直流系统改造中蓄电池的选型与计算

生产技术经验总结汇编直流系统改造中蓄电池的选型与计算刘卫国郭瑞涛【摘要】本文注重阐述了万安水电厂220KV开关站保护装置直流系统改造的蓄电池选择，为直流系统改造中的蓄电池选择方面提供参考。【关键词】蓄电池、容量计算1前言万安水电厂220V直流系统原设计为两组蓄电池，提供两段直流电源，供全厂所有直流负荷，包括事故照明、自动装置、机组和线路保护装置，以及断路器的操作电源等。2009年，按照技术监督检查整改要求，万安水电厂220KV开关站保护操作电源应配置独立的直流电源系统，即需要增加2组蓄电池作为220KV开关站保护操作电源。该套直流系统是新增设备，在设备参数的选择方面需要重新计算，特别是在蓄电池的容量选择方面要进行严谨的计算。蓄电池是比较昂贵的设备，蓄电池的容量选择既要确保有足够裕度，又要避免容量选择过大造成不必要的浪费。2220KV开关站直流负荷统计与分析2.1220KV开关站保护装置负荷统计负荷对象正常运行时负荷（W）保护动作时负荷（W）断路器跳闸负荷（W）各装置动作时负荷增加（W）万虎I线保护装置2654101650145万虎II线保护装置2654101650145万文I线保护装置2834581650175万文II线保护装置2834581650175万燕线保护装置2003101650110220KV旁母保护装置105140165035220KV母差保护装置35100/65172B保护装置200265165065173B保护装置5070165020174B保护装置5070165020175B保护装置5070165020合计17862761165009752.2事故时（蓄电池失去交流浮充电）的负荷分析连续供电负荷1min冲击负荷5秒随机冲击负荷负荷（W）23711227119261电流（A）10.7855.7887.55说明：（1）连续供电负荷＝正常运行时功率+各装置动作时功率增加量×0.6＝1786+975×0.6＝2371（W）（2）1min冲击负荷＝连续供电负荷功率+断路器跳（合）闸功率之和×0.6＝2371+16500×0.6＝12271（W）（3）5秒随机冲击负荷＝各装置动作时功率+断路器跳（合）闸功率之和＝2761+16500＝19261（W）3蓄电池选择生产技术经验总结汇编3.1蓄电池个数选择按浮充电运行时，直流母线电压为1.05Un选择蓄电池个数：n＝1.05Un/Uf参考有关标准和我厂《蓄电池直流电源装置检验规程》，单体电池浮充电压取2.23V。n=220×1.05/2.23＝103.6为了保证在失去浮充电后，可以保持蓄电池组母线电压较高水平，确保保护装置的可靠动作，所以取蓄电池的个数为108个。因蓄电池选择是108个，在浮充电运行时，直流母线电压偏高，所以需加装硅链调压装置进行电压调整。Un——直流系统标称电压，V；Uf——单体蓄电池浮充电压，V；n——蓄电池个数。3.2蓄电池均充电压选择根据蓄电池个数及直流母线电压允许的最高值选择单体蓄电池均充电压值。根据我厂的实际情况，蓄电池负荷是控制负荷和动力负荷合并供电，所以：Uc≤1.10Un/n，即Uc≤2.24VUc——单体蓄电池均充电压，V。3.3蓄电池放电终止电压选择根据蓄电池个数及直流母线电压允许的最低值选择单体蓄电池事故放电末期终止电压。根据我厂的实际情况，蓄电池负荷是控制负荷和动力负荷合并供电，所以：Um≥0.875Un/n，Um≥1.8VUm——单体蓄电池放电末期终止电压，V。3.4蓄电池容量选择计算3.4.1按持续放电负荷计算电池容量该蓄电池组是控制负荷和动力负荷合并供电，取电压系数K=0.885，所以可以计算出单个蓄电池终止电压为：Um=K*Un/nUm=0.885*220/108V=1.80VCsx=I*tCsx=10.78*2AH=21.56AH事故放电计算时间为t=2h，对应于Um=1.80V和t=2h，根据图1，其中曲线1~4所对应的放电终止电压分别为1.80V、1.75V、1.70V和1.65V，查出Kcc=0.6，取Kk=1.40。图1蓄电池放电容量与放电时间的关系曲线Cc=Kk*Csx/Kcc生产技术经验总结汇编Cc=1.40*21.56/0.6AH=50.31AH3.4.2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Ich=55.78A，Um=1.8V，因是放电初期，则由图2中的“0”曲线查出冲击系数Kch=0.78。图2蓄电池持续放电1h冲击放电曲线Cc=Kk*Ich/KchCc=1.4*55.78/0.78AH=100.12AH比较2个计算值可知，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=200AHCsx——事故放电容量，AH；Kcc——蓄电池容量系数；Ich——事故放电时期冲击电流，A；Kch——事故放电时期冲击系数；Cc——蓄电池标称容量，AH；Kk——蓄电池容量计算可靠系数；I——事故放电电流，A；t——事故放电时间，H；K——电压系数。3.5实际电压水平计算3.5.1事故放电初期的电压水平，蓄电池组突然承受冲击电流时的电压水平取Kk=1.1，Ich0=55.78A，计算冲击系数：Kch0=Kk*Ich0/C10Kch0=1.1*55.78/200=0.31当Kch0=0.31时，查图2中的“0”曲线，Um=1.94，所以蓄电池组的端电压：U=n*Um=1.94*108V=209.52V为额定电压的95.2%，满足要求。3.5.2事故放电末期的电压水平取t=2h，Ich=21.56A，计算冲击系数：生产技术经验总结汇编Kch=Kk*Ich/2C10Kch=1.1*21.56/2*200=0.06当Kch0=0.06时，查图2中的“0”曲线，Um=2.05，所以蓄电池组的端电压：U=n*Um=2.05*108V=221.4V为额定电压的100%，满足要求。3.5.3事故放电末期，蓄电池承受冲击负荷时的电压水平取Ich=87.55A，计算冲击系数：Kch=Kk*Ich/C10Kch=1.1*87.55/200=0.48当Kch0=0.48时，查图2中的“0”曲线，Um=1.9，所以蓄电池组的端电压：U=n*Um=1.9*108V=205V为额定电压的93.3%，满足要求。4结束语选择蓄电池的容量，需要认真进行负荷的统计与分析，在此基础上进行校核计算，既要保证正常运行下的可靠供电，也要确保在全厂停电期间，蓄电池的事故放电容量能够保证负荷的可靠供电，做到经济性与安全性的统一。参考文献1、DL/T724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护规程2、DL/T5120-2000小型电力工程直流系统设计规程3、电力工程直流系统设计手册作者简介：刘卫国，生产技术部助理工程师。郭瑞涛，厂长工作部助理工程师。