变电站直流系统设计.doc
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1、变电站直流系统设计摘要变电站直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成,并由此形成一个庞大、遍布变电站的直流电源供电网络,为继电器保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、UPS、通信等等各个子系统提供安全、可靠的工作电源。其设计内容主要包括接线方式,系统电压确定,蓄电池容量计算,直流充电模块选择,ups不停电电源的选择,通信直流变换器的选择等。关键词:、 直流系统、蓄电池组、不停电电源、充电装置AbstractSubstation DC system consists of batteries, charging devices,
2、DC screen, DC power distribution cabinets, DC power monitoring device, DC branch feeder and other components, which are formed by a large, all over the DC power supply substation network, following the electrical protection devices, circuit breaker, signal systems, DC charger, UPS, communications an
3、d so on each subsystem to provide a safe, reliable supply of work. The design include wiring, system voltage to determine ,the battery capacity calculation, the DC charging module selection, choice of ups, choice of communication DC-DC converter.Key words:DC system、batteries、Uninterrupted power supp
4、ly、charging devices 目录Abstract1第一章 变电站直流系统的作用及重要性61.1 变电站直流系统61.2 直流电源系统在变电站中具有以下几点重要作用:6第二章 直流系统接线方式72.1 对直流系统接线方式的基本要求72.2 直流系统接线方式的分类72.2.1单母接线72.2.2 单母分段接线82.2.3 互联的单母接线82.2.4 具有调压装置的接线方式9第三章直流系统额定电压:11第四章 计算并选择蓄电池容量124.1直流系统负荷:124.2蓄电池124.3铅酸蓄电池的电气特性134.4 放电特性154.4.1 持续放电特性154.4.2 冲击放电特性:164.5
5、阀控铅酸蓄电池的充电方式174.6 阀控铅酸蓄电池的选择194.8容量计算:24第五章 直流充电模块的选择:275.1高频开关充电模块工作原理275.2充电装置高频开关电源充电模块数量选择28第六章 UPS不停电电源的选择:306.1 变电站设交流不断电电源的必要性306.2 对UPS系统的基本要求306.3 UPS的结构和工作原理:316.4 UPS的容量选择计算:336.5据分析和计算情况,结合电力专用不间断电源本变电站设计所选用的UPS型号为:34第七章 通讯直流变换器的选择:367.1 变电站通信电源367.2 通信直流变换器的作用367.3 对通信电源的特殊要求367.4 电力工程通
6、信用蓄电池容量计算377.5 电力工程通信专用蓄电池个数计算37第八章 直流系统中各自动开关额定容量的选择398.1直流断路器398.2 刀开关398.3 断路器的额定电流408.4 蓄电池组出口回路408.5 直流母线联络电器(隔离开关)418.6 断路器选择(经常负荷、UPS等均分两段母线)418.7:直流系统电气主接线:42第九章 总结43结束语:44(附参考文献)引言电力控制系统是电力系统和电力设备可靠、高效运行的保证,所以人们十分关注电力控制技术的发展。经过长期不懈的努力,电力控制技术日臻完善,目前已达到十分先进可靠的程度。电力控制必须具备安全可靠的控制电源。在电力工程中,控制电源分
7、为两类,一类是直流电源,一类是交流电源。由于直流电源独立于交流动力电源系统之外,不受交流电源的影响,具有高度安全可靠、运行维护方便等特点,从而得到广泛的应用。在电力工程中,由于直流电源系统设计不合理,设备选型不当或缺乏正确运行管理方法而导致电力设施损坏、系统故障、事故波及范围扩大、甚至造成人身伤亡等事故屡有发生,给电力系统和国家财产造成重大损失。所以要求电力系统设计对直流电源系统给予高度重视。变电站的直流电源是全站作为控制、信号、继电保护的操作电源,也是重要设备的保安电源及事故照明电源。监视和维护直流设备的完好性对变电站以及整个电力系统的安全可靠运行十分重要。各类变电站直流电源系统必不可少。对
8、于不同电压等级的变电站往往设计不同电压的直流输出,以满足设备运行的需要第一章 变电站直流系统的作用及重要性1.1 变电站直流系统在变电站中,直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成,并由此形成一个庞大、遍布变电站的直流电源供电网络,为继电器保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、UPS、通信等等各个子系统提供安全、可靠的工作电源。1.2 直流电源系统在变电站中具有以下几点重要作用:变电站的直流电源是全站作为控制、信号、继电保护的操作电源,也是重要设备的保安电源及事故照明电源。监视和维护直流设备的完好性对变电站以及整个电力系统的安全
9、可靠运行十分重要。各类变电站直流电源系统必不可少。对于不同电压等级的变电站往往设计不同电压的直流输出,以满足设备运行的需要。在变电站中,直流电源系统应满足各类负荷中双重化配置的要求。在变电站内由于被控制设备多,提高直流网络的安全可靠性至关重要。阀控密封式铅酸蓄电池和高频开关整流电源(本设计中应有到)在直流系统中的应用可提高直流电源系统的安全可靠性,降低直流系统设计的复杂性,并减小了维护的工作量。第二章 直流系统接线方式2.1 对直流系统接线方式的基本要求对直流系统接线方式的要求是安全可靠,接线简单,供电范围明确,操作方便。2.2 直流系统接线方式的分类直流系统接线方式有单母接线和单母分段接线两
10、种。按照蓄电池是否带端电池,又可分为无端电池接线和带端电池接线。对于无端电池接线,又可分为不带降压装置和带降压装置接线。根据端电池的投入方式又可分为带端电池调节器接线和带端电池自投装置接线。目前应用最广的是不带任何调压装置的无端电池接线。对于小型镉镍蓄电池直流系统,往往采用带有降压装置的无端电池接线。带端电池调节器接线或带端电池自投装置接线,目前已很少采用。常用的直流系统基本接线方式简介如下:2.2.1单母接线 特点:接线简单,可靠。由于浮充电器接在直流母线上,所以当蓄电池回路刀开关被误断开时,直流母线不致失电。在设计上,也可将浮充电电器经双投开关接到直流母线和蓄电池组上。充电器经双投开关可接
11、至蓄电池组。适用范围:适用于设有一组蓄电池、两套充电装置的变电所和小型发电厂。2.2.2 单母分段接线1)特点:充电器和浮充电器分别接到两段母线上,蓄电池组接在一段母线上。直流负荷双回电源分别接在不同的分段上,以提高供电可靠性。接线较单母线复杂,但灵活性很好。2)适用范围:适用于设有一组蓄电池和两套充电装置的大型变电所或机组较多的小型发电厂。2.2.3 互联的单母接线。这种接线用于两组蓄电池的直流系统。其接线特点如下:1)单母分段接线,每段接一组蓄电池、一套浮充电装置。正常时两端母线解列运行。2)两组蓄电池设一套公用充电装置,该充电装置可兼作任一套浮充电装置的备用。3)两段母线之间设联络开关。
12、为防止两套直流系统误并列,应设置闭锁装置。4)对于分期装设二组蓄电池的直流系统和两套直流系统不在一起布置的大型变电站或大中型发电厂,使用上比较方便。5)上图是互联母线的一种基本接线方式。图中、段母线间,经两把刀开关实现联络,这样可以防止误并列。因为,一般情况下误合上一把刀开关可能容易发生,但在同一时间内误合两把打开关的可能性则很小。虽然用了两把刀开关,但整个系统接线简单。2.2.4 具有调压装置的接线方式1)用二极管降压装置的接线。对于小容量镉镍蓄电池组,有些工程采用二极管降压装置。降压装置的设置有两种:对控制负荷实施降压;对全部负荷实施降压。采取这种降压措施,可以避免蓄电池在充电过程中使之加
13、在负荷上的电压过高,但应当指出,这不是一种在经济技术上合理的方法。2)用端电池调压器调压的接线。以往在发电厂和变电所中,曾广泛应用端电池调节器调压的接线,这种接线虽然能够是蓄电池容量的到充分利用,但由于解析过复杂及端电池维护比较困难且易硫化等原因,目前基本上不在采用。3)用端电池直投装置调压的接线。八十年代,在下用镉镍蓄电池的直流系统中,个别工程采用端电池自投装置进行调压,以保持母线不超过允许范围,但这种接线使用的容量较小,且对自投装置的要求比较高,目前基本上不在采用。根据火力发电厂和变电所直流系统设计技术规定发电厂和变电站的直流系统采用单母分段接线,单母接线用于110KV以下变电站,单母分段
14、接线可靠性较高,任一段出现故障或检修都不影响供电。建议110kv,220kv和500kv变电站采用单母分段接线。(本站为110kv变电站,故采用单母分段接线方式)单母分段接线直流系统图:图1-1第三章直流系统额定电压:在确定变电站直流系统额定电压时,应根据变电站具体情况,找出影响直流系统额定电压选择的主要因素。以往设计220kv以下电压等级的变电站,大多数为带电磁操作机构的断路器,需要直流动力合闸电源,在这种情况下,满足直流动力回路电压的要求,降低直流动力电缆的投资成为影响直流系统额定电压选择的主要因素。因此,以往设计的变电站多采用220kv的直流系统。20世纪80年代以来,在220kv500
15、kv变电站中,110kv及以上电压等级断路器多采用气动或液压操作机构,这样就不需要直流系统提供动力合闸电源了,因此瞒住直流系统的动力要求和降低直流动力电缆投资就不再是确定动力电源电压的主要因素了。若220kv变电站规模较小,控制电缆的单根长度较短和控制电缆总量较小,直流系统的额定电压采用110V是合理的,故本站采用110V直流系统。第四章 计算并选择蓄电池容量4.1直流系统负荷: 表1-1负荷名称装置容量负荷系数持续时间经常负荷数量容量单位经常负荷3.31120是1kW远动装置(ups)21120是1kW事故照明电源3190否1kW断路器合闸20.80否3A断路器跳闸2.50.80否4A110
16、kVGIS储能20.80否1A10KV开关柜储能20.80否2A变电站电压等级:110KV4.2蓄电池蓄电池是一种储能装置,它把电能转化为化学能储存起来,又可把储存的化学能转化为电能,这种可逆的转换过程是通过充、放电循环来完成的,而且可以多次循环使用,使用方便且有较大的容量。酸蓄电池按电解液不同可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池,发电厂和变电站广泛应用的是防酸隔爆式、消氢式、阀控密封式(即免维护)铅酸蓄电池。铅酸蓄电池正极板的活性物质式二氧化铅(PbO),负极板的活性物质是绒状铅(Pb),电解液为稀硫酸。放电时正极板的二氧化铅(PbO)、负极板的绒状铅(Pb)变为硫酸铅(PbSO),电解液中的硫酸在
17、与正负极产生化学反应后密度下降。充电时正极极板上硫酸铅变为二氧化铅,负极板上的硫酸铅变为绒状铅,电解液的密度上升。阀控密封式铅酸蓄电池阀控电池采用吸液能力强的超细玻璃纤维材料作隔板,具有良好的干、湿态弹性,使较大的电解液全部被其贮存,而电池内无游离酸(贫液),或者使用电解液与硅胶组合为触变胶体,正常充、放电运行状态下处于密封状态,电解液不泄漏,也不排放任何气体,不需要定期加水或酸,正常时极少维护。阀控蓄电池是装有密封安全气阀的密封铅酸电池,是一种用气阀调节的非排气式电池,当电池在异常情况析出盈余气体,或过充电时产生的气体达到开阀压力时,经过节流阀泄放,随后减压关闭,它是单向的,不允许空气中的气
18、体进入电池内。阀控电池可分为单体式(2V),200Ah及以下容量的电池可以组合成6V(3个2V单体电池组成)。和12V(6个2V单体电池组成)。4.3铅酸蓄电池的电气特性铅酸蓄电池的容量特性。电池的容量是表示蓄电池的蓄电能力。充足电的蓄电池放电到规定中止电压(低于该电压放电将影响电池的寿命)时,其所放出的总电量,称为电池的容量。若蓄电池以恒定放电电流I(A)放电,放电到容许的终止电压的时间为t(h),则对应容量C(Ah)为 C=It (1-1) 反应蓄电池放电到规定的终止电压的快慢称为放电率放电率可用时率(h率)和电流率(I率)表示。蓄电池的实际容量并不是一个固定不变的常数,它受许多因素的影主
19、要有放电率、电解液密度和电解液温度。电解液温度高,容量就大;电解液密度大,容量就也大;放电率对容量的影响更大,例如,某一铅酸蓄电池,当以10A率(10h)进行放电时,到达终止电压1.8V所放出的容量C10为100Ah;当以25A率(3h率)进行放电时,到达终止电压1.8V所放出的容量C3为75Ah;当以55率(1h率)进行放电时,到达终止电压1.75V所放出的容量C1为55Ah。可见,放电电流大,放电时间短,放出电量少,故电池容量少,故电池容量减小.这是因为放电电流过大时,极板的有效物质很快就形成了硫酸铅,它堵塞了极板的细孔,不能有效地进行化学反应,内阻很快增大,端电压很快降低到终止电压。我国
20、电力系统用温度在25C,10h率放出的容量C10作为铅酸蓄电池的额定容量,那么,上述那一铅酸蓄电池的额定容量就是100Ah.按规定蓄电池额定容量有10,20,40,80,100,150,200,300,350,400,500,600,800,1000,2000,3000 ;(Ah) 蓄电池容量的这种特性用容量系数Kcc表示 (1-2)式中 C-任意时率放电的允许放电容量;C10-蓄电池的额定容量。4.4 放电特性。4.4.1 持续放电特性。为了分析电池长期使用之后的损坏程度或充电装置的交流电源中断不对电池浮充时,为核对电池的容量,需要对电池进行放电。阀控电池不同倍率的放电特性曲线如图1-2所示
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