变电站直流电源系统蓄电池容量选择

摘要：电厂和变电站中的电力操作电源都采用的直流电源，它为直流负荷提供电源，是如今电力系统控制、保护的基础。直流负荷在 110kV 及以下变电所中又可分为经常性负荷、事故（应急）负荷及冲击负荷三大类。经常性负荷主要包括经常带电的继电器、信号灯、位置指示器及直 流常明灯或其他常接入直流系统中的用电设备。事故（应急）负荷是变电所失去交流电源全所停电时，必须由直流电源供电的负荷，主要为应急 照明负荷等。由此可见，直流电源其工作的可靠性是十分重要的。要保证直流电源可靠安全、不间断地供电，直流电源中蓄电池的正确选择、系 统的合理设计是关键。这其中，蓄电池的容量选择是极为重要的，蓄电池容量既要满足系统需求，也不能过于太大，造成浪费。

关键词：变电站；直流电源系统；蓄电池；容量选择

1变电站直流电源系统蓄电池分析

变电站电源系统可分为交流系统和直流系统，交流系统负责站用电照明、检修电源、站内计算机设备的供电，由站用变压器二次侧得到， 交流电源系统结构较为简单。相比交流电源，直流电源对变电站二次系统的稳定运行更为重要，这也是二次设备普遍采用直流电源供电的主要原因。蓄电池组是由一定数量的单个蓄电池串联而成的一种与站内交流系统无关的供电设备，其供电可靠性高、电压稳定、容量较大、能满足提出的基本要求。变电站常用的蓄电池主要有三种，分别是铅酸蓄电池、锡镍蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池，目前变电站应用最多的是阀控密封式铅酸蓄电池。按照《国家电网公司物资采购标准二次设备卷电源系统册》蓄电池组通用技术规范规定，单体蓄电池常用电压等级为 2V 或者 12V。在结构上来说，蓄电池主要由正极板、负极板、隔板、槽、盖、完全阀、极柱端子、电解液等构成，各组成部件要满足一定的性能要求。用于连接不同蓄电池的接线板、终端接头等选用具有优良导电性能的金属材料，并且具有较强的防腐蚀性能。蓄电池的槽、盖、完全阀等部件要具有优良的防火、防泄漏、防污等性能。除此之外，还要具备其它优良性能，如：（1）在 -10~+45 摄氏度环境中保持良好工作性能；（2）寿命不能低于 10 年；（3）安全阀可承受 50kPa 以上的正负压；（4）90 天荷电保持能力不低于 80%；

（5）任意两个单体电池的开路压差，2V 蓄电池不超过 30mV，12V 蓄

电池不超过 60mV；（6）蓄电池组绝缘电阻，在 220V 电压下不小于200kΩ，110V 电压下不小于100kΩ；（7）自放电率不大于4% 每月；（8）内阻值允许偏差范围不超过10%。（9）浮充电压允许偏差不超过0.05V。 2变电站直流电源系统蓄电池容量试验

蓄电池组应按表 1 规定的值进行容量试验。蓄电池组应进行充放电测试，在第三次时应打包规定值

表 1 阀控式蓄电组池放电电压与充放电电流

蓄电池组在出现事故时的放电电流放电 1 小时后，将规定的冲击

电流叠加，进行 10 次的充放电冲击。在规定的时间内，直流母线上的电压不得低于标称电压的 90%。阀控式蓄电池组的运行和维护需要满足以下的要求：（1）当阀控式蓄电池组

以浮充电方式运行时，浮充电压值应控制为（2.3 ～ 2.38）；均衡充电电压宜控制为（2.4 ～ 2.45）；（2）运行中的阀控式蓄电池组主要观察单体蓄电池电压、端电压值、浮充电流值以及运行环境温度、蓄电池组和直流母线的对地阻抗值和绝缘状态等；（3）阀控式蓄电池的电压偏差值及放电电压值符合表 3 规定；

（4）在例行维护中检查蓄电池本体的电压值，连接片是否有被腐蚀现象，壳体是否有渗漏或变形现象，绝缘阻抗下没下降，当工作在满载时， 蓄电池通风散热是否满足要求，温度是否异常等；（5）阀控式蓄电池组的充放电恒流限压充电采用 I10 电流进行恒流充电，当蓄电池组两端电压上升到（2.4 ～ 2.45）标定值时，自动或手动转为恒压充电；恒压充电在（2.4 ～ 2.45）的恒定电压充电下，I10 充电电流开始逐渐减少， 当充电电流减少到 0.1I10 电流时，充电设备的倒计时开始启动，当整定的倒计时结束时，充电装置将自动或手动转为正常的浮充电方式运行。补充充电的目的是为了补偿运行中的不当操作而导致的欠压充电，根据实际需要可以进行补充充电，使蓄电池组处于满容量。 表 3 阀控式蓄电池运行参数

阀控式蓄电池组的放电主要分为以下 4 种情况： （1）一组阀控式蓄电池组的核对性放电

当全站（厂）仅有一组蓄电池时，不能退出运行，也不能进行全 核对放电，只允许用 I10 电流放出 50% 的电量。在放电过程中，蓄电池组的两端端电压不应低于 1.95V。放电后，应立即用 I10 电流进行充电。反复放充（2 ～ 3）次，蓄电池容量可以得到恢复；若有备用蓄电池组替换时，该组蓄电池可进行全核对性放电； （2）两组阀控式蓄电池组的核对性放电

如果整个站点有两个蓄电池组，当一个在运行，另一个不运行， 这时不运行的进行全核对性放电。采用 I10 恒流方式放电，直到电池电压降到 1.8V×N，这时放电停止。在一两个小时后，使用 I10 的恒流限制电压的方法充电以及恒压充电和浮充电。蓄电池可以在反复的充放 电两次到三次后就可以恢复。如果三次的全核对性充放电都不能让蓄 电池达到百分之八十的容量，那么就要更换。

（3）阀控式蓄电池组的核对性放电周期

刚安装的阀控式电池验收前要进行和核对性放电检查，后来应该规律性进行检查，两年一次。如果运行长期，达到四年，就应该一年一次。

（4）如果长期不用的蓄电池组，为保证性能良好，必须三个月一 次进行补充电。 3变电站直流电源系统蓄电池容量选择 3.1变电站基本情况

以某 110kV 升压站建设规模为例：1) 主变压器：1 台 70MVA 主变压器；2)110 千伏出线：出线 1 回；3)35 千伏出线：开关柜出线 3 回；4)110 千伏接线：采用单母线接线：5)335 千伏接线：采用单母线接线；根据各综自设备厂家资料，微机保护装置、测控装置在正常工作和动作时 的直流功耗在 50W 以下，该变电站每台保护装置直流功耗取 50W。其它直流负荷为：DC/DC 变换装置（通讯 48V 电源），按照通讯专业要求配置 2000W 负荷，根据综合楼和二次设备室的面积估算，事故照明直流负荷为 2000W；根据 UPS 负荷统计配置 2 台 3kVA 逆变电源装置； 110kV 高压断路器 2 个，每个断路器跳闸电流按 2.5A 计算；35kV 高压断路器 4 个，每个断路器跳闸电流按 1.5A 计算；恢复供电高压断路器合闸按 5A 计算。 3.2蓄电池容量的分析确定

（1）按第一阶段计算容量： Cc1=Kk*I1/Kc=1.4*42.18/1.18=50.04Ah

式中 Kk=1.4（可靠系数），Kc=1.18（容量换算系数），根据放电终止电压为 1.87V，查表获得。

（2）按第二阶段计算容量： Cc2 ≥ Kk〔I1/Kc1+(I2-I1)/Kc2〕 =1.4〔42.18/0.52+(35.58-42.18)/0.548〕 =96.7Ah

其中Kk=1.4（可靠系数），Kc1=0.52（容量换算系数），Kc2=0.548（容 量换算系数），根据放电终止电压为 1.87V，查表获得。 （3）按第三阶段计算容量

Cc3 ≥ Kk〔I1/Kc1+(I2-I1)/Kc2 ＋（I3-I2)/Kc3〕

=1.4〔42.18/0.334+(35.58-42.18)/0.352 ＋（26.49-35.58)/0.52〕 =126.079Ah

其中 Kk=1.4（ 可靠系数），Kc1=0.334（ 容量换算系数）， Kc2=0.352（容量换算系数），Kc3=0.52（容量换算系数），根据放电 终止电压为 1.87V，查表获得。 最大值为：MAX(Cc1,Cc2,Cc3)=126.079Ah

⑷随机 (5S) 负荷计算容量为： CR=IR/Kcr=5/1.27=3.937Ah

其中，Kcr=1.27（容量换算系数），根据放电终止电压为 1.87V， 查表获得。

计算结果：MAX(Cc1,Cc2,Cc3)+CR=126.079+3.937=130.034Ah根据相关规范及物资采购要求，选择 200Ah。根据以上计算结果，本变电站最终确定选择 GFM 型阀控式密封铅酸蓄电池（单体电压2V，容量 200Ah）104 节。 4 结束语

正确合理选择变电站直流系统蓄电池容量对于保证变电站的运行 非常重要。本文以某 110kV 变电站为例，阐述了一个变电站直流负荷分类、确定每类负荷的大小方和计算直流蓄电池组容量的方法，对于 变电站直流电源系统的设计具有一定的借鉴作用。 参考文献

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