220 kV变电站站用直流电源的配置及计算

麦少锐

（广东电网有限责任公司河源供电局，广东河源517000）

1 直流系统的电压选择

为了能更直观地反映出电压选择后如何选择充电机或蓄电池，本文参考220 kV升平站所用直流系统DC 220 V。直流系统选择220 V电压等级主要有以下几个优点：

（1）220 kV变电站采用智能化控制，被控制的对象如智能终端装置及各开关场所的智能控制器，距离相对较远，在输出功率相同时，控制电缆中的负荷电流220 V相比110 V少一半，减少了控制电压的压降，所以在距离较远的情况下，为满足电压质量和幅值要求，控制电缆一般采用4 mm2，这样给施工带来了很大方便，节省了空间，降低了成本。

（2）在同样的电磁干扰环境下，DC 220 V电压等级的音噪比会比DC 110 V高一点点，所以抗电磁干扰的能力要强一点。

（3）变电站交流一般采用AC 220 V，事故照明会采用DC 220 V，切换回路简单，如采用DC 110 V，不能直接切换事故照明电压，而增加降压器或其他方法解决增加了二次回路的复杂性。

2 直流系统的接线方式

如图1所示，#1充电装置回路与Ⅰ段母线连接的ZK1隔离开关合在“至Ⅰ段母线”位置，#1蓄电池组与Ⅰ段母线的联络ZK4开关在“至#1蓄电池组”合闸位置，#1充电装置和#1蓄电池组并列对Ⅰ段直流母线供电。

#2充电装置回路与Ⅱ段母线连接的ZK2隔离开关合在“至Ⅱ段母线”位置，#2蓄电池组与Ⅱ段母线的联络ZK5开关在“至#2蓄电池组”合闸位置，#2充电装置和#2蓄电池组并列对Ⅱ段直流母线供电。

Ⅰ段母线与Ⅱ段母线联络为断开状态，直流Ⅰ、Ⅱ段母线分列运行。

图1 220 kV升平站直流系统示意图

3 直流系统的负荷计算

变电站的直流负荷主要有：

（1）常用负荷：直流系统在正常和事故状况下均可以可靠供应的负荷。主要有：线路、主变等智能保护单元在正常运行情况下消耗的电能；断路器保护及站内自动化设备、测控装置等设备运行情况下消耗的电能。

（2）事故应急负荷：主要为在交流系统失电情况下可靠供电的事故应急负荷，交流不间断电源在交流失去时自动化装置所需负荷。

（3）冲击负荷：主要是断路器开关操作的直流负荷。

事故停电的时间：现如今将220 kV变电站逐步技改为无人值守站，本文考虑无人值守的情况，全站交流事故停电时间按照事故处理规定2 h计算。变电站直流系统的负荷统计如表1所示。

考虑变电站的直流系统负荷分配及大小，由于采用220 V直流系统，蓄电池组采用2套铅酸蓄电池、5套高频开关电源装置，每组电池104个，无降压装置，直流充电屏设置两段直流母线，分单母分段，负荷采用辐射形供电方式。

表1 站内直流系统负荷统计表

蓄电池容量按以下计算方法选取：

第一步：蓄电池个数选择（n）。

式中，Un为直流系统的标称电压（V）；Uf为单个蓄电池的浮充电压标准值（V）。

取整数，n=104个。

第二步：单体电池放电的限制电压Um（V）。

取Um=1.85 V。

第三步：阶梯式负荷计算方法。

基本公式（第n阶段负荷计算容量）如下：

式中，CC1～CCn为蓄电池在10 h放电期间各阶段计算容量（Ah），KK为可靠系数，一般取1.4；I1～In为各个阶段负荷电流（A）。

按照直流供应的第一阶段计算：t=1 min，KC=1.24，I1=202 A，得到：

随机抽取负荷计算得到裕度容量为：

总计算得到蓄电池选择容量为：

所以通过计算得出结论：本220 kV变电站蓄电池的容量应选择500 Ah。

4 直流系统的保护配置

直流系统包括了自身充电模块、蓄电池等重要设备的保护监控，任一个保护指标不满足都可能引起保护装置拒动、开关拒动、通信中断等重大事件，所以在设计环节，应该确保直流系统的保护最可靠。按照220 kV变电站设计方案采用220 V直流供电，蓄电池容量为500 Ah，充电模块额定电流为20 A每个，输入满载电流为160 A计，则直流系统各级熔断器的保护配置原则如下：

（1）变电站内设置直流保护电器的级数不宜超过4级。

（2）直流熔断器下级可以配置直流断路器，直流断路器下级不宜配置熔断器。上、下级均为直流断路器的，额定电流宜按照4级及以上电流级差选择配合；熔断器下级为直流断路器的，宜按照2倍及以上额定电流选择级差配合。

（3）500 Ah蓄电池应配置400 A熔断器，160 A充电模块配置200 A直流熔断器，控制及UPS不间断电源应采用63 A直流熔断器，二次设备和断路器控制回路宜采用额定电流不大于6 A的直流熔断器。

对于直流系统本身对交流电压限值、直流均浮充电压限值以及对蓄电池及放电参数参考表2所示要求设置。

表2 直流系统各保护参数设置表

5 结语

直流系统作为保障变电站可靠运行的关键性设备之一，应从接线方式、蓄电池及组数、直流充电模块的选配来实现优化配置，以达到电压平稳、供电可靠、容量大，适用于变电站直流负荷的目的。近年来，河源地区220 kV变电站直流电源系统主要按以上原则配置，即采用两组500 Ah容量的蓄电池组，每组104只蓄电池，两套高频开关电源充电模块采用N+1热备份模式，每套按6个20 A模块配置能满足全站直流设备的负荷要求。多年的维护经验表明，此系统安全可靠，自动化程度高，维护工作量少。