小保当一号煤矿 110kV变电站交 直流系统设计简介

小保当一号煤矿 110kV变电站交 直流系统设计简介

刘伟华

中煤科工集团北京华宇工程有限公司 北京 10000

0 摘要

变电站交直流系统是变电站的重要组成部分。交流屏把交流电源分配给各个低压用电负荷，也就是向直流屏和配电室提供电源分配。直流屏为变电站内的断路器分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等提供电源，同时直流系统在站用电失电的情况下，仍能保证在一定时间内提供可靠的直流电源及事故照明电源。交直流系统的安全性、可靠性将直接影响到变电站甚至电网的安全稳定运行^[1]。

本文以小保当一号煤矿110kV变电站为例，对变电站交直流系统的设计进行了研究探讨。

1 变电站交流屏

交流设备配置站用电柜6台，含2面进线柜及4面出线柜。

其中，两面进线柜中每面柜均设两路进线开关额定电流为250A，两路电源设互投装置，自投自复。每台进线柜均配电流一块、电压表一块、有功电度表、无功电度表一块。

四面出线柜中每面柜均设8路出线开关，共32路出线开关。具体为8路三相32A出线开关，8路单相32A出线开关，8路单相20A出线开关。其中电机类出线回路入轴流风机出线回路加装接触器及热继电器。

2 变电站直流屏

直流电池配置单体电压为为2V，总容量400Ah的全密封免维护铅酸蓄电池一套，向直流电源成套设备的输出电压为220V，输出电流100A。并可提供200A正常合闸冲击电流以及合闸冲击电流。其中直流恒流充电电压稳压范围为198V至286V，浮充电压稳压范围为198V至275V。直流负荷统计见表1-1，蓄电池容量系数表见表1-2。

表1-1 直流负荷统计表

Table 1-1 DC load statistics

表1-2 蓄电池容量系数表

Table 1-2 Battery capacity factor

蓄电池放电率为10小时，可靠系数K_k取1.4，终止放电电压1.75V，蓄电池计算容量如下：

第一阶段(1分钟)计算容量(K_c1为全部放电时间容量换算系数取0.9)：

C_C1=k_k×I₁/K_c1=1.4×158.6/0.9=246.7Ah

第二阶段(1小时)容量换算系数取计算容量(K_c1为全部放电时间容量换算系数取0.46，K_c2为除第一阶段时间外容量换算系数取0.467)：

C_C2=k_k[I₁/K_c1+(I₂-I₁)/K_c2]

=1.4[158.6/0.46+(65.8-158.6)/0.467)]

=204.5Ah

第三阶段(2小时)容量换算系数取计算容量(K_c1为全部放电时间容量换算系数取0.33，K_c2为除第一阶段时间外容量换算系数取0.332，K_c3为除第一、二阶段时间外容量换算系数取0.46)：

C_C3=k_k[I₁/K_c1+(I₂-I₁)/K_c2+(I₃-I₂)/K_c3]

=1.4[158.6/0.33+(65.8-158.6)/0.332+(75.0-65.8)/0.46]

=309.5Ah

第四阶段(4小时)容量换算系数取计算容量(K_c1为全部放电时间容量换算系数取0.9，K_c2为除第一阶段时间外容量换算系数取0.467，K_c3为除第一、二阶段时间外容量换算系数取0.467，K_c4为除第一、二、三阶段时间外容量换算系数取0.467)：

C_C4=k_k[I₁/K_c1+(I₂-I₁)/K_c2+(I₃-I₂)/K_c3+(I₄-I₃)/K_c4]

=1.4[158.6/0.22+(65.8-158.6)/0.22+(75.0-65.8)/0.26+(18.2-75.0)/0.33]

=227.3Ah

因此直流蓄电池在第三阶段所需容量最大为309.5Ah，同时考虑到直流系统的可靠性，采用总容量400Ah的全密封免维护铅酸蓄电池。

所有直流柜均安装在控制室内，并配有一体化高频开关电源整流模块充电机、动均浮充转换装置、电压监视装置、控制母线自动调压装置、微机绝缘监测装置、直流系统接地微机检测装置、电池巡回检测仪、温度补偿装置、容量5kVA的逆变电源、容量10kVA的事故照明电源以及并24路控制馈出回路和16路合闸馈线的馈出回路和能保证6回通信设备8小时工作的通信直流48V电源。

其中适用于给蓄电池组恒流充电和浮充电用的高频开关整流模块能承受2倍以上额定电流的冲击电流。当发生短路时，具有自动限流到额定值的功能，不会因过流而烧毁模块。

整流模块的直流输出端可以同时接到电池组和负载上，正常工作时，整流模块在电池组上施加恒定电压，使电池组保持连续小电流充电直至满电状态，同时整流模块也向负载供电；当交流电源停电或整流模块故障时，电池组以不断电的方式向负载供电，可实现0秒切换。

直流设备具有继电保护模块，当充电电压过高，充电电压偏低，充电电流过大，三相交流电源断相或断电，电池放电终止，装置故障，以及其他需要的保护时，继电保护模块均发出故障信号，同时所有信号均可记忆，也可在现场就地复归或远方手动复归。各故障信号能在现场就地显示，并合成同一故障信号后以无源接点的方式引至变电站监控系统。

直流设备具有通讯模块，可以按照电站计算机监控系统的通信规约要求传送直流控制母线电压值、恒流充电电流值、浮充电流值、直流母线电压过高信号、直流母线电压过低信号、直流母线接地信号、充放电装置故障信号等数据。

直流设备具有显示监测模块，可显示蓄电池主要运行参数，为充放电装置提供运行参数反馈信号，为微机监控系统提供模拟量信号。并可就地显示的参数的功能，可以显示蓄电池组端电压，指示电池电压，充电及放电电流，蓄电池柜温度等信号。蓄电池微机巡测模块能对导体电池或单体组合电池的端电压逐个进行巡回检测并以通信方式将巡检结果送至充电装置的继电保护模块

直流设备具有装设接地自动巡检模块，当发生接地故障绝缘水平低于规定值时，可发生报警信号。同时可通过手动开关检测出是正极接地还是负极接地，并可测出对地的电压值。

3 结语

变电站交直流系统的设计是一个系统工程，牵涉的问题较多。本文结合小保当一号煤矿110kV变电站交直流系统的实际设计经验，以此展开了分析研究，可为类似工程提供参考。

参考文献

[1] 刘小宇. 基于综合控制的设备状态修方案研究[J]. 百科论坛电子杂志，2019，25-24.