變電站直流電源系統優化與實例計算

方明明，蘇傳彤

山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253024

0 引言

山東華魯恒升化工股份有限公司2#站變電所現有直流屏型號為PGD2-ⅠV-65-220/220，蓄電池容量為65AH。但隨著企業發展擴建，該直流屏目前共為4所高壓室提供直流電源，共計開關柜60余面。由于該直流屏蓄電池容量偏小，在幾次停電事故中，發現它所能提供的事故供電時間偏小，僅能維持半小時左右的事故供電，給事故的處理帶來了不利因素。而在3#站變電所中，直流屏型號為PGD6-ⅠV-100-220/220，蓄電池容量為100AH，目前僅為8臺高壓開關柜提供直流電源，利用率偏低。鑒于以上情況，考慮將1#站直流屏所帶的部分負荷移至3#站直流屏供電，從而解決1#站直流屏容量偏小而3#站直流屏利用率低的問題。

1 負荷分析

變電站的直流負荷按其用電特性的不同分為經常負荷、事故負荷和沖擊負荷三類。

2）事故負荷 事故負荷指正常運行時由交流電源供電，當變電站的自用交流電源消失后由直流電源供電的負荷。它一般包括有：事故照明、通訊電源及后臺機電源等；

3）沖擊負荷 沖擊負荷是指直流電源承受的短時最大電流。

2 直流負荷轉移后對蓄電池容量的計算

2.1 計算原則

蓄電池容量的計算方法有兩種：容量換算法和電流換算法。本文分別用這兩種方法，按照滿足事故下的持續放電容量和全停電狀態下的沖擊電流選擇蓄電池容量。最后驗證在轉移相應的直流負荷后，3#站現有蓄電池組是否能保障變電站在停電2小時內的直流供電。

2.2 負荷統計

在準備轉移的直流負荷中，開關柜均配微機綜保系統，其中保護裝置為SEL551、SEL587或SEL351A，測控裝置為PMC560系列，此外，每個開關柜還配有指示燈、位置繼電器和帶電指示器，負荷統計如下：

2.2.1 各配電室裝置總功耗統計（單位：W）

1）3#站：PMC560：42，SEL裝置：60，指示燈：85，跳閘繼電器：49，閉鎖電磁鐵：35，分閘電流：5.1A；

2）乙胺站：PMC560：48，SEL裝置：60，指示燈：105，跳閘繼電器：56，閉鎖電磁鐵：40，分閘電流：8.5A；

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3）20萬 噸 站 ：PMC560：108，SEL裝 置 ：110，指 示 燈 ：340，跳閘繼電器：126，閉鎖電磁鐵：90，分閘電流：23.8A，帶電顯示器90：，位置繼電器：126。

2.2.2 三個變電站直流負荷總計

1）經常負荷：PMC560+SEL裝置+指示燈+帶電顯示器+位置繼電器+閉鎖電=1.33kW；

沖擊負荷：跳閘繼電器+分閘電流=8.46kW。

2）0min～1min內事故放電電流為：（經常負荷+沖擊負荷）/220=44.5A；

1min～120min內事故放電電流為：經常負荷/220=6A。

3）1min～60min內容量累計為：經常負荷*1=6AH。

60 min～120min內容量累計為：經常負荷*2=12AH。

2.3 蓄電池容量的計算校驗

2.3.1 方法1:容量換算法

1）按持續放電負荷計算電池容量：直流屏蓄電池組終止電壓為200V，即單體電池終止電壓為1.85V，查《電力工程直流系統設計手冊》4.4.5節圖4-4放電容量與放電時間關系曲線得，Kcc=0.5，Krel=1.4，則蓄電池容量Cc=Krel*C/Kcc=1.4*12/0.5=34Ah；

2）按沖擊負荷計算電池容量：放電初期最大放電電流Ⅰch0=44.5A,電池放電終止電壓Ud=1.85V,查《電力工程直流系統設計手冊》4.4.5節圖4-2蓄電池沖擊放電曲線得，Kch=0.62，Krel=1.4，則蓄電池容量Cc=Krel*Ⅰch0/Kch=1.4*44.5/0.62=100Ah；

3）兩者應取較大值，所以C=100Ah；

4）校驗事故放電初期承受沖擊電流時的電壓水平：Kch=1.1*Ⅰch0/Cc=1.1*44.5/100=0.49,查《電力工程直流系統設計手冊》4.4.5節圖4-2蓄電池沖擊放電曲線“0”得，Ud=1.87V,則，U=1.87*18*6=201.96V=91.8%UN；

5）校驗事故放電末期的電壓水平：K=KrelCs/tC=1.4*12/2*100=0.084,查《電力工程直流系統設計手冊》4.4.5節圖4-1曲線得，Ud=1.98V，U=1.98*18*6=214V=97.2%UN；

6）兩項電壓校驗均符合標準，所以蓄電池容量可取Cc=100Ah,可滿足事故情況下供電2小時。

2.3.2 方法2:電流換算法

1）第一階段：電池的終止電壓為1.85V，查《電力工程直流系統設計手冊》4.4.5節圖4-5（a）容量換算系數曲線得，t11=1min時 Kc11=0.62，則 Cc1=Krel*Ⅰ1/Kc11=1.4*44.5/0.62=100Ah ；

2）第二階段：電池的終止電壓為1.85V，查《電力工程直流系統設計手冊》4.4.5節圖4-5（a）容量換算系數曲線得，t21=120min,Kc21=0.28,t22=119min,Kc22=0.29, 則 ，Cc2=Krel*（Ⅰ1/Kc21+（Ⅰ2-Ⅰ1）（Kc22）=1.4*（44.5/0.28+（6-44.5）/0.29）=37Ah ；

3）蓄電池容量取Cc1和Cc2兩者交大的值，即Cc=100Ah，可滿足事故情況下供電2小時。

3 結論

通過以上兩種計算方法驗證，將乙胺、20萬噸站的直流負荷電源從2#站直流屏轉移至3#站直流屏供電,完全可以滿足事故失電情況下的2個小時直流電源的供給時間。同時可以延長2#站變電所直流屏的事故供電時間，使2#、3#站直流屏的蓄電池容量都發揮了最合理的效果。

[1]白忠敏，於崇干，劉百震.電力工程直流系統設計手冊[M].北京：中國電力出版社，1999.