变电站直流系统蓄电池容量计算探析

摘要：在变电站中，直流系统主要为信号、控制、自动装置、继电保护和照明提供直流用电。变电站安全运行离不开直流系统。变电站的直流电源是蓄电池，蓄电池的电压质量与电源容量关系到了严重事故下用电设备的运行，故此，需对直流系统蓄电池容量进行严格的计算。

关键词：220kV变电站；蓄电池容量计算；直流系统

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）08-0131-02

现阶段，许多新建变电站采取无端电池的直流系统。在蓄电池容量选择上，需统计变电站直流负荷情况，以直流系统的规程对直流负荷计算加以明确。通过蓄电池容量计算得到精确的蓄电池容量，并以此选择适合的蓄电池。220kV变电站的二次设备较多，负荷统计难以把握好。在蓄电池容量计算过程中，有两种算法，即阶梯电流法和电压控制法。但两种算法有时一致，有时却有很大差别。故此，本文特采用阶梯电流法和电压控制法对蓄电池容量进行计算。通过对两种算法的分析，得出两者间的联系和本质上的区别。

1 直流负荷统计

本文以某个220kV变电站作为典型设计例子，开展负荷统计。该变电站共设3×240MVA主变三台，三绕组220/110/35kV，220kV采用双母线单分段接线，有12回出线；110kV采用单母线三分段接线，有30回的出线；35kV设有电容补偿6组，站用变2台。整个变电站的二次设备有测控装置、微机保护等，功率消耗对直流回路的要求有，正常时不大于50W，动作时不大于80W。测控装置和微机保护的直流损耗在正常阶段是25～40W，而在动作阶段是40～60W。

负荷统计时，220kV每回馈线考虑2台保护装置，110kV每回馈线考虑1台保护装置，220kV主变每台考虑3台保护装置，各电压等级均不考虑测控装置。公用设备考虑：2台GPS装置、1台保护信息子站和3台故障录波装置。220kV、110kV、35kV断路器采用弹簧操作机构，其跳、合闸电流在1～2.5A之间，计算时取1.5A。负荷统计时，事故负荷放电分为三类，即I1（0—1min）、I2（1—60min）、I3（60—120min）。在事故放电计算中分为有人值班、无人值班。有人值班以4000W为自动化负荷，而无人值班以3000W为自动化负荷。把电流数据、直流负荷统计时间和I1、I2、I3综合起来，得出表2。

2 确定蓄电池的个数

确定直流供电质量主要是直流系统电压。直流系统电压决定了蓄电池电压、直流接线方式和蓄电池个数。故此，要考虑到事故放电末期的直流母线电压，不能比85%的标准电压低。同时要分析事故放电末期的蓄电池终止电压值。变电站直流系统的负荷，需确保电压波动小和稳定，以1.8V作为终止电压值。而以

==52。

以直流母线的允许最低电压，对直流母线到蓄电池的电压进行计算，对蓄电池放电终止电压进行校验。动力蓄电池组放电终止电压应当大于等于，而控制蓄电池组应当大于等于。

3 容量计算的可靠系数

计算蓄电池容量时，不管使用任何一种算法，都要对容量储备情况做好分析，选择可靠系数K。可靠系数K的考虑，需注重老化系数Ka、温度修正Kt和裕度系数Kr三方面。

蓄电池初期使用时，其容量会上升。但随后会因为使用期限的增长逐步下降。一旦下降至80%的额定容量后，蓄电池便不能再使用。为此，我们常用老化系数Ka对蓄电池老化情况进行计算，一般取为1.08。

蓄电池额定容量是环境温度放电和终止放电电压中的容量。因为环境温度发生变化，蓄电池的电解液会发生改变，放电容量也会和额定值偏离。故此，我们常用温度修正Kr代表可能的不利环境因素，一般取为1.08。

蓄电池在充、放电时，会受到许多因素的影响。特性曲线与计算数据中，可能存在误差和难以计算的负荷情况。为此，蓄电池容量计算过程中，用裕度系数Kr进行表示，取为1.2。

K=Ka×Kt×Kr=1.08×1.08×1.2=1.39，故此可靠系数K为1.4。

4 阶梯电流法对蓄电池容量的计算

阶梯电流法具有较高的计算精度，当蓄电池终止电压比最低电压要高时对蓄电池容量进行计算。因为变电站多是阀控式铅酸蓄电池，因此可靠系数K为1.4。阶梯电流法的计算公式为：

蓄电池容量公式是max[Q1、Q2、Q3]+QR，220kV中心蓄电池容量是，无人值班为360Ah，而有人值班是306Ah。都要选择400Ah容量蓄电池。

5 电压控制法对蓄电池容量的计算

事故全停电中的蓄电池持续放电容量公式为：CC=K，KC是容量换算的系数，和不同的放电时间和终止电压相对应。

电压控制阀较为简单、直观，但和阶梯电流法计算有着较大的差异计算蓄电池容量时，要将放电容量相除容量换算系数。比如在M时间中的放电容量，要和M时间中容量换算系数相除。M是放电时间，其时间中负荷电流为恒定值。电压控制法多为1h放电时间的蓄电池容量进行计算，如果部分负荷是1h电源，其他负荷是2h电源，那么放电时间就有两个。在计算过程中，会出现很大的结算偏差。这是因为1h放电负荷和容量换算系数不对应。

根据电压控制法，可把2h放电电流和1h放电电流做好分解，变为两容量叠加。把容量和对应的容量系数相联系，推导出能够解决三放电阶段电压控制法公式：

=K[+-]

在公式中，C2是I2和2h乘积，C3是I2和1h乘积，C'2是I2和1h乘积，可靠系数K是1.4。我们将文中较多的数据代入CC=K[+-]，

得到：CC=1.4[+-]。

在分析蓄电池不同放电模式之后，电压控制阀选择不一样的计算公式。倘若冲击电流是I1，只有单个放电时间，应当以三放电阶段电压控制法公式计算。但如果冲击电流后，还有I2、I3，那么就要选择上述公式计算。

我们用电压控制法对中心蓄电池容量计算得出，无人值班为360Ah，而有人值班是306Ah。都要选择400Ah容量蓄电池。电压控制法和阶梯电流法的计算结果相同。

6 对阶梯电流法和电压控制法计算情况分析

在计算过程中，电压控制法比阶梯电流法计算容量要低。其主要原因是电压控制法对初始阶段放电消耗容量有所忽视。事实上，电压控制法和阶梯电流法有着本质联系，电压控制法是阶梯电流法变形而得。而两者的区别在于，电压控制法忽略了1min计算，对计算公式做了简化工作。这样虽然适用于工程计算，但准确率不高。与此同时，电压控制法只有1h放电计算。推导了2h放电容量计算公式，1min冲击电流依旧被忽视。

7 结语

变电站选择蓄电池容量时，容量大或小均不合适。为此，需对变电站直流负荷进行分析，并以阶梯电流法和电压控制法开展计算。本文就此分析了阶梯电流法和电压控制法计算过程中的注意要点，并对两种方法的联系和区别进行了适度分析。两类计算方法的理论、原理都有联系，结算结果也有一定的偏差。通过对比和分析，能够获得完整准确的直流负荷蓄电池容量计算方法，对220kV变电站直流设计也有一定的理论参考价值。

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作者简介；张陈（1988—），女，云南人，云南省玉溪电力设计院助理工程师，研究方向：变电站电气二次设计。