楊林娜

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安710065）

1 引言

直流電源作為變電站控制、信號(hào)、保護(hù)及自動(dòng)裝置和其他二次回路的電源，是變電所設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，正確選擇直流電源容量能在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上盡可能地降低投資，保證經(jīng)濟(jì)性。

2 直流電源選型要點(diǎn)

首先，根據(jù)負(fù)荷情況確定直流電源系統(tǒng)電壓，專供動(dòng)力負(fù)荷的直流電源宜采用220V，其余情況可選用220V 或110V。其次，選擇蓄電池型式，蓄電池型式包括閥控式鉛酸蓄電池、固定型排氣式鉛酸蓄電池及鎘鎳堿性蓄電池，目前大多選用閥控式鉛酸蓄電池。最后充電裝置和接線方式的選擇，充電裝置有高頻開(kāi)關(guān)電源模塊型及相控型?；ろ?xiàng)目中大多選用高頻電源模塊型，且一般為1 組蓄電池，帶1 套充電裝置，單母線接線。

3 直流負(fù)荷的分類與統(tǒng)計(jì)

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》[1]中直流負(fù)荷分類按功能可分為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷。常見(jiàn)的電氣控制、信號(hào)、測(cè)量、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)、跳閘信號(hào)，彈簧合閘機(jī)構(gòu)等都屬于控制負(fù)荷；動(dòng)力負(fù)荷則包括直流電機(jī)、電磁操作合閘機(jī)構(gòu)等。化工項(xiàng)目中以控制負(fù)荷為主。需注意直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮規(guī)定的負(fù)荷系數(shù)。

直流負(fù)荷按性質(zhì)分可分為經(jīng)常負(fù)荷、事故負(fù)荷和沖擊負(fù)荷。經(jīng)常負(fù)荷是在直流電源系統(tǒng)正常和事故停電時(shí)間內(nèi)都應(yīng)該可靠供電的負(fù)荷，事故負(fù)荷是在交流電源系統(tǒng)事故停電時(shí)間內(nèi)應(yīng)該可靠供電的負(fù)荷，而沖擊負(fù)荷是指短時(shí)間內(nèi)施加的較大負(fù)荷電流，包括出現(xiàn)在事故初期（1min）的初期沖擊負(fù)荷及出現(xiàn)在事故末期或事故過(guò)程中的隨機(jī)負(fù)荷（5s）?；ろ?xiàng)目中經(jīng)常負(fù)荷有電氣控制、保護(hù)裝置等；沖擊負(fù)荷有高壓斷路器跳閘。僅裝設(shè)1 組蓄電池時(shí)，按全部負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。

IEEE 485—2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測(cè)定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》[2]中負(fù)荷分類則是根據(jù)負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間分為連續(xù)負(fù)荷（Continuous load）、非連續(xù)負(fù)荷（Noncontinuous load）以及瞬時(shí)負(fù)荷（Momentary load）。連續(xù)負(fù)荷持續(xù)時(shí)間貫穿于整個(gè)事故放電周期內(nèi)；非連續(xù)負(fù)荷持續(xù)時(shí)間僅為事故放電周期內(nèi)的某一時(shí)段，這些負(fù)荷可能會(huì)在某一工作時(shí)段的任何時(shí)間啟動(dòng)，并可能會(huì)持續(xù)一段設(shè)定的時(shí)間后自動(dòng)或手動(dòng)終止，或者持續(xù)到放電周期結(jié)束；瞬時(shí)負(fù)荷持續(xù)時(shí)間小于1min，可能發(fā)生在事故放電周期內(nèi)的任一時(shí)段，對(duì)于瞬時(shí)負(fù)荷， 在負(fù)荷統(tǒng)計(jì)中， 通常做法是每個(gè)負(fù)荷持續(xù)時(shí)間按1min 考慮。此規(guī)范中負(fù)荷統(tǒng)計(jì)并沒(méi)有負(fù)荷系數(shù)的要求。

4 選擇實(shí)例

多數(shù)涉外項(xiàng)目認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)為IEC 或IEEE 規(guī)范，在對(duì)國(guó)標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不認(rèn)可時(shí)，對(duì)直流電源電池容量的計(jì)算可采用IEEE 485—2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測(cè)定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范。本文以某國(guó)外項(xiàng)目中11kV 變電所直流電源容量選擇為例，對(duì)選擇過(guò)程做以下詳細(xì)說(shuō)明。

該項(xiàng)目某11kV 變電所設(shè)11kV/6kV/0.4kV 三級(jí)供電電壓。11kV 采用單母分段接線，開(kāi)關(guān)柜共14 面，其中進(jìn)線柜2 面，母聯(lián)柜及隔離柜各1 面，11/6kV 變壓器饋線柜2 面，11/0.4kV 變壓器饋線柜2 面，電容器饋線柜2 面，PT 柜2 面；6kV 采用單母線接線，開(kāi)關(guān)柜共5 面，其中進(jìn)線柜2 面，電動(dòng)機(jī)饋線柜3 面。

11kV 及6kV 采用施耐德PIX17 中壓開(kāi)關(guān)柜，斷路器采用HVX17 真空斷路器，進(jìn)線柜保護(hù)采用MICOM P127 及MICOM P521，11/6kV 變壓器保護(hù)采用MICOM P632，隔離柜保護(hù)采用MICOM P143，電動(dòng)機(jī)回路保護(hù)采用MICOM P225，其余回路保護(hù)采用MICOM P127。

柜內(nèi)風(fēng)機(jī)、加熱器、照明等由柜內(nèi)交流小母線提供電源，直流負(fù)荷主要包括斷路器跳閘線圈、斷路器合閘線圈、指示燈、綜合保護(hù)裝置、閉鎖繼電器、避雷器放電記錄儀、真空度監(jiān)測(cè)儀、關(guān)口表等。具體負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表1 和表2 所示。

表1 開(kāi)關(guān)柜內(nèi)直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及分類

表2 直流負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

本項(xiàng)目直流電源系統(tǒng)采用110V 電壓，采用EnerSys 品牌Genesis TD 系列閥控式鉛酸免維護(hù)電池，蓄電池個(gè)數(shù)54，終止

放電電壓1.75V，事故停電時(shí)間按4h 計(jì)算。根據(jù)IEEE 485—

2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測(cè)定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算

電池容量見(jiàn)表3，其中A1=（505.7+2656.7）/（54×1.75）=33.46A；A2=505.7/（54×1.75）=5.35A；AR=360/（54×1.75）=3.81A。

表3 電池容量計(jì)算

最大階段容量+隨機(jī)容量=未修正容量24.94+2.08=27.02

根據(jù)直流負(fù)荷完成蓄電池容量計(jì)算后，還需對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。主要從溫度修正系數(shù)、設(shè)計(jì)裕度系數(shù)及老化系數(shù)3 方面考慮：（1）溫度修正系數(shù)。蓄電池的額定容量是在的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件25℃獲取的，電池的可用容量受其工作溫度的影響，溫度越低，蓄電池輸出的容量越小。本項(xiàng)目的溫度修正系數(shù)取1。（2）設(shè)計(jì)裕度系數(shù)。為了預(yù)防出現(xiàn)預(yù)期之外的直流負(fù)荷增加，以及維護(hù)不當(dāng)、近期放電或環(huán)境溫度低于預(yù)期等，綜合考慮這些因素，蓄電池容量在選取時(shí)應(yīng)有一定的裕度。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)裕度系數(shù)取1.1。（3）老化系數(shù)。IEEE 450—2002《通氣固定鉛蓄電池組的維護(hù)、試驗(yàn)及更換》建議當(dāng)電池的實(shí)際容量下降至其額定容量的80%時(shí)，應(yīng)更換電池，因此為了確保電池在其整個(gè)使用壽命內(nèi)能夠滿足其設(shè)計(jì)負(fù)載，電池的額定值容量應(yīng)至少為其使用壽命結(jié)束時(shí)預(yù)期負(fù)載的125%，即老化系數(shù)為1.25。

綜上，電池容量：27.01×溫度修正系數(shù)（1）×設(shè)計(jì)裕度系數(shù)（1.1）×老化系數(shù)（1.25）=37.15；如果計(jì)算容量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)容量，選下一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)容量。因此，最終選擇容量為50A·h。

5 結(jié)語(yǔ)

本文按照IEEE 485—2010《固定設(shè)施用酸性鉛蓄電池尺寸測(cè)定推薦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算方法，通過(guò)計(jì)算實(shí)例詳細(xì)展示了直流電源容量的計(jì)算過(guò)程，對(duì)合理選擇直流電源容量提供了依據(jù)。