一種智能變電站蓄電池容量快速選擇方法

郭科

（1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，寧夏 銀川 750002； 2.寧夏寧電電力設(shè)計(jì)有限公司，寧夏 銀川 750002）

變電站蓄電池作為變電站直流控制、保護(hù)以及不間斷交流電源的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，其可靠性對電網(wǎng)安全起到重要作用。

在變電站規(guī)劃設(shè)計(jì)中，蓄電池的選型是相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)，但是蓄電池容量選擇以及計(jì)算過程較繁瑣，對于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員也需要大量時間才能把全站蓄電池容量估算出來。文獻(xiàn)[1-3]中提供的階梯計(jì)算法和簡化計(jì)算法均需要多次的迭代計(jì)算和系數(shù)查詢，對設(shè)計(jì)人員熟練度要求高、工作量大且容易出錯，任一環(huán)節(jié)參數(shù)錯誤都會導(dǎo)致整個計(jì)算結(jié)果發(fā)生錯誤。本文以現(xiàn)有規(guī)程規(guī)范和電力設(shè)計(jì)手冊為基礎(chǔ)，提出了一種110kV～750kV 智能變電站蓄電池容量快速選擇方法。

1 計(jì)算方法提出

依據(jù)DL/T 5044-2014《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[4]（以下簡稱DL/T 5044-2014），變電站直流負(fù)荷事故放電時間統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

因此對于有人值班變電站，DL/T 5044-2014 蓄電池容量階梯計(jì)算法公式為：

第一階段計(jì)算容量

第二階段計(jì)算容量

第三階段計(jì)算容量

式中：Cc1～Cc3為蓄電池10h(或5h)放電率各階段的計(jì)算容量（Ah）；Kk為可靠系數(shù)，取1.4；I1、I2為各階段的負(fù)荷電流（A）；Kc1～Kcn為各計(jì)算階段最后一個階段放電時間的容量換算系數(shù)（1/h）。

從表1 可以看出，在變電站整個蓄電池事故放電時段中，只有初期1min 直流負(fù)荷與其他時段直流負(fù)荷不同，僅僅多了事故初期高壓斷路器跳閘負(fù)荷，蓄電池初期1min 蓄電池放電容量遠(yuǎn)小于其他階段的放電容量。因此，對蓄電池容量起決定因素的是最后一個階段的計(jì)算容量Cc3。又因?yàn)镵c1(60min)值與Kc1(59min)值幾乎相等，Cc3公式可以近似簡化為：

表1 直流負(fù)荷事故放電時間統(tǒng)計(jì)表

此時蓄電池計(jì)算容量為：

式中：Ir為隨機(jī)負(fù)荷電流（A）；Kcr為隨機(jī)（5s）沖擊負(fù)荷容量換算系數(shù)（1/h）。

同理，對于無人值班變電站蓄電池計(jì)算容量為：

假設(shè)在某110kV～750kV 智能變電站終期規(guī)模中，主變臺數(shù)為B 臺，電壓共轉(zhuǎn)換N 次，220kV 及以上線路、母聯(lián)（分段）間隔總數(shù)為E，110（66）kV 及以上母線總數(shù)為M，110(66)kV 線路、母聯(lián)（分段）間隔總數(shù)為Y，35kV 及以下線路、母聯(lián)（分段）、母線間隔總數(shù)為Z，3/2 接線完整串內(nèi)的總斷路器數(shù)D，220kV及以上斷路器總個數(shù)C。根據(jù)國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)330～750kV 變電站分冊（2017 年版）[5]、GB14285-2006 繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程[6]、DL/T5136-2012 火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[7]等設(shè)計(jì)原則以及各廠家設(shè)備說明書，智能變電站直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 智能變電站直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

取直流電壓為220V，由表2 可以計(jì)算出：

將公式（7）的計(jì)算結(jié)果帶入公式（5）和公式（6）可以得到有人值班變電站蓄電池計(jì)算容量如公式（8），無人值班變電站蓄電池計(jì)算容量如公式（9）。

2 應(yīng)用實(shí)例

實(shí)例1：某330kV 智能無人值班變電站330kV 系統(tǒng)遠(yuǎn)期采用3/2 接線，出線8 回；110kV 遠(yuǎn)期采用雙母線雙分段接線，出線18 回；35kV 采用單母線單元接線，不出負(fù)荷線，其中I、II 段母線分別安裝1 回主變壓器進(jìn)線間隔，3 組電容器間隔，1 組電抗器間隔，1組站用變間隔，1 組母線設(shè)備間隔；Ⅲ段母線安裝1 回主變壓器進(jìn)線間隔，3 組電容器間隔，1 組電抗器間隔，1 組母線設(shè)備間隔。本變電站蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池（貧液）（單體2V），放電終止電壓取1.87V。由DL/T 5044-2014 表C.3-3 查 的Kc1(120min)=0.334，Kcr=1.27，取Kk=1.4，由變電站主接線可知B=3,N=3,E=8,Y=22,M=6,Z=17,C=16,D=15,X=0,U=15,S=10,T=0,H=6。將上述數(shù)據(jù)代入公式（8）得到Cs=580.8Ah。建議選用蓄電池容量600Ah，直流系統(tǒng)蓄電池為：2×600Ah。

實(shí)例2：某750kV 智能無人值班變電站750kV 系統(tǒng)遠(yuǎn)期采用3/2 接線，出線9 回；330kV 采用3/2 接線，雙母線雙分段，330kV 遠(yuǎn)期21 回出線；主變66kV 側(cè)采用單母線單元接線，采用雙分支進(jìn)線回路，設(shè)2 臺總斷路器，對應(yīng)每個進(jìn)線回路設(shè)一段66kV 分支母線，分別連接2 組低壓并聯(lián)電容器和2 組低壓并聯(lián)電抗器及站用電源。本變電站蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池（貧液）（單體2V），放電終止電壓取1.87V。由DL/T 5044-2014 表C.3-3 查的Kc1(120min)=0.334，Kcr=1.27，取Kk=1.4，由變電站主接線可知B=3,N=3,E=32,Y=0,M=9,Z=2,C=56,D=54,X=0,U=15,S=10,T=0,H=6。將上述數(shù)據(jù)代入公式（8）得到Cs=696.4Ah。建議選用蓄電池容量800Ah，直流系統(tǒng)蓄電池為：2×800Ah。

上述蓄電池容量選型實(shí)例已經(jīng)在實(shí)際工程中應(yīng)用，經(jīng)過多項(xiàng)工程檢驗(yàn)，證實(shí)上述蓄電池選型方法可行可用。

3 結(jié)論

本文首先對現(xiàn)有智能變電站直流負(fù)荷及其事故放電時間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在變電站整個蓄電池事故放電時段中，只有初期1min 直流負(fù)荷與其他時段直流負(fù)荷不同，僅僅多了事故初期高壓斷路器跳閘負(fù)荷，然而蓄電池初期1min 蓄電池放電容量遠(yuǎn)小于其他階段的放電容量。因此對現(xiàn)有規(guī)程規(guī)范提出的蓄電池容量選擇方法進(jìn)行了步驟簡化。

同時將智能變電站直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)工作與變電站主接線規(guī)模建立了聯(lián)系，僅需要知道變電站終期主接線規(guī)模就可以通過本文提煉的公式（8）或公式（9）一步計(jì)算出變電站的蓄電池的計(jì)算容量，從而選定蓄電池的設(shè)計(jì)容量。

本文提出的變電站蓄電池容量選擇方法比現(xiàn)有規(guī)程規(guī)范及文獻(xiàn)采用的方法步驟簡化，操作簡便，不易出錯，對于變電站規(guī)劃設(shè)計(jì)以及建設(shè)具有廣泛的推廣和使用價(jià)值。