110kV无人值班变电站直流系统负荷统计及容量计算
2014-04-18于海
于 海
（青岛昌盛日电太阳能科技有限公司,山东 青岛 266227）
110kV无人值班变电站直流系统负荷统计及容量计算
于海
（青岛昌盛日电太阳能科技有限公司,山东 青岛 266227）
摘要：本文结合某110kV无人值班变电站工程实例，通过对站内直流系统的负荷（经常负荷、事故负荷、冲击负荷）进行统计、分析，按照行业设计的规范、要求，对蓄电池组的容量进行选择计算。
关键词：变电站直流系统；直流负荷统计；蓄电池组容量计算；110kV无人值班变电站
1 引言
电力系统和电力设备运行的安全、可靠关系着国家的发展和人民群众的生产、生活。电力系统中的二次系统就显得尤为重要了。直流系统能够在变电站正常运行时为二次保护、控制装置提供高品质的工作电源，而且还能在发生交流停电故障时在为二次保护、控制装置提供可靠的、不间断的应急电源，保证电力系统的运行。合理设计、运维的直流系统可以避免事故波及范围的扩大，减少人身及财产的损失。
2 直流负荷分类说明
直流系统中负荷按性质种类划分可分为三种，分别为经常负荷、事故负荷和冲击负荷。
2.1变电站规模概况
本光伏电站工程建设容量为100MWp，并网电压为110kV，为无人值班变电站。主要一次设备包含：2台110kV变压器、3个110kV断路器、10台35kV集电线柜、2台35kV SVG柜、2台35kV PT柜、1台35kV站用变柜、2台35kV出线柜等。
2.2经常负荷
经常负荷：在变电站正常运行和发生交流停电故障时，需要由直流系统可靠供电的负荷。
本系统经常负荷主要为：信号装置、继电保护装置、微机保护装置、微机测控装置等。
2.3事故负荷
事故负荷：在变电站发生交流停电故障时，需要由蓄电池组供电的负荷。
本系统事故负荷主要为：信号装置、继电保护装置、UPS不间断电源等。由于该变电站的48V通信电源系统单独配有1组蓄电池（24节2V100AH铅酸蓄电池），所以无需将DC/DC通信模块考虑到事故负荷内。
2.4冲击负荷
冲击负荷：主要发生在变电站发生交流停电故障的初期（事故初期1min）、末期或随机（事故过程中的瞬时5s）。当交流高压系统恢复供电时，随机（5s）负荷应按断路器合闸电流最大的1台来计算。
本系统冲击负荷主要为：随机（5s）负荷，既单台110kV SF6断路器的合闸电流。
3 负荷统计
本直流系统直流负荷主要为二次综合自动化系统设备，如110kV光差保护装置、主变保护装置、35kV线路测控装置、远动装置、小电接地流选线装置等。目前各综自设备厂家的微机保护、测控装置的正常工作和动作时的直流消耗功耗在50W以下，均满足了国家规范中对保护装置功耗的两个要求。（1）保护装置正常工作时，直流功耗不大于50W。（2）保护装置工作时时，直流功耗不大于80W。
各类负荷统计方法如下：
1）保护装置。110kV、35kV线路保护装置每回路按1个统计、110kV主变保护装置每台按4个统计，均按50W计算。
2）测控装置。110kV、35kV线路保护装置每回路按1个统计、110kV主变测控装置每台按1个统计，均按50W计算。
3）操作箱。110kV线路操作箱每回路按1个统计、110kV主变高低压操作箱每台按1个统计，均按50W计算。
4）公用部分装置。公用测控装置1个、远动通信装置2个、故障录波装置1个、光功率预测装置2个、电能量采集装置1个、失步解列装置1个、小电流接地线装置1个、直流系统监控装置2个等其它装置，均按25W计算。
5）断路器的弹簧操作机构。110kV SF6断路器3个，每个断路器的跳、合闸电流均按5A计算；35kV真空断路器16个，每个断路器的跳、合闸电流均按1.5A计算。
6）UPS电源1台，容量为10kVA。
直流负荷统计表
4 蓄电池个数及容量计算
4.1蓄电池个数计算
根据1.05倍的直流母线电压和铅酸蓄电池单体浮充电电压来计算蓄电池个数。
n=1.05Un/Uf=1.05×220V/2.23V=104
式中：
n --蓄电池个数；
Un --直流系统标称电压，220V；
Uf --阀控式密封铅酸蓄电池单体浮充电电压取2.23V。
4.2蓄电池终止放电电压计算
对于控制母线和动力母线合并的直流系统，计算单体蓄电池在事故放电末期时的终止放电电压，应根据直流系统允许的最低母线电压和蓄电池个数来计算。
Um≥0.875Un/n=0.875×220V/104=1.85（V）
式中：
Um --单体蓄电池放电终止电压，V。
4.3蓄电池容量计算
无人值班的变电所，全所交流电源事故停电时间按2h计算。
蓄电池组容量的计算方法有两种；容量换算法和阶梯计算法，本直流系统蓄电池组容量计算方法为阶梯计算法。
按第一阶段计算容量
按第二阶段计算容量
按第三阶段计算容量
按第四阶段计算容量
随机（5s）负荷计算容量
将CR叠加在Cc2-Cc4中最大的阶段上，然后与Cc1比较，取其大者，即为蓄电池的计算容量。
计算结果：CcM4＞CcM2、CcM3、Cc1，最终选择2V150AH阀控制铅酸蓄电池（贫液），104节。
注：式中 “容量换算系数”的数值选自《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》中表B.8。
式中：
CC1、CC2、CC3、CC4--蓄电池10h放电率各阶段的计算容量，Ah；
CR--随机负荷计算容量，Ah；
I1、I2、I3、I4--各阶段的负荷电流，A；
IR--随机负荷电流，A；
KK--可靠系数，取1.40；
KC--1min放电时的容量换算系数，1/h；
KCR--随机（5s）负荷的容量换算系数，1/h；
KC1--各计算阶段中全部放电时间的容量换算系数，1/h；
KC2--各计算阶段中除第1阶梯时间外放电时间的容量换算系数，1/h；
KC3--各计算阶段中除第1、2阶梯时间外放电时间的容量换算系数，1/h；
KC4--各计算阶段中第4阶梯时间外放电时间的容量换算系数，1/h。
5 结束语
直流系统的设计，除了要考虑蓄电池组外，还应考虑与其配套的断路器、熔断器、电缆、直流系统监控装置等其它器件。设备选择的合理性加上健全的管理体系，才能保证直流电力系统乃至整个电站电力系统运行的安全性、可靠性及经济性。
参考文献：
[1] 白忠敏,刘百震,於崇干等编著.电力工程直流系统设计手册[Z].北京：中国电力出版社,1999.
[2] 刘百震,盛和乐,陈巩等编著.DL/T5044-2004,火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定[S].
[3] 马忠,110kV无人值班变电站蓄电池容量的计算[J].云南水利发电,2011.
[4] 中国航空工业规划设计研究院等编著.工业与民用配电设计手册[Z].北京：中国电力出版社,2005.
作者简介：于海（1989-），男，黑龙江哈尔滨人，系统工程师，主要工作：光伏变电站电气二次设计。
