計算容量超過標(biāo)準(zhǔn)容量，選下一級標(biāo)準(zhǔn)容量。因此，最終選擇容量為50A·h。

5 結(jié)語

本文按照IEEE 485—2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》計算方法，通過計算實例詳細(xì)展示了直流電源容量的計算過程，對合理選擇直流電源容量提供了依據(jù)。