HOXIE算法在變電站蓄電池容量選擇中的應用

魏麗萍+楊菲+趙硯青

摘 要：針對基于HOXIE算法的傳統表格法計算公式復雜、計算過程繁瑣的問題，文章以220 kV變電站工程實際數據為例，提出了一種基于HOXIE算法的新型表格法來計算蓄電池的容量，新型表格法計算結果與傳統表格法計算結果一致，計算過程簡單，對變電站直流系統的設計有很大的實用價值。

關鍵詞：直流系統；蓄電池；負荷統計；HOXIE；表格法

中圖分類號：TM631 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0066-02

直流系統在變電站中為控制、信號、繼電保護、自動裝置及事故照明、交流不間斷電源等提供直流用電。直流系統為變電站的安全運行提供保障，其重要性不言而喻，尤其是在事故情況下，其可靠性能否保證用電設備的正常運行極為重要。而變電站中蓄電池通常用作直流電源，作為直流電源的最后一道保護屏障，其容量的選擇十分關鍵。

要選取合適的蓄電池容量，首先應統計直流負荷情況，確定各負荷的運行時間。本文以220 kV變電站直流系統運行數據為例，首先對直流負荷進行了統計分析，然后分別用基于HOXIE算法的傳統表格法及新型表格法對蓄電池容量進行計算，計算結果一致，驗證了新型表格法的有效性。

1 直流負荷統計

本文所列220 kV變電站規模：12回220 kV出線，12回110 kV出線，2臺主變壓器，額定容量720 MVA，35 kV單母線分段接線，30回出線，6組電容補償裝置。

參照DL/T5044-2004《電力工程直流系統設計技術規程》要求，直流負荷統計見表1：區分有人值班和無人值班情況，將無人值班變電站事故放電時間劃分為0～1 min、1～60 min、60～120 min三個階段；有人值班變電站事故放電時間劃分為

0～1 min、1～60 min兩個階段，并對負荷電流進行匯總列入表中。

2 蓄電池個數選擇

根據《電力工程直流系統設計技術規程》中給出的直流系統的配置，本文選用直流系統電壓等級為220 V。由式（1），確定蓄電池個數為103，均充電壓取2.35 V，放電終止電壓取1.87 V。

n=Uc≤Ud≥（1）

其中：n為蓄電池個數；Un為直流系統標稱電壓，V；Uf為單體電池的浮充電壓，V；Uc為蓄電池均充時單體電池的電壓，V；Ud為蓄電池允許的放電終止電壓，V。

3 HOXIE算法

HOXIE算法，又稱為階梯負荷法（亦稱為電流換算法），由美國IEEE會員E.A.HOXIE于20世紀50年代提出，是國際上通用的算法之一，在國內也得到廣泛應用。該方法是在給定放電終止電壓的基礎上計算的，不必進行電壓校驗，只需選擇大于或接近計算值的蓄電池容量即可。計算方法如下：

直流放電負荷圖如圖1所示，將整個過程劃分為M1、M2、…，Mn，n個時間段。

各段內分段時間為：

tai=Mj|a=1，2…，n（2）

各段所需要的蓄電池容量為：

Cca=Krel（3）

其中： Krel為可靠系數，一般取為1.4；Kc （ai）為容量換算系數根據相應的放電時間tai和放電終止電壓Ud查表獲得；Ii、Ii-1為時段Mi、Mi-1內的負荷電流，A。

取n個階段的最大值，加上隨機負荷所需的蓄電池容量，得出直流系統在整個事故放電過程中所需的蓄電池容量，即：

Cc≥ Cca+Krel（4）

4 基于HOXIE算法的新型表格法

目前通用的表格計算法計算過程如下：計算統計形式見表2，該方法的填表過程中，每階段都需要列出不同的公式，當階段比較多時，計算公式復雜，容易出現統計錯誤。

本文提出的新型表格法，公式統一，計算簡單，其計算過程如下：

①計算所有的tai，并按大小順序排列為：T1，T2，T3，T4，…，Tm，其中，m為不同時間段的個數。

②繪制aiT1表格，aiT1=Ii，I0=1，格式見表3。

③繪出對應階段下的時間段梯形，用梯形下平行線的和減去上平行線的和，即為CCa。

綜上，采用通用表格法及改進表格法，計算得到的220 kV典型變電站蓄電池容量均為：有人值班變電站計算容量為150 Ah，無人值班變電站計算容量為194 Ah。

5 結 語

本文在220 kV典型變電站直流負荷分析的基礎上，分別用基于HOXIE算法的通用表格法和新型表格法進行了計算，兩種方法計算結果一致。對于多放電階段的情況，通用表格法由于計算公式繁瑣，新型表格法的優勢將更加明顯，該方法對于變電站直流系統的設計有一定的實用價值。

參考文獻：

[1] 卓樂友.電力工程電氣設計手冊[M].北京：中國電力出版社，1991.

[2] 田羽，何仲，范春菊.變電站蓄電池容量計算和算法改進[J].電力系統保護與控制，2010，（22）.

[3] 白忠敏，劉百震，於崇干.電力工程直流系統設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[4] 武潔，張建，喬靖杰，等.10 kV煉油工藝裝置變電所直流蓄電池容量的選擇[J].通信電源技術，2014，（3）.

[5] 夏紅光.110 kV綜合自動化變電站蓄電池容量的計算[J].繼電器，2004，（18）.

[6] 于崇干，鄒昌泉.應用HOXIE公式計算蓄電池容量[J].華東電力，1982，（2）.

摘 要：針對基于HOXIE算法的傳統表格法計算公式復雜、計算過程繁瑣的問題，文章以220 kV變電站工程實際數據為例，提出了一種基于HOXIE算法的新型表格法來計算蓄電池的容量，新型表格法計算結果與傳統表格法計算結果一致，計算過程簡單，對變電站直流系統的設計有很大的實用價值。

關鍵詞：直流系統；蓄電池；負荷統計；HOXIE；表格法

中圖分類號：TM631 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0066-02

直流系統在變電站中為控制、信號、繼電保護、自動裝置及事故照明、交流不間斷電源等提供直流用電。直流系統為變電站的安全運行提供保障，其重要性不言而喻，尤其是在事故情況下，其可靠性能否保證用電設備的正常運行極為重要。而變電站中蓄電池通常用作直流電源，作為直流電源的最后一道保護屏障，其容量的選擇十分關鍵。

要選取合適的蓄電池容量，首先應統計直流負荷情況，確定各負荷的運行時間。本文以220 kV變電站直流系統運行數據為例，首先對直流負荷進行了統計分析，然后分別用基于HOXIE算法的傳統表格法及新型表格法對蓄電池容量進行計算，計算結果一致，驗證了新型表格法的有效性。

1 直流負荷統計

本文所列220 kV變電站規模：12回220 kV出線，12回110 kV出線，2臺主變壓器，額定容量720 MVA，35 kV單母線分段接線，30回出線，6組電容補償裝置。

參照DL/T5044-2004《電力工程直流系統設計技術規程》要求，直流負荷統計見表1：區分有人值班和無人值班情況，將無人值班變電站事故放電時間劃分為0～1 min、1～60 min、60～120 min三個階段；有人值班變電站事故放電時間劃分為

0～1 min、1～60 min兩個階段，并對負荷電流進行匯總列入表中。

2 蓄電池個數選擇

根據《電力工程直流系統設計技術規程》中給出的直流系統的配置，本文選用直流系統電壓等級為220 V。由式（1），確定蓄電池個數為103，均充電壓取2.35 V，放電終止電壓取1.87 V。

n=Uc≤Ud≥（1）

其中：n為蓄電池個數；Un為直流系統標稱電壓，V；Uf為單體電池的浮充電壓，V；Uc為蓄電池均充時單體電池的電壓，V；Ud為蓄電池允許的放電終止電壓，V。

3 HOXIE算法

HOXIE算法，又稱為階梯負荷法（亦稱為電流換算法），由美國IEEE會員E.A.HOXIE于20世紀50年代提出，是國際上通用的算法之一，在國內也得到廣泛應用。該方法是在給定放電終止電壓的基礎上計算的，不必進行電壓校驗，只需選擇大于或接近計算值的蓄電池容量即可。計算方法如下：

直流放電負荷圖如圖1所示，將整個過程劃分為M1、M2、…，Mn，n個時間段。

各段內分段時間為：

tai=Mj|a=1，2…，n（2）

各段所需要的蓄電池容量為：

Cca=Krel（3）

其中： Krel為可靠系數，一般取為1.4；Kc （ai）為容量換算系數根據相應的放電時間tai和放電終止電壓Ud查表獲得；Ii、Ii-1為時段Mi、Mi-1內的負荷電流，A。

取n個階段的最大值，加上隨機負荷所需的蓄電池容量，得出直流系統在整個事故放電過程中所需的蓄電池容量，即：

Cc≥ Cca+Krel（4）

4 基于HOXIE算法的新型表格法

目前通用的表格計算法計算過程如下：計算統計形式見表2，該方法的填表過程中，每階段都需要列出不同的公式，當階段比較多時，計算公式復雜，容易出現統計錯誤。

本文提出的新型表格法，公式統一，計算簡單，其計算過程如下：

①計算所有的tai，并按大小順序排列為：T1，T2，T3，T4，…，Tm，其中，m為不同時間段的個數。

②繪制aiT1表格，aiT1=Ii，I0=1，格式見表3。

③繪出對應階段下的時間段梯形，用梯形下平行線的和減去上平行線的和，即為CCa。

綜上，采用通用表格法及改進表格法，計算得到的220 kV典型變電站蓄電池容量均為：有人值班變電站計算容量為150 Ah，無人值班變電站計算容量為194 Ah。

5 結 語

本文在220 kV典型變電站直流負荷分析的基礎上，分別用基于HOXIE算法的通用表格法和新型表格法進行了計算，兩種方法計算結果一致。對于多放電階段的情況，通用表格法由于計算公式繁瑣，新型表格法的優勢將更加明顯，該方法對于變電站直流系統的設計有一定的實用價值。

參考文獻：

[1] 卓樂友.電力工程電氣設計手冊[M].北京：中國電力出版社，1991.

[2] 田羽，何仲，范春菊.變電站蓄電池容量計算和算法改進[J].電力系統保護與控制，2010，（22）.

[3] 白忠敏，劉百震，於崇干.電力工程直流系統設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[4] 武潔，張建，喬靖杰，等.10 kV煉油工藝裝置變電所直流蓄電池容量的選擇[J].通信電源技術，2014，（3）.

[5] 夏紅光.110 kV綜合自動化變電站蓄電池容量的計算[J].繼電器，2004，（18）.

[6] 于崇干，鄒昌泉.應用HOXIE公式計算蓄電池容量[J].華東電力，1982，（2）.

摘 要：針對基于HOXIE算法的傳統表格法計算公式復雜、計算過程繁瑣的問題，文章以220 kV變電站工程實際數據為例，提出了一種基于HOXIE算法的新型表格法來計算蓄電池的容量，新型表格法計算結果與傳統表格法計算結果一致，計算過程簡單，對變電站直流系統的設計有很大的實用價值。

關鍵詞：直流系統；蓄電池；負荷統計；HOXIE；表格法

中圖分類號：TM631 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0066-02

直流系統在變電站中為控制、信號、繼電保護、自動裝置及事故照明、交流不間斷電源等提供直流用電。直流系統為變電站的安全運行提供保障，其重要性不言而喻，尤其是在事故情況下，其可靠性能否保證用電設備的正常運行極為重要。而變電站中蓄電池通常用作直流電源，作為直流電源的最后一道保護屏障，其容量的選擇十分關鍵。

要選取合適的蓄電池容量，首先應統計直流負荷情況，確定各負荷的運行時間。本文以220 kV變電站直流系統運行數據為例，首先對直流負荷進行了統計分析，然后分別用基于HOXIE算法的傳統表格法及新型表格法對蓄電池容量進行計算，計算結果一致，驗證了新型表格法的有效性。

1 直流負荷統計

本文所列220 kV變電站規模：12回220 kV出線，12回110 kV出線，2臺主變壓器，額定容量720 MVA，35 kV單母線分段接線，30回出線，6組電容補償裝置。

參照DL/T5044-2004《電力工程直流系統設計技術規程》要求，直流負荷統計見表1：區分有人值班和無人值班情況，將無人值班變電站事故放電時間劃分為0～1 min、1～60 min、60～120 min三個階段；有人值班變電站事故放電時間劃分為

0～1 min、1～60 min兩個階段，并對負荷電流進行匯總列入表中。

2 蓄電池個數選擇

根據《電力工程直流系統設計技術規程》中給出的直流系統的配置，本文選用直流系統電壓等級為220 V。由式（1），確定蓄電池個數為103，均充電壓取2.35 V，放電終止電壓取1.87 V。

n=Uc≤Ud≥（1）

其中：n為蓄電池個數；Un為直流系統標稱電壓，V；Uf為單體電池的浮充電壓，V；Uc為蓄電池均充時單體電池的電壓，V；Ud為蓄電池允許的放電終止電壓，V。

3 HOXIE算法

HOXIE算法，又稱為階梯負荷法（亦稱為電流換算法），由美國IEEE會員E.A.HOXIE于20世紀50年代提出，是國際上通用的算法之一，在國內也得到廣泛應用。該方法是在給定放電終止電壓的基礎上計算的，不必進行電壓校驗，只需選擇大于或接近計算值的蓄電池容量即可。計算方法如下：

直流放電負荷圖如圖1所示，將整個過程劃分為M1、M2、…，Mn，n個時間段。

各段內分段時間為：

tai=Mj|a=1，2…，n（2）

各段所需要的蓄電池容量為：

Cca=Krel（3）

其中： Krel為可靠系數，一般取為1.4；Kc （ai）為容量換算系數根據相應的放電時間tai和放電終止電壓Ud查表獲得；Ii、Ii-1為時段Mi、Mi-1內的負荷電流，A。

取n個階段的最大值，加上隨機負荷所需的蓄電池容量，得出直流系統在整個事故放電過程中所需的蓄電池容量，即：

Cc≥ Cca+Krel（4）

4 基于HOXIE算法的新型表格法

目前通用的表格計算法計算過程如下：計算統計形式見表2，該方法的填表過程中，每階段都需要列出不同的公式，當階段比較多時，計算公式復雜，容易出現統計錯誤。

本文提出的新型表格法，公式統一，計算簡單，其計算過程如下：

①計算所有的tai，并按大小順序排列為：T1，T2，T3，T4，…，Tm，其中，m為不同時間段的個數。

②繪制aiT1表格，aiT1=Ii，I0=1，格式見表3。

③繪出對應階段下的時間段梯形，用梯形下平行線的和減去上平行線的和，即為CCa。

綜上，采用通用表格法及改進表格法，計算得到的220 kV典型變電站蓄電池容量均為：有人值班變電站計算容量為150 Ah，無人值班變電站計算容量為194 Ah。

5 結 語

本文在220 kV典型變電站直流負荷分析的基礎上，分別用基于HOXIE算法的通用表格法和新型表格法進行了計算，兩種方法計算結果一致。對于多放電階段的情況，通用表格法由于計算公式繁瑣，新型表格法的優勢將更加明顯，該方法對于變電站直流系統的設計有一定的實用價值。

參考文獻：

[1] 卓樂友.電力工程電氣設計手冊[M].北京：中國電力出版社，1991.

[2] 田羽，何仲，范春菊.變電站蓄電池容量計算和算法改進[J].電力系統保護與控制，2010，（22）.

[3] 白忠敏，劉百震，於崇干.電力工程直流系統設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[4] 武潔，張建，喬靖杰，等.10 kV煉油工藝裝置變電所直流蓄電池容量的選擇[J].通信電源技術，2014，（3）.

[5] 夏紅光.110 kV綜合自動化變電站蓄電池容量的計算[J].繼電器，2004，（18）.

[6] 于崇干，鄒昌泉.應用HOXIE公式計算蓄電池容量[J].華東電力，1982，（2）.