中倍率Ni-Cd蓄电池在肯尼亚地热电站中的应用

中倍率Ni-Cd蓄电池在肯尼亚地热电站中的应用

张雷

上海勘测设计研究院有限公司  上海  200434

摘要：本文主要介绍中倍率Ni-Cd蓄电池在非洲肯尼亚OLKARIA V地热电站升压站项目中的应用。本项目为海外项目，业主聘请的咨询公司由于对国内规范不了解，故不认可国内DL/T 5044-2014《电力工程直流电源系统设计技术规程》中推荐的计算方法，该项目采用了IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中负荷统计原则及Ni-Cd蓄电池容量计算方法。

关键词：IEEE std 1115-2014；Ni-Cd蓄电池；直流系统；容量计算；负荷分类；负荷统计

0 前言

电网是一个国家经济发展的基础，同时也关系到一个国家的安全，微机保护装置就是保证电网安全的一个重要设备。微机保护装置的供电电源一般采用直流供电方式，当站内低压交流系统全部失电的情况下，站内直流蓄电池将继续给微机保护装置提供可靠的直流电源，从而保证高压输电线路、变压器、电抗器等设备发生故障时，能及时发现并切除故障，保证电网和电气设备的安全。由此可见，直流蓄电池在电站中的重要性。

本文主要根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中要求，对本升压站中直流负荷进行分类、统计，并在此基础上根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中公式进行计算，得出合理的蓄电池容量、节数和充电电流等数据。

1  项目概况

OLKARIA V地热电站位于非洲东部国家肯尼亚首都内罗毕西北120km的纳库鲁县地质公园内。项目平均海拔小于2000米，常年温度为1℃至28.5℃。该地热电站装有3台70兆瓦发电机组，总装机容量为210兆瓦，发电机组出口电压为11千伏，经过机组升压变压器升至220千伏后与主电网相连。本工程设计范围为地热电站的升压站部分，不含发电机组和升压变相关内容。220kV升压站主接线为4/3接线形式，项目远期为3个完整串，本期为2个完整串。每个串为1回主变间隔， 2回220kV架空出线间隔，同时每段母线设置1个电压互感器间隔。

中倍率Ni-Cd蓄电池具有使用时间长,蓄电池自放电电流小,适用环境温度范围宽,过充放电特性好,放电电压平缓等优点，适合非洲当地特殊需求。

根据项目招标文件要求，该升压站直流系统采用直流110V，蓄电池采用Ni-Cd蓄电池。招标文件要求直流系统最低和最高电压分别为系统标称电压的-8.8%和28.0%，故直流系统对应的最高和最低电压分别为直流140.8V和100.3V。单体蓄电池浮充电压为1.43V/节、均充电压为1.60V/节、终止电压为1.14V/节。由于当地电网较为薄弱，当电站失电后需要直流系统维持较长时间，所以采用业主在招标文件中要求10h事故放电时间。

2  蓄电池个数计算

根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中6.2.2条公式（1）和（2）要求，得出直流系统最高电压和最低电压要求下的蓄电池个数分别为：

所以、取最大值，蓄电池组个数为88节。

3  直流负荷分类

根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中4.2.2和4.2.3条要求，直流电源负荷共分为三大类，具体定义如下：

一）连续性负荷（Continuous loads）：需要直流持续供电的装置。

二）非连续性负荷（Noncontinuous loads）：需要直流持续供电一段时间（超过1min）的装置，人工或系统干预后停止工作。

三）其它负荷（Other loads）。

3种常见负荷分类如下：

1）连续性负荷主要有：直流长明灯、连线操作电机、逆变器、疏散指示灯、连线通电线圈、微机保护装置、测控装置、计算机服务器，光字牌和通信装置等。

2）非连续性负荷主要有：应急水泵电机、循环通风系统电机、火灾灭火系统、高压开关操作机构、阀门驱动电机、高压隔离刀闸操作机构、发电机启励系统、高压开关跳闸等。

3）恢复高压断路器合闸负荷。

4  直流负荷统计

4.1  直流负荷统计原则

根据本升压站实际情况，同时参考微机保护及直流系统厂家提供的设备参数，统计原则如下：

（1）连续性负荷（Continuous loads）:控制和保护系统、远动及对时系统、交直流系统、应急照明系统、UPS系统。

（2）非连续性负荷（Non-continuous loads）:高压断路器跳闸线圈、跳闸出口继电器。

（3）其它负荷（Other loads）:高压断路器合闸线圈、高压断路器储能电机。

4.2  直流负荷统计情况

表1   连续性负荷统计表

表2   非连续性负荷统计表

表3   其它负荷统计表

4.3  直流负荷循环表

根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中4.3.2、4.3.3和4.3.4条要求，直流负荷循环统计表如下：

表4   直流负荷循环表

表5   各种直流负荷持续时间表

图1 直流负荷持续表

5  蓄电池容量计算

根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中6.6条要求，蓄电池容量计算表如下：

表6   蓄电池容量计算表

实际需求的蓄电池容量=

3阶段最大值*容量换算系数*温度校验系数=

416.17*1.25*1.1=572.24（AH）

所以本工程直流蓄电池容量取600AH。

6  充电电流计算

7  结论

根据上述计算结果，本升压站Ni-Cd蓄电池节数取88节，容量取600AH，充电电流取108A。

目前该项目已经顺利投运，从现场实际运行情况来看，采用上述计算方法得出蓄电池和充电设备参数较为合理，能够满足现场实际需求。

变电站直流负荷统计非常重要，各个厂家装置实际功耗、项目规模、直流系统电压都直接影响蓄电池容量计算结果。在基本设计阶段，应尽可能收集市面上主流厂家装置功耗，在负荷统计时应尽可能考虑各种可能设备，切勿遗漏重要负荷，并考虑部分裕量。这样才能保证选取的容量符合要求。

参考文献：

[1] IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel-Cadmium Batteries for Stationary

    Applications: IEEE std 1115-2014.

[2] IEEE Recommended Practice for the Design of DC Auxiliary Power Systems for Generating

    Stations: IEEE Standard 946-2004．

[3] 国家能源局.电力工程直流电源系统设计技术规程: DL/T-5044-2014.北京：中国计划出版

    社，2015.

[4] 电力工程直流系统设计手册(第二版).北京：中国电力出版社，2009.

[5] 电力工程设计手册 变电站设计.北京：中国电力出版社，2019.

[6] 曹春裕，镉镍蓄蓄电池的直流系统在发电厂的应用［C］．上海市电机工程学会，上海市电

    工技术学会．上海市电工技术学会第十一届学术年会论文集．上海，2012.

[7] 龙军，浅谈印度某发电工程镉镍蓄蓄电池选择计算［J］．四川电力技术，2012.

[8] 魏源，李颖，李慧音.基于IEEE 标准的直流系统蓄蓄电池容量计算[J].电工技术，2018.

[9] 田羽，何仲，范春菊. 变电站蓄蓄电池容量计算和算法改进[J]. 电力系统保护与控制，

    2010.

作者简介：

张雷  男  工程师 上海勘测设计研究院有限公司  上海  200434