基于I EEE 485—2010 規范的直流電源計算

楊林娜

（華陸工程科技有限責任公司，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，是變電所設計中重要的一環，正確選擇直流電源容量能在保證系統安全穩定運行的基礎上盡可能地降低投資，保證經濟性。

2 直流電源選型要點

首先，根據負荷情況確定直流電源系統電壓，專供動力負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電源模塊型及相控型。化工項目中大多選用高頻電源模塊型，且一般為1 組蓄電池，帶1 套充電裝置，單母線接線。

3 直流負荷的分類與統計

DL/T 5044—2014《電力工程直流電源系統設計技術規程》[1]中直流負荷分類按功能可分為控制負荷和動力負荷。常見的電氣控制、信號、測量、繼電保護、自動裝置及監控系統、跳閘信號，彈簧合閘機構等都屬于控制負荷；動力負荷則包括直流電機、電磁操作合閘機構等。化工項目中以控制負荷為主。需注意直流負荷統計時應考慮規定的負荷系數。

直流負荷按性質分可分為經常負荷、事故負荷和沖擊負荷。經常負荷是在直流電源系統正常和事故停電時間內都應該可靠供電的負荷，事故負荷是在交流電源系統事故停電時間內應該可靠供電的負荷，而沖擊負荷是指短時間內施加的較大負荷電流，包括出現在事故初期（1min）的初期沖擊負荷及出現在事故末期或事故過程中的隨機負荷（5s）。化工項目中經常負荷有電氣控制、保護裝置等；沖擊負荷有高壓斷路器跳閘。僅裝設1 組蓄電池時，按全部負荷統計。

IEEE 485—2010《固定設施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規程標準》[2]中負荷分類則是根據負荷的持續時間分為連續負荷（Continuous load）、非連續負荷（Noncontinuous load）以及瞬時負荷（Momentary load）。連續負荷持續時間貫穿于整個事故放電周期內；非連續負荷持續時間僅為事故放電周期內的某一時段，這些負荷可能會在某一工作時段的任何時間啟動，并可能會持續一段設定的時間后自動或手動終止，或者持續到放電周期結束；瞬時負荷持續時間小于1min，可能發生在事故放電周期內的任一時段，對于瞬時負荷， 在負荷統計中， 通常做法是每個負荷持續時間按1min 考慮。此規范中負荷統計并沒有負荷系數的要求。

4 選擇實例

多數涉外項目認可的標準為IEC 或IEEE 規范，在對國標及行業標準不認可時，對直流電源電池容量的計算可采用IEEE 485—2010《固定設施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規程標準》規范。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說明。

該項目某11kV 變電所設11kV/6kV/0.4kV 三級供電電壓。11kV 采用單母分段接線，開關柜共14 面，其中進線柜2 面，母聯柜及隔離柜各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。

柜內風機、加熱器、照明等由柜內交流小母線提供電源，直流負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、真空度監測儀、關口表等。具體負荷統計如表1 和表2 所示。

表1 開關柜內直流負荷統計及分類

表2 直流負荷計算結果

本項目直流電源系統采用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54，終止

放電電壓1.75V，事故停電時間按4h 計算。根據IEEE 485—

2010《固定設施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規程標準》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

根據直流負荷完成蓄電池容量計算后，還需對計算結果進行修正。主要從溫度修正系數、設計裕度系數及老化系數3 方面考慮：（1）溫度修正系數。蓄電池的額定容量是在的標準溫度條件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取1。（2）設計裕度系數。為了預防出現預期之外的直流負荷增加，以及維護不當、近期放電或環境溫度低于預期等，綜合考慮這些因素，蓄電池容量在選取時應有一定的裕度。本項目的設計裕度系數取1.1。（3）老化系數。IEEE 450—2002《通氣固定鉛蓄電池組的維護、試驗及更換》建議當電池的實際容量下降至其額定容量的80%時，應更換電池，因此為了確保電池在其整個使用壽命內能夠滿足其設計負載，電池的額定值容量應至少為其使用壽命結束時預期負載的125%，即老化系數為1.25。

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

5 結語

本文按照IEEE 485—2010《固定設施用酸性鉛蓄電池尺寸測定推薦規程標準》計算方法，通過計算實例詳細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。