110kV無人值班變電站直流系統負荷統計及容量計算

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負荷統計及容量計算

于海

（青島昌盛日電太陽能科技有限公司,山東 青島 266227）

摘要：本文結合某110kV無人值班變電站工程實例，通過對站內直流系統的負荷（經常負荷、事故負荷、沖擊負荷）進行統計、分析，按照行業設計的規范、要求，對蓄電池組的容量進行選擇計算。

關鍵詞：變電站直流系統；直流負荷統計；蓄電池組容量計算；110kV無人值班變電站

1　引言

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

2　直流負荷分類說明

直流系統中負荷按性質種類劃分可分為三種，分別為經常負荷、事故負荷和沖擊負荷。

2.1變電站規模概況

本光伏電站工程建設容量為100MWp，并網電壓為110kV，為無人值班變電站。主要一次設備包含：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經常負荷

經常負荷：在變電站正常運行和發生交流停電故障時，需要由直流系統可靠供電的負荷。

本系統經常負荷主要為：信號裝置、繼電保護裝置、微機保護裝置、微機測控裝置等。

2.3事故負荷

事故負荷：在變電站發生交流停電故障時，需要由蓄電池組供電的負荷。

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

2.4沖擊負荷

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

本系統沖擊負荷主要為：隨機（5s）負荷，既單臺110kV SF6斷路器的合閘電流。

3　負荷統計

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

各類負荷統計方法如下：

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

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

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

4）公用部分裝置。公用測控裝置1個、遠動通信裝置2個、故障錄波裝置1個、光功率預測裝置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、直流系統監控裝置2個等其它裝置，均按25W計算。

5）斷路器的彈簧操作機構。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。

直流負荷統計表

4　蓄電池個數及容量計算

4.1蓄電池個數計算

根據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。

n=1.05Un/Uf=1.05×220V/2.23V=104

式中：

n --蓄電池個數；

Un --直流系統標稱電壓，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，計算單體蓄電池在事故放電末期時的終止放電電壓，應根據直流系統允許的最低母線電壓和蓄電池個數來計算。

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（5s）負荷計算容量

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。

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

注：式中 “容量換算系數”的數值選自《火力發電廠、變電所直流系統設計技術規定》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--隨機負荷計算容量，Ah；

I1、I2、I3、I4--各階段的負荷電流，A；

IR--隨機負荷電流，A；

KK--可靠系數，取1.40；

KC--1min放電時的容量換算系數，1/h；

KCR--隨機（5s）負荷的容量換算系數，1/h；

KC1--各計算階段中全部放電時間的容量換算系數，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，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，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，1/h。

5　結束語

直流系統的設計，除了要考慮蓄電池組外，還應考慮與其配套的斷路器、熔斷器、電纜、直流系統監控裝置等其它器件。設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乃至整個電站電力系統運行的安全性、可靠性及經濟性。

參考文獻：

[1] 白忠敏,劉百震,於崇干等編著.電力工程直流系統設計手冊[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,火力發電廠、變電所直流系統設計技術規定[S].

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

[4] 中國航空工業規劃設計研究院等編著.工業與民用配電設計手冊[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，系統工程師，主要工作：光伏變電站電氣二次設計。