220 kV變電站站用直流電源的配置及計算

麥少銳

（廣東電網有限責任公司河源供電局，廣東河源517000）

1 直流系統的電壓選擇

為了能更直觀地反映出電壓選擇后如何選擇充電機或蓄電池，本文參考220 kV升平站所用直流系統DC 220 V。直流系統選擇220 V電壓等級主要有以下幾個優點：

（1）220 kV變電站采用智能化控制，被控制的對象如智能終端裝置及各開關場所的智能控制器，距離相對較遠，在輸出功率相同時，控制電纜中的負荷電流220 V相比110 V少一半，減少了控制電壓的壓降，所以在距離較遠的情況下，為滿足電壓質量和幅值要求，控制電纜一般采用4 mm2，這樣給施工帶來了很大方便，節省了空間，降低了成本。

（2）在同樣的電磁干擾環境下，DC 220 V電壓等級的音噪比會比DC 110 V高一點點，所以抗電磁干擾的能力要強一點。

（3）變電站交流一般采用AC 220 V，事故照明會采用DC 220 V，切換回路簡單，如采用DC 110 V，不能直接切換事故照明電壓，而增加降壓器或其他方法解決增加了二次回路的復雜性。

2 直流系統的接線方式

如圖1所示，#1充電裝置回路與Ⅰ段母線連接的ZK1隔離開關合在“至Ⅰ段母線”位置，#1蓄電池組與Ⅰ段母線的聯絡ZK4開關在“至#1蓄電池組”合閘位置，#1充電裝置和#1蓄電池組并列對Ⅰ段直流母線供電。

#2充電裝置回路與Ⅱ段母線連接的ZK2隔離開關合在“至Ⅱ段母線”位置，#2蓄電池組與Ⅱ段母線的聯絡ZK5開關在“至#2蓄電池組”合閘位置，#2充電裝置和#2蓄電池組并列對Ⅱ段直流母線供電。

Ⅰ段母線與Ⅱ段母線聯絡為斷開狀態，直流Ⅰ、Ⅱ段母線分列運行。

圖1 220 kV升平站直流系統示意圖

3 直流系統的負荷計算

變電站的直流負荷主要有：

（1）常用負荷：直流系統在正常和事故狀況下均可以可靠供應的負荷。主要有：線路、主變等智能保護單元在正常運行情況下消耗的電能；斷路器保護及站內自動化設備、測控裝置等設備運行情況下消耗的電能。

（2）事故應急負荷：主要為在交流系統失電情況下可靠供電的事故應急負荷，交流不間斷電源在交流失去時自動化裝置所需負荷。

（3）沖擊負荷：主要是斷路器開關操作的直流負荷。

事故停電的時間：現如今將220 kV變電站逐步技改為無人值守站，本文考慮無人值守的情況，全站交流事故停電時間按照事故處理規定2 h計算。變電站直流系統的負荷統計如表1所示。

考慮變電站的直流系統負荷分配及大小，由于采用220 V直流系統，蓄電池組采用2套鉛酸蓄電池、5套高頻開關電源裝置，每組電池104個，無降壓裝置，直流充電屏設置兩段直流母線，分單母分段，負荷采用輻射形供電方式。

表1 站內直流系統負荷統計表

蓄電池容量按以下計算方法選取：

第一步：蓄電池個數選擇（n）。

式中，Un為直流系統的標稱電壓（V）；Uf為單個蓄電池的浮充電壓標準值（V）。

取整數，n=104個。

第二步：單體電池放電的限制電壓Um（V）。

取Um=1.85 V。

第三步：階梯式負荷計算方法。

基本公式（第n階段負荷計算容量）如下：

式中，CC1～CCn為蓄電池在10 h放電期間各階段計算容量（Ah），KK為可靠系數，一般取1.4；I1～In為各個階段負荷電流（A）。

按照直流供應的第一階段計算：t=1 min，KC=1.24，I1=202 A，得到：

隨機抽取負荷計算得到裕度容量為：

總計算得到蓄電池選擇容量為：

所以通過計算得出結論：本220 kV變電站蓄電池的容量應選擇500 Ah。

4 直流系統的保護配置

直流系統包括了自身充電模塊、蓄電池等重要設備的保護監控，任一個保護指標不滿足都可能引起保護裝置拒動、開關拒動、通信中斷等重大事件，所以在設計環節，應該確保直流系統的保護最可靠。按照220 kV變電站設計方案采用220 V直流供電，蓄電池容量為500 Ah，充電模塊額定電流為20 A每個，輸入滿載電流為160 A計，則直流系統各級熔斷器的保護配置原則如下：

（1）變電站內設置直流保護電器的級數不宜超過4級。

（2）直流熔斷器下級可以配置直流斷路器，直流斷路器下級不宜配置熔斷器。上、下級均為直流斷路器的，額定電流宜按照4級及以上電流級差選擇配合；熔斷器下級為直流斷路器的，宜按照2倍及以上額定電流選擇級差配合。

（3）500 Ah蓄電池應配置400 A熔斷器，160 A充電模塊配置200 A直流熔斷器，控制及UPS不間斷電源應采用63 A直流熔斷器，二次設備和斷路器控制回路宜采用額定電流不大于6 A的直流熔斷器。

對于直流系統本身對交流電壓限值、直流均浮充電壓限值以及對蓄電池及放電參數參考表2所示要求設置。

表2 直流系統各保護參數設置表

5 結語

直流系統作為保障變電站可靠運行的關鍵性設備之一，應從接線方式、蓄電池及組數、直流充電模塊的選配來實現優化配置，以達到電壓平穩、供電可靠、容量大，適用于變電站直流負荷的目的。近年來，河源地區220 kV變電站直流電源系統主要按以上原則配置，即采用兩組500 Ah容量的蓄電池組，每組104只蓄電池，兩套高頻開關電源充電模塊采用N+1熱備份模式，每套按6個20 A模塊配置能滿足全站直流設備的負荷要求。多年的維護經驗表明，此系統安全可靠，自動化程度高，維護工作量少。