110kV无人值班变电站蓄电池容量的计算

刘大华

[摘要]本文针对110kV及以下无人值班变电站一、二设备的特点以及与常规变电站的不同，认为不能按常规站的经验来选择无人值班变的蓄电池容量，而应该在对站内直流经常负荷、事故负荷、冲击负荷等进行详尽分析、统计的基础上，重新计算蓄电池组的个数及容量。本文介绍了其计算过程，供各位同行参考。

[关键词]无人值班变电站; 蓄电池容量计算

[Abstract] Due to the characteristics and the difference from the conventional transformer substation of primary and secondary equipments of the unattended substation no higher than 110 kV, it is believed that the selection of unattended substation battery capacity should not follow the normal experience, but recomputer the number and capacity of the battery pack based on the detailed analysis and statistics of the dc regular load, accident load, impact load detailed inside the station. This paper will introduces the calculation process for your reference.[Keywords] the unattended substation; battery capacity calculation

中图分类号: TM912.9文献标识码：A文章编号：

现在不论是对已运行常规变电站的改造，还是新建的110kV变电站，都是按无人值班模式进行设计、运行，其二次设备大多采用综合自动化系统。而综合自动化系统与常规二次设备的区别就在于它集保护、控制、测量、信号等装置于一体，取消了传统的红、绿灯监视以及中央信号装置，实现了对变电站的“四遥”操作。

另外110kV、35kV断路器目前一般选用SF6断路器，10kV断路器则选用真空断路器或中置柜，均配置弹簧操作机构。变电站内没有电磁操作机构，而弹操机构的合闸电流远远小于电磁操作机构，因此可以将弹操机构列入控制负荷。这样一来变电站内就没有了动力负荷，全部为控制负荷，其直流系统就可以取消合闸母线，而只设置控制母线。

通过上面的简述，可以看出110kV及以下无人值班变电站的直流负荷比常规站要少一些，并且没有什么冲击负荷，因此其蓄电池组的容量应该重新进行计算并确定，而不应依据常规变电站的经验来选择。鉴于各类没计手册上对该部分内容涉及不深，本文就先分析、统计站内各种直流负荷，在此基础上介绍其计算过程。

1负代荷分析

1.1经常负荷

变电站综合自动化系统取消了常规的红绿灯监视、光字牌信号灯、事故信号装置、预告信号装置及闪光装置，只保留简易的信号报警器及通信设备，因此全站主要的直流负荷只有微机保护装置、微机测控装置、安全自动装置、简易的信号报警器。断路器的位置指示一般由各保护装置上的发光二极管完成，同时在后台机上也显示；隔离开关的位置指示一般在后台机上显示。

因平时无人值班，所以主控制室内一般不设经，常直流照明负荷，而只保留几盏事故照明灯，以备事故处理时照明用。

1.2事故负荷

主要为照明、信号和继电保护装置等。110kv变电站一般在主控制室及10kV配电装置室设置4～6盏事故照明灯，负荷在1000W左右，事故停电时间按规程规定为1h。实际上现在无人值班变电站一般未装设事故照明切换装置，当事故发生时，事故照明灯并不马上燃亮，而是在操作人员赶到现场后才开始投人，因此按事故照明时间为1h来计算蓄电池容量是满足要求的。

变电站一般设置了独立的48V通信电源，配置了专用的蓄电池，因此在统计直流负荷时可以不考虑通信设备负荷情况。变电站内只有远动装置、监控后台不能间断供电，根据《湖南省电力工业局无人值班变电站设计技术规定(试行)》，UPS装置维持不问断供电时间不少于1小时，这样UPS装置宜接在站用220V直流母线上，而不是配置专用蓄电池组。因为配置专用蓄电池组，一则投资较大，二则维护量大，110kV及以下变电站不宜推广。所以事故负荷应计及UPS装置。一般取1kVA就够了。

1.3冲击负荷

由于变电站内不像发电厂有很多直流油泵、用于厂用电源切换的断路器、厂用电动机、热工保护装置等，而且现在的11 OkV、35kV、1 OkV断路器一般采用弹操机构，其跳、合闸电流大多在1～2.5A之间(计算时取2A)，因此在事故过程中及事故末期可不考虑随机冲击负荷。

事故初期在备自投装置动作投入断路器合闸的同时，可能会有一些负荷支路的断路器跳闸，事故初期负荷要按这些断路器的跳闸电流之和计算，并乘以负荷系数Ku，一般取Ku=0.8。

2、负荷统计

为规范农网110kV及以下变电站的设计标准，提高设计质量，加快设计进度，最近湖南省电力公司出台了农网110kV、35kV变电站典型设计方案。下面以一个典型设计为例进行统计，该站规模为：主变压器额定容量为2×31.5MVA，三绕组110／35／10kV；110kV为4回出线，单母线双刀闸接线；35kV为6回出线，单母线断路器分段接线；10kV为14回出线，2组电容补偿装置，单母线断路器分段接线。110kV、35kV采用SF6断路器，10kV采用户外真空断路器或中置柜，所有断路器均配弹操机构。二次设备采用综合自动化系统，所有元件配置微机保护、测控装置等，35kV、10kV分段断路器配置备自投装置，另外还配置了小电流接地选线装置、低周减载装置、综合测控装置等一些安全自、动装置及公用装置。

根据《GB/T 15145-94微机线路保护装置通用技术条件》第3.7.2款“功率消耗”部分对直流电源回路的要求：当正常工作时，不大于50W；当保护动作时，不大于80W。现在各大厂生产的微机保护、测控装置等直流功耗正常时大多在25～40W之间，动作时大多在40～60W之间，都能满足上述要求。由于各厂的保护、测控装置等直流功耗大小不一以及断路器三相操作箱无确切负荷资料，为方便计算，下面将110kV线路、变压器的保护装置、测控装置、三相操作箱等统一按正常运行时直流负荷为40W，动作时为6.0W计算；35kV及以下保护测控装置统一按正常运行时直流负荷为25W，动作时为40W计算；站内其它安全自动装置按正常运行时直流负荷为25W，动作时为40W计算。

各类负荷统计方法如下：

1、保护装置：各馈线按每回路1个，110kV主变按每台4个；

2、测控装置：110kV馈线按每回路1个，110kV主变按每台3个，35kV及以下馈线保护、测控一体化，不单独考虑；

3、操作箱：110kV馈线按每回路1个，110kV主变按每台3个；35kV以及以馈线不考虑；

4、公用部分：公用测按装置2个，通讯服务器2个，电压切换装置3个、小电流接地线装置1个、低周减载装置1个、直流系统绝缘监察装置1个，消谐装置2～4个，简单中央信号，UPS（1kVA）；

5、备自投装置：35kV、10kV分段断路器配置备自投装置各1个；

6、弹操机构跳、合闸电流按2A计算。

3、蓄电池的计算

现在110kV及以下无人值班变电站直流系统主接线一般采用单母线接线或单母线分段接线；蓄电池则选择GFM型阀控式铅酸蓄电池，不带端电池。

3.1蓄电池个数的确定

3.1.1原则

a、首先按浮充电运行时，直流母线电压为1.05Un来确定电池数，N1=1.05Un/Uf，式中Un为直流系统额定电压，Uf为单个电池的浮充电压，取2.25V；

b、再根据直流母线允许的最低电压，并计及蓄电池至直流母线间的电压降来校验蓄电池的放电终止电压Ud，应满足Ud≥0.86 Un/Uf。

3.1.2计算过程

Nf =1.05Un/Uf=1.05×220/2.25=102.7个，取103个。

Ud≥0.86×220/103=1.84V，取1.85V。

3.2蓄电池容量的计算

用电流换算计算，根据直流负荷统计表（三）绘出直流放电负荷曲线，如图一所示。按《电力工程直流系统设计册》第四章第4.5节图4-5（a）“容量换算系统曲线”确定容量换算系数Ke，Krel为可靠系数，一般取1.4，

第一阶段：t11=1min，Kc11=0.62 1/h

Cc1=Krel×I1/Kc11=1.4×65.27/0.62=147.4Ah

第二阶段：t21=60min，Kc21=0.35 1/h

t22=59min，Kc22=0.36 1/h

Cc2=Krel×[I1/Kc21+(I2－I1)/ Kc22]

=1.4×65.27/0.62=147.4Ah

=1.4×[65.27/0.35+(34.87－65.27)/0.36]

=142.9Ah

因冲击放电电流出现在事故放电初期，所以蓄电池的计算容量取Cc1和Cc2中的较大者，即Cc1=147.4Ah

根据计算容量，选择GFM-200型，103个蓄电子表池。

由于笔者水平有限，问题分析的比较肤浅，希望本文能得到各位同行、专家的指正，同时也能起个抛砖引玉的作用。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。