IEEE Std 485与DL/T 5044的对比分析及国外蓄电池容量计算方法研究

于 芳

(中工武大设计研究有限公司，湖北 武汉 430070)

在国家“十四五”规划转变经济发展模式的政策背景以及“一带一路”的推动下，国内工程公司都在积极拓展国外市场。尤其是近年来国家电网公司构建全球能源互联网已经从战略构想阶段进入落地实施阶段，必将进一步扩大国内电力设计行业海外电力设计市场。直流系统是变电站非常重要的组成部分,它主要任务就是给继电保护装置、断路器操作、各类信号回路提供电源。直流系统的正常运行与否,关系到继电保护及断路器能否正确动作,会影响变电站乃至整个电网的安全运行。然而国外直流系统及蓄电池设计采用标准与国内标准存在差异。本文重点研究对比国内外蓄电池设计标准，结合具体算例分析国外蓄电池计算方法，理清设计思路，进而提高电力建设技术领域的国际竞争力。

文献[1]IDS系统功能、蓄电池计算方法两个方面简单介绍了带UPS小容量蓄电池的选择[1]，应用范围受限，文中没有将中外标准进行对比分析，也没有结合国内蓄电池制造企业提供的电池参数特性的基础上如何计算蓄电池容量。下面从直流负荷分类、事故停电时间、蓄电池个数选择及蓄电池的容量计算等方面进行了深层次的对比分析，找出IEEE Std 485[2]和DL/T 5044-2014[3]两个标准存在的差异，为设计工程师使用时提供便利。

1 直流负荷分类

1)国外负荷分类。根据IEEE 485标准4.2条款，按负荷性质可分为连续负荷、非连续负荷(持续时间大于1 min)、瞬时负荷(持续时间小于1 min)，另外还有随机负荷，如有需要时应予以特殊考虑。

2)国内负荷分类。根据DL/T 5044标准4.1条款，按功能分可分为控制负荷和动力负荷；按性质分可分为经常负荷、事故负荷和冲击负荷。

3)对比分析。中国标准对负荷分类有有两种分法，其中性质分类与国外标准是类似的，都是考虑负荷发生的时间点及持续时间，负荷统计的也是依据性质分类法来完成的。

2 事故停电时间

1)国外事故停电时间。根据IEEE 693[4]标准7.5.1.1条款，变电站事故停电时间通常按2～6 h来考虑。

2)国内事故停电时间。根据DL/T 5044标准4.2.2条款，变电站事故停电时间按变电站有无人值守和重要性来确定。对于有人值守变电站事故停电时间按1 h考虑，对无人值守及1 000 kV变电站等重要站事故停电时间按2 h考虑。

3)对比分析。中国标准按变电站的特性划分，给出了不同情况下具体事故停电时间的取值，而国外标准仅仅给出一个范围。根据对比得出国外事故停电时间较长，这与国外运维水平及事故处理效率有关系。根据国外工程经验，在不同地区变电站事故停电时间要求是不同的，考虑事故停电时间时需跟业主充分沟通后确定。

3 蓄电池个数选择

3.1 国外蓄电池个数选择

根据IEEE 485标准6.2.2条款，蓄电池个数见公式(1)。

(1)

式中：maximumsystemvoltage为直流系统允许的最高电压值；cellvoltagerequiredforequalizing为单体电池均充电压值。

对于蓄电池个数校验见公式(2)，这个值不得小于电池允许的终止电压值。

(2)

式中：minimumbatteryvoltage为直流系统允许的最低电压值；numberofcells为公式(1)所求得的电池个数。

3.2 国内蓄电池个数选择

根据DL/T 5044标准附录C-C.1.1条款，蓄电池个数见公式(3)。

(3)

式中：Un为直流系统母线电压值；Uf为单体电池浮充电压值。

对于蓄电池个数的校验要同时满足以下两个条件：

1)电池均充电压值不大于1.10Un/n(控制负荷)或1.125Un/n(动力负荷)；

2)直流母线电压的0.875倍与所求得电池个数相除的值不得大于电池允许的终止电压值，见公式(4)。

Um≥0.875Un/n

(4)

式中：Un为直流系统母线电压值；n为公式(3)所求得的电池个数。

3.3 对比分析

在蓄电池个数选择时，国内标准和国外标准存在较大差异，原则完全不同。执行国外项目时应严格按国标标准规定进行计算及校验选择。

4 蓄电池容量的计算

1)国外蓄电池容量的计算。根据IEEE 485标准6.4条款描述，在负荷分类统计及事故停电时间确定后，绘制电池工作周期图，查电池厂家资料或计算求得容量换算系数后，填写电池容量计算表格，最终求得蓄电池容量值。

2)国内蓄电池容量的计算。根据DL/T 5044标准附录C.2.3条款介绍，电池容量计算可选用简化计算法或阶梯计算法，两种方法的原理类似，主要是在对初期冲击负荷计不计入阶梯计算的处理区别。

3)对比分析。中国标准的两种电池容量计算方法和外国电池容量计算方法是有较大差异的，特别体现在中外标准锂电池容量计算表格的格式及内容完全不同。因此，中国的两种计算方法均不宜使用在国外项目上。

5 算例分析

以某非洲地区变电站项目为例，负荷统计按实际工程值取整，估算负荷消耗容量暂不考虑容量换算系数，忽略随机负荷，具体数值见表1。

表1 负荷统计及估算消耗容量表

根据表1绘制出蓄电池工作周期如图1。

图1 蓄电池工作周期图

负荷统计完成后，要计算蓄电池容量，还需知道容量换算系数。虽为国外变电站项目，但项目执行中设备采购一般在中国进行。而国内电池厂家通常只提供一定条件下的电池放电率电流值，不会直接给出容量换算系数。此时，需根据IEEE 485规范中对“容量换算系数”的定义并结合厂家给出的电流值推导出容量换算系数。

以某电池厂家GFM系列固定阀控密封铅酸蓄电池产品样本为例，当2 V单体电池室温为25℃，终止电压为1.75 V时各种容量对应的放电率电流值见表2。

表2 室温25℃、终止电压1.75 V时，放电率电流值表

放电时间在表上能直接查到的，可以直接得出对应的放电率电流；放电时间不能直接查的时候，找出放电时间对应的区间，用插值法推算放电率电流值。最终将电流转化成容量换算系数。具体过程见表3。

表3 容量换算系数推导表

根据IEEE 485规范附录A中算例格式，计算出本工程所需的蓄电池容量大小，并选择适宜的蓄电池型号。

1)根据工程实际情况，填写及计算表4中相关内容。

表4 蓄电池容量计算表

2)由表4可知，阶段1对应计算电池容量为50.6 AH、阶段2对应计算电池容量为484.1 AH和阶段3对应计算电池容量为518.3 AH。此处需取各阶段中最大计算容量即518.3 AH作为计算基础。

3)再求未经校正容量。未经校正容量为最大计算容量与随机负荷容量之和，本次不考虑随机负荷，取值0。未经校正容量在数值上就等于最大计算容量，即也为518.3 AH。

4)接下来根据工程情况，取规定的系数校正电池最终计算容量，见公式(5)。

最终计算容量=T×M×D×未经校正容量

(5)

式中：T为温度校正系数；M为设计裕度；D为老化系数。

本工程T取值1.08、M取值1.1、D取值1.25代入公式(5)中求得最终计算容量值为：

最终计算容量=1.08×1.1×1.25×518.3=769.7 AH

5)最后，根据电池最终计算容量选取电池型号。当电池最终计算容量大于制造商提供的标准电池容量时，应选用下一级较大容量代替。因此应选容量为800 AH，型号为GFM-800的电池。

6 结 语

通过对比分析IEEE Std 485和DL/T 5044-2014两个标准，找出中外标准中蓄电池容量计算不同的方面，再结合具体算例进行说明。在实际国外项目应用中，设计者还需注意以下几点：

1)在负荷分类及统计时，充分分析所有直流设备运行负荷，合理假设故障发生状况及时间点，使得绘制出的蓄电池工作周期更贴近实际情况。

2)电池的容量换算系数尽可能要求设备制造厂提供，如不能提供的情况下，需根据厂家提供的电池其他参数推导出此系数，设计者要灵活处理。

3)要结合所在地运行和维修水平，充分考虑事故停电时间及设计裕度系数等因素，选择出最适宜容量大小的蓄电池。