电池容量换算法

电池容量换算法(一)按事故状态下持续放电负荷计算蓄电池容量蓄电池容量取决于事故放电容量、事故放电持续时间和限定的放电终止电压，而事故放电持续时间和限定的放电终止电压决定了蓄电池的容量系数。所以蓄电池的计算容量(4-9)式中Cs——事故放电容量(Ah);Kcc——蓄电池容量系数;Krel——可靠系数，一般取Krel＝1.40(参见4.4节)。在式(4-9)中，当事故负荷在放电期间恒定不变时，事故放电容量Cs由事故放电电流Is(A)和事故放电时间ts(h)的乘积决定，即Cs＝Ists(4-10)当事故负荷在放电期间变化时，一般多为阶梯形负荷曲线，当不是阶梯形时，也可近似地用阶梯形代替。对于阶梯形负荷，可采用分段计算法计算。对图4-6所示的阶梯负荷图，有n个时段m1、m2…mi…mn，划分为n个计算分段t1、t2…ta…tn。图4-6阶梯负荷分段计算的说明图任意一个时段mi的放电容量为Cmi＝Iitmi(4-11)从放电开始，到包含时段mi的任意分段ta结束，总的负荷容量为(4-12)在计算分段ta内，所需要的蓄电池容量计算值为(4-13)其中容量系数Kcca按计算分段的时间ta决定。分别计算n个分段的蓄电池计算容量，然后按其中最大者选择蓄电池，则蓄电池容量为(4-14)(二)放电电压水平的校验(1)持续放电电压水平的校验。事故放电末期，电压将降到最低，校验是否符合要求的方法如下。事故放电期间蓄电池的放电系数(4-15)式中Cs——事故放电容量(Ah)，按式(4-10)或式(4-12)确定;t——事故放电时间(h)。根据K值，由蓄电池放电时间和电压关系曲线(参见图4-1)查出单个电池的电压(Ufin)，然后求得蓄电池组的端电压U=nUfin(4-16)(2)冲击放电电压水平的校验。冲击放电过程中，放电时间极短，放电电流较大。尽管消耗电量很少，但对电压影响很大(参见第5.1节5.1.4内容)。所以，在按持续放电算出蓄电池容量后，还应校验事故放电初期、末期以及其他放电阶段中，在可能的大冲击放电电流作用下蓄电池组的电压水平。1)事故放电初期，电压水平的校验事故放电初期的冲击系数为(4-17)式中Krel——可靠系数，通常取1.1;Ich0——事故放电初期冲击放电电流(A);C10——蓄电池额定容量(Ah)。根据Kch0值，由蓄电池冲击放电曲线族中的“0”曲线查得单个电池的电压值Uch0，即求得蓄电池组的端电压U=nUch0(4-18)式中n——蓄电池组的电池个数。2)事故放电过程中，包括事故放电末期出现大冲击电流时电压水平的校验。计算事故放电过程中出现大冲击电流时放电系数和冲击系数(4-19)(4-20)根据冲击系数Kchf，查蓄电池冲击放电曲线族(参见图4-2或图4-3)中对应于Kf的曲线，求得单个电池电压Uchf，并由此求得蓄电池组的端电压UD＝nUchf(4-21)由式(4-16)、式(4-18)和式(4-21)求得的端电压值应不小于要求值(参见4.2节)。一般情况下，事故放电初期和末期或大电流放电阶段末期的电压水平，往往是整个事故放电过程的电压控制点。并且分别由事故放电初期冲击系数Kch0和最严重放电阶段末期的冲击系数Kchf决定。对给定的蓄电池，在限定的放电终止电压下，蓄电池允许的冲击电流是一定的，因而允许的Kch0或Kchf也是确定的。(三)按电压水平计算蓄电池容量按电压水平计算蓄电池容量，实际上是校验电压水平的反运算。(1)按持续放电末期电压水平计算蓄电池容量。事故放电末期，蓄电池的终止电压应为(4-22)式中Ku——表示电压下降的系数，参见4.2节，对控制用电池Ku＝0.86;对动力用电池，Ku＝0.885。Un——直流系统额定电压。n——蓄电池个数。设事故计算时间为ts，按Ud和ts值用容量系数曲线(参见图4-4)确定Kcc值。蓄电池的计算容量Cc仍按式(4-9)或式(4-11)～(4-13)计算。在按持续放电确定蓄电池容量时，如果决定Kcc的放电终止电压已满足电压水平要求，则在事故放电末期，蓄电池的电压水平一定能满足要求，就不需要再进行上述电压水平的计算。(2)按冲击放电电压水平计算蓄电池容量。在冲击放电电流Ich作用下，蓄电池的端电压应为(4-23)式中K′u——表示电压下降的系数，其值根据冲击负荷的要求确定，一般可取K′u＝Ku。冲击放电电流Ich所要求的蓄电池容量计算值为(4-24)其中Kch为冲击系数。如果冲击放电电流出现在放电初期，则Ich＝Ich0，此时根据Uch、ts和K=0用图4-2中的(0)曲线确定Kch＝Kch0，进而即可由式(4-24)算出满足电压水平要求的蓄电池容量。如果冲击放电电流Ich是出现在以放电系数K持续放电1h或0.5h末期，则因蓄电池容量是未知数，尚不能用式(4-19)算出相应的放电系数K值。此时须用渐近法计算：先给出一个K值，根据已知的Uch和ts值由图4-2(当ts＝1h时)或图4-3(当ts＝0.5h时)确定一个对应K值的冲击系数Kch＝Kchm。再用式(4-24)算出蓄电池的计算容量Cc，然后计算与Cc对应的放电系数如果K′小于并接近于给定的K值，则可按算出的Cc值确定蓄电池的容量。否则须重复进行上述计算。(四)计算例题【例4-1】某发电厂，一台300MW发电机组，110V直流负荷列于表4-4，选用GF型铅酸蓄电池。计算蓄电池容量，校验蓄电池组端电压水平。电池个数为53个。表4-4300MW机组110V直流负荷统计表序号负荷名称计算容量(kW)计算电流(A)经常电流(A)冲击放电电流(A)随机或事故末期放电电流(A)初期0～1min1～30min30～60min16kV断路器跳闸5×14×0.642422指示灯5×0.6333333记录器5×0.6333334电气控制及继电器25×0.6154154455BTG盘热工负荷10×0.6656556热工控制及继电器40×0.62410241010578电流统计(A)25I1＝93I2＝25I3＝25IR＝109容量统计(Ah)12，512.510容量累加(Ah)Cs12.525解：(1)容量选择计算。1)按持续放电负荷计算蓄电池容量。该蓄电池组仅带控制负荷，取电压系数Ku＝0.86。单个电池的放电终止电压为取Ud＝1.80V。由表4-4知，事故计算时间ts＝1h，由图4-4对应于Uz＝1.80V和ts＝1h，查出容量系数Kcc＝0.41。蓄电池的计算容量用式(4-9)计算为2)按冲击负荷计算蓄电池容量。放电初期冲击放电电流最大，Ich0＝93A，已知满足电压水平的放电终止电压Ud＝1.80V，因是放电初期，则由图4-2中的“0”曲线查出冲击系数Kch＝0.78。蓄电池的计算容量用式(4-24)计算为3)比较两个计算值知，在本例中，蓄电池容量由冲击负荷决定。故选用的蓄电池额定容量为C10＝200Ah(2)实际电压水平计算。1)事故放电末期的电压水平。按表4-4中的负荷计算，ts＝1h，Cs＝25Ah，取Krel＝1.1，由式(4-15)算出放电系数由图4-1，对应于ts＝1h，K=0.14求出单个电池的电压为2.01V。蓄电池组的端电压为U=53×2.01=106.53V，即实际电压为额定电压的96.8%。图4-1GF-1000Ah蓄电池不同放电率时，时间与电压的关系曲线图4-2GF-1000型蓄电池持续放电1h冲击放电曲线族图4-3GF-1000型铅蓄电池持续放电0.5h冲击放电曲线族图4-4GF型蓄电池放电容量与放电时间的关系曲线2)事故放电初期承受冲击放电电流时的电压水平。由表4-4，冲击电流Ich0＝93A，由式(4-17)，求出冲击系数查图4-2中的“0”曲线，当Kch0＝0.51时，U0＝1.88V，则蓄电池组的端电压为U=1.88×53=99.6V，即实际电压为额定电压的90.6%。【例4-2】某发电厂，一台300MW发电机组，220V直流负荷列于表4-5，选用GF型铅酸蓄电池。计算蓄电池容量，并校验蓄电池端电压水平。已知蓄电池组的电池个数为108个。表4-5300MW机组220V直流负荷统计表序号负荷名称计算容量(kW)计算电流(A)经常电流(A)事故放电电流(A)随机或事故末期放电电流(A)初期0～1min1～30min30～60min1汽机油泵40×0.9187.2416187.2187.22给水泵油泵7.5×2×0.865.3163.265.33氢密封油泵(5.5+4)×0.842.1105.242.142.14UPS装置40×0.6111.3111.3111.35事故照明5×1.022.722.722.722.76厂用电自投(147×2×0.5)1471477断路器合闸(147×1.0)14714789电流统计(A)I1＝965.4I2＝428.6I3＝252IR＝14710容量统计(Ah)214.312611容量累加(Ah)Cs.0.5＝214.3Cs.1＝340.30.43/0.95解：(1)容量选择计算。1)按持续放电负荷计算蓄电池容量。该蓄电池组仅带动力负荷，取电压系数Ku＝0.885(参见4.2节)，单个电池的放电终止电压为在表4-5中，事故负荷按式(4-12)计算，Cs＝340.3Ah，事故计算时间ts＝1h，对应于Ud＝1.80V和ts＝1h由图4-4查出容量系数Kcc＝0.41。蓄电池的计算容量用式(4-13)计算2)按冲击负荷计算蓄电池容量。事故放电初期冲击放电电流最大为Ich0＝965.4A，已知满足电压水平的放电终止电压Ud＝1.80V，因是放电初期，则由图4-2中的“0”曲线查出冲击系数Kch＝0.78。蓄电池的计算容量用式(4-24)计算3)比较两个计算值可知，在本例题中，蓄电池计算容量由冲击负荷决定，故选用的蓄电池额定容量为C10＝1800Ah(2)实际电压水平计算。1)事故放电末期的电压水平。按表4-5中的负荷计算，ts＝1h，Cs＝340.3Ah，取Krel＝1.1，由式(4-15)算出放电系数由图4-1，对应于ts＝1h，K=0.21，求出单个电池的电压为1.93V蓄电池的电压为U=108×1.93=208.4V，为额定电压的94.7%。2)事故放电初期，蓄电池组突然承受冲击电流时的电压水平：按式(4-17)计算冲击系数查图4-2中的“0”曲线，当Kch0＝0.59时，U0＝1.86V，所以蓄电池组的端电压为U=1.86×100=200.9V，为额定电压的91.3%，满足要求。3)事故放电0.5h末期，蓄电池承受冲击负荷时的电压水平：按式(4-15)计算放电系数。1～30min期间的持续放电系数30min末期，冲击电流作用下的冲击系数查K=0.26，Kchf＝0.09时单个电池的电压为1.89V。所以，蓄电池组的端电压为U=1.89×108=204.1V，为额定电压的92.8%。