直流负荷统计及容量计算

摘要：通过实例计算，变电站蓄电池容量的计算，应以所内直流负荷为依据，而无人值班变电站直流负荷的统计不能简单的照搬设计手册，而应该对站内设备直流功耗进行详尽分析、统计，以确定蓄电池容量。

关键词：110 kV无人值班变电站；直流负荷；蓄电池容量计算

中图分类号：TM764.1 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2007)03-0013-02

安全可靠、技术先进、降低造价是110 kV无人值班变电站的发展方向。随着无人值班变电站模式的推广，变电站大多按照无人值班模式设计，其中蓄电池的选择及容量计算出现新的问题。由于在各类设计手册中有关蓄电池选型和容量计算问题论述不多，设计过程中对负荷统计和计算方式，大多参照传统方式统计和计算，而110 kV无人值班变电站，由于现场监测设施的取消或减少、各类高新技术设备的投入使用，直流负荷明显比常规站减少，因此，确定蓄电池组的容量时，应该对站内设备直流功耗进行详尽分析和统计，盲目照搬设计手册或依据常规变电站的经验选择，则会增加不必要的投资。为此，通过实例计算，针对110 kV无人值班变电站直流负荷分析、统计及蓄电池容量计算方式进行说明。

1 负荷分析

直流负荷按功能分类，可分为控制负荷和动力负荷；按负荷性质分类，可分为经常负荷、事故负荷和冲击负荷。现按直流负荷性质分类方法，对 110 kV无人值班变电站直流负荷进行分析和统计。

1.1 变电站规模实例

变电站规模为主变压器额定容量为2×40 MVA，三绕组110/35/10 kV；110 kV为4回出线，单母线断路器分段接线; 35 kV为8回出线，单母线断路器分段接线；10 kV为12回出线，2组电容补偿装置，单母线断路器分段接线。110 kV采用SF6断路器， 35 kV 、10 kV采用户内真空断路器，所有断路器均配弹簧操作机构。二次设备采用综合自动化系统，所有元件配置微机保护、测控装置。35 kV、10 kV分段断路器配置备用自投装置，另外还配置了小电流接地选线装置、低周低压减载装置、综合测控装置等一些安全自动装置及公用装置。

1.2 经常负荷

要求直流电源在正常和事故工况下，可靠供电的负荷称为经常负荷。

110 kV无人值班变电站主要的直流负荷有微机保护装置、微机测控装置、安全自动装置、简易的信号报警器。

1.3 事故负荷

在变电站交流电源消失后，全站停电状态下，必须由直流电源供电的负荷称为事故负荷。

110 kV无人值班变电站事故负荷，主要为照明和各类装置负荷。变电站在主控制室及10 kV、35kV配电装置室设置6～8盏事故照明灯，每盏50 W。装置负荷按110 kV母线保护动作，引起110kV侧失压，低周低压减载装置动作，35 kV、10 kV有源线路动作跳闸统计。

站内设置了独立的48 V通信电源，配置了专用的蓄电池，因此在统计直流负荷时，不考虑通信设备负荷情况。

1.4 冲击负荷

冲击负荷主要有事故初期和过程冲击负荷， 110 kV、35 kV、10 kV断路器采用弹簧操作机构，其跳、合闸电流大多在1～2.5 A之间（计算时取2 A），因此不再考虑事故过程中的随机冲击负荷。主要统计事故初期冲击负荷。

站内无直流油泵电动机，事故初期冲击负荷主要由备用自投装置动作，投入断路器合闸的合闸电流，以及在备用自投装置动作投入断路器合闸的同时，可能会有一些负荷支路的断路器跳闸，事故初期负荷按这些断路器的跳闸电流之和计算，并乘以负荷系数Ku，取Ku  = 0.85。

2 负荷统计

2.1 计算依据

根据《35 kV～110 kV无人值班变电站设计规程》规定，蓄电池组的容量，应满足下列要求：

·全所事故停电2 h的放电容量；

·事故放电末期最大冲击负荷的容量。

事故照明不设自投，事故照明灯在维修人员到达现场后开启，按1 h计算。

《电力工程直流系统设计手册》中列出了微机型控制保护装置负荷参考值：正常工作时10～35 kV线路为80 W、110 kV线路为150 W、110 kV变压器为200 W；动作时10～35 kV线路为200 W；110 kV线路为300 W、110 kV变压器为400 W。而根据GB/T 15145-94《微机线路保护装置通用技术条件》“功率消耗”部分对直流电源回路的要求：当正常工作时，不大于50 W；当保护动作时，不大于80 W。同时，现在各大厂生产的微机保护、测控装置等直流功耗都远低于GB/T 15145-94《微机线路保护装置通用技术条件》所提要求。由于各厂的保护、测控装置的直流功耗大小不一，以及断路器三相操作箱无确切负荷资料，通过查阅相关厂家产品资料，同时对运行中的110 kV变电站直流功耗进行统计、分析，微机保护测控装置等按运行时25 W，动作时为50 W计算。

2.2 经常负荷统计

经常负荷统计如表1所示。

2.3 事故负荷统计

事故照明负荷

P_m = 1000 W　　　　I_m = 4.55 A 

装置负荷

P_bs = 600 W　　　　I_bs = 2.73 A

2.4 直流负荷统计

直接负荷统计如表2如示。

3 蓄电池容量计算

直流系统主接线采用单母线接线，母线电压为220 V，蓄电池选择阀控式密封铅酸蓄电池，不带端电池，单体电压2 V，组合安装，组件电压12 V。

3.1 计算原则

按浮充电运行时，直流母线电压为1.05Un来确定电池个数

N_f = 1.05U_n/U_f

式中　U_n——直流系统额定电压；

　　　U_f——单个电池组件的浮充电压，取13.5V。

根据直流母线允许的最低电压，并计及蓄电池至直流母线间的电压降，来校验蓄电池的放电终止电压Ud，应满足

U_d  ≥ 0.86 U_n/N_f

3.2 蓄电池个数及终止电压计算

蓄电池个数 N_f= 1.05U_n/U_f  = 17.1 个，取18个。

终止电压 U_d  ≥ 0.86×220/18 = 10.51 V ， 取10.8 V。

3.3 蓄电池容量计算

目前国内常用的蓄电池计算方法有两种；一种为容量换算法；另一种为电流换算法（亦称阶梯负荷法）。

照搬设计手册或依据常规变电站的经验，直流负荷需要蓄电池容量在150～200 Ah之间的110 kV无人值班变电所，通过对站内直流负载的详细分析和统计，选择额定容量C10 = 65 Ah的阀控式密封铅酸蓄电池即可满足要求。同时，随着各项技术的发展，110 kV无人值班变电站直流负载呈下降趋势。

参考文献

 白忠敏, 於崇干, 刘百震. 电力工程直流系统设计手册. 北京: 中国电力出版社,1999.

汪杰（1975-），助理工程师，电力系统及变电一次设计。