1、分类号 郑州电力高等专科学校毕 业 设 计（论 文）题 目 变电站直流系统分析与设计 并列英文题目 Substation Dc System Analysis And Design 系 部 电力工程系 专业 电气自动化技术 姓 名 杨柳青 班级 电气 0903 指导教师 皮薇薇 职称 讲师 论文报告提交日期 2012 年 6月 5日 郑州电力高等专科学校变电站直流系统分析与设计- 1 -摘要变电站直流电源系统是所内所有继电保护、自动化以及二次控制回路、断路器分合闸、事故照明等设备工作的电源，直流电源内部有蓄电池，能保证在交流失电状态下不间断连续供电。直流电源使用蓄电池进行储能，结构简单可靠，容
2、易满足设备对电源可靠性要求。其设计内容主要包括直流系统接线方式，系统电压确定，蓄电池容量计算，直流充电模块选择，ups 不停电电源的选择，通信直流变换器的选择等。关键词： 直流系统、蓄电池组、不停电电源、充电装置AbstractThe substation dc power system is the working power supply of relaying protection, automation, secondary control circuit, switching on or off circuit breaker and emergency lighting equip
3、ments in the transformer substation. DC power has internal battery and can guarantee continuous power supply when losing electric state. Dc power uses storage battery to store energy, the structure is simple, reliable and easy to meet for power equipment requirement of reliability. The design includ
4、es DC system wiring, determining system voltage，the battery capacity calculation, the DC charging module selection, choice of UPS and communication DC-DC converter.Key words：DC system、batteries、Uninterrupted power supply、charging devices.变电站直流系统分析与设计- 2 -目录Abstract .- 1 -前言 .- 5 -第一章 变电站直流系统功能、重要性论述
5、 .- 6 -1.1 变电站直流系统 .- 6 -1.2 直流电源系统在变电站的重要作用 .- 6 -第二章 直流电源的技术分析 .- 7 -第三章 蓄电池技术分析 .- 9 -3.1 蓄电池的定义与分类 .- 9 -3.2铅酸蓄电池的电气特性 .- 10 -3.3 放电特性 .- 11 -3.3.1 持续放电特性 .- 11 -3.3.2 冲击放电特性 .- 13 -3.4 阀控铅酸蓄电池的充电方式 .- 14 -3.5 蓄电池组数 .- 16 -第四章 直流系统的接线方式 .- 17 -4.1 对直流系统接线方式的基本要求 .- 17 -4.2 直流系统接线方式的分类 .- 17 -4.2
6、.1单母接线 .- 17 -4.2.2 单母分段接线 .- 18 -变电站直流系统分析与设计- 3 -4.2.3 互联的单母接线 .- 19 -第五章 系统工作电压 .- 21 -第六章 计算并选择蓄电池容量 .- 22 -6.1 直流负荷统计（系统工作电压 220V） .- 22 -6.2阀控铅酸蓄电池的选择 .- 22 -6.3 蓄电池容量的选择 .- 23 -6.4 蓄电池参数选择 .- 26 -6.4.1 容量计算 .- 26 -6.4.2 电压校验 .- 27 -第七章 直流充电模块的选择 .- 29 -7.1高频开关充电模块工作原理 .- 29 -7.2 充电装置的选择 .- 30
7、 -7.2.1 充电装置额定电流选择（铅酸蓄电池） .- 30 -7.2.2 充电装置输出电压选择 .- 31 -7.2.3 回路设备选择 .- 32 -7.2.4 充电装置高频开关电源充电模块数量选择 .- 32 -第八章 UPS 不间断电源的选择 .- 34 -8.1 变电站设交流不断电电源的必要性 .- 34 -8.2 对 UPS系统的基本要求 .- 34 -8.3 UPS的配置方式 .- 35 -第九章 通信电源设计 .- 37 -变电站直流系统分析与设计- 4 -9.1 变电站通信电源 .- 37 -9.2 通信直流变换器的作用 .- 37 -9.3 对通信电源的特殊要求 .- 37
8、 -9.4 DC/DC通信电源技术指标 .- 38 -第十章 各自动开关额定容量的选择 .- 39 -10.1 控制、保护、信号回路断路器选择（经常负荷、UPS 等均分两段母线） .- 39 -10.2 直流分电柜电源回路 .- 40 -10.3 充电装置输出回路 .- 40 -10.4 蓄电池组出口回路 .- 41 -10.5 直流母线联络电器（隔离开关） .- 41 -10.6 蓄电池放电回路的断路器 .- 42 -10.7 电气接线图 .- 42 -第十一章 结论 .- 44 -结束语 .- 45 -参考资料 .- 46 -变电站直流系统分析与设计- 5 -前言电是能量的一种表现形式，电
9、力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电力工业的发展水平和电气化程度已成为衡量一个国家经济发展水平的一个重要标志。电力控制系统必须具备安全可靠的控制电源。由于直流电源独立于交流动力电源系统之外，不受交流电源的影响，具有高度安全可靠、运行维护方便等特点，从而得到广泛的应用。直流系统广泛应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户( 如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路、房地产等) ，为信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，它也同样广泛的应用于通信部门、计算机房、医院、矿井、宾馆，以及高层建筑的可靠应急电源
10、，用途十分广泛。所以要求电力系统设计对直流电源系统给予高度重视。本文对 110kV变电站的直流系统进行设计。其负荷统计如下：经常负荷 3kW；事故照明负荷 2kW；通信 DC/DC转换器 60A；UPS不停电电源 14kW；断路器合闸电流 2A（数量为 2）；断路器分闸电流 2.5A（数量为 3）。变电站直流系统分析与设计- 6 -第一章 变电站直流系统功能、重要性论述1.1 变电站直流系统变电站直流电源系统是所内所有继电保护、自动化以及二次控制回路、断路器分合闸、事故照明等设备工作的电源，直流电源内部有蓄电池，能保证在交流失电状态下不间断连续供电。直流电源使用蓄电池进行储能，结构简单可靠，容
11、易满足设备对电源可靠性要求。1.2 直流电源系统在变电站的重要作用变电所的直流系统是独立的重要操作电源，主要用于开关的控制、继电保护、自动装置、信号装置、监控系统、事故照明等的电源。监视和维护直流设备的完好性对变电站以及整个电力系统的安全可靠运行十分重要。各类变电站直流电源系统必不可少。对于不同电压等级的变电站往往设计不同电压的直流输出，以满足设备运行的需要。在变电站中，直流电源系统应满足各类负荷中双重化配置的要求。在变电站内由于被控制设备多，提高直流网络的安全可靠性至关重要。阀控密封式铅酸蓄电池和高频开关整流电源(本设计中应有到)在直流系统中的应用可提高直流电源系统的安全可靠性，降低直流系统
12、设计的复杂性，并减小了维护的工作量。变电站直流系统分析与设计- 7 -第二章 直流电源的技术分析直流电源主要由充电机、蓄电池、馈线屏三大部分组成，保证直流电源的可靠供电、安全供电和在发生事故情况下的不间断供电。为监视直流电源正常工作，还有一些辅助设备，如直流绝缘监视，蓄电池电压监视等。直流电源负荷特性的变化，以及充电装置、蓄电池、监控装置技术的不断进步，使得直流系统的接线方式和组成方式也有所改变。1直流充电装置将交流电源转换成直流电源的装置。早期的直流由交流电动机带动直流发电机产生所需的直流电源；20 世纪中期大功率二极管应用于直流电源上，并应用磁饱和控制技术调整直流输出电压，这种结构的充电机
13、在电力系统的直流电源上占很大比例，称之为磁饱和充电机；随后的可控硅器件（晶闸管）使电压调整与整流由同一器件完成，通过控制晶闸管导通角达到调压目的，这称之为相控电源；近几年，应用高频开关电源技术组成 AC/DC模块结构的充电机在直流系统中应用日益普及。2蓄电池主要分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类，在电力系统直流电源中，阀控式密封铅酸蓄电池占绝大多数。3馈线结构馈线屏结构与直流母线结构、馈线保护、直流供电方式有关，变电站直流系统分析与设计- 8 -对馈线屏要求是运行可靠，屏面布置简单明了，电源走向一目了然，负载名称清晰准确。4辅助设备当直流电源一极接地后，如再发生另一点接地，则容易产生寄生回路，选
14、成保护设备误动或拒动，为此直流系统均安装直流绝缘监察装置，在一点接地时及时发出直流电源接地故障报警信号，告知值班人员进行处理。变电站直流系统分析与设计- 9 -第三章 蓄电池技术分析3.1 蓄电池的定义与分类蓄电池是一种储能装置，它把电能转化为化学能储存起来，又可把储存的化学能转化为电能，这种可逆的转换过程是通过充、放电循环来完成的，而且可以多次循环使用，使用方便且有较大的容量。酸蓄电池按电解液不同可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池，发电厂和变电站广泛应用的是防酸隔爆式、消氢式、阀控密封式（即免维护）铅酸蓄电池。铅酸蓄电池正极板的活性物质式二氧化铅( )，负极板的2PbO活性物质是绒状铅(Pb)，电解液为稀硫酸。放电时正极板的二氧化铅( )、负极板的绒状铅(Pb)变为硫酸铅( )，电解液2PbO4S中的硫酸在与正负极产生化学反应后密度下降。充电时正极极板上硫酸铅变为二氧化铅，负极板上的硫酸铅变为绒状铅，电解液的密度上升。阀控密封式铅酸蓄电池阀控电池采用吸液能力强的超细玻璃纤维材料作隔板，具有良好的干、湿态弹性，使较大的电解液全部被其贮存，而电池内无游离酸（贫液），或者使用电解液与硅胶组合为触变胶体，正常充、放电运行状态下处于密封状态，电解液不泄漏，也不排放任何气体，不需要定期加水或酸，正常时极少维护。
