赤 磊

（新疆水利水电勘测设计研究院）

1 工程概况

工程为水电站工程，装机容量为4 150. 8 ，机组变压器组合方式采用单元接线，电站高压侧采用220 kV电压等级，双母线接线，进线4回、出线5回、母线联络断路器1台、PT2组、高压电抗器1组；电站高压厂用电系统设置2台厂高变及22面配电柜。电站按无人值守、少人值班原则，设置微机监控系统、微机继电保护装置和安全自动装置系统、直流系统等装置。

2 工程直流电源系统基本资料

直流电源采用胶体阀控式密封铅酸蓄电池，接线方式采用无端电池方式，供电方式采用控制负荷和动力负荷合并供电方式，额定电压采用220 V，单体蓄电池额定电压采用2 V。运行方式为蓄电池投入运行前，进行初充电，初充电完成后即转入正常运行连续浮充电，事故放电后或发现电池不均衡时，进行均衡充电或补充电，蓄电池初充电、均衡充电、补充电充电方式采用二段定电流、定电压充电方式。

3 直流电源系统计算

3.1 交流不间断电源（UPS）输出容量计算

计算公式：

将上述各影响系数归总为可靠系数，并根据相应取值得出：

取平均值：

经交流不间断电源（UPS）负荷统计得：

则由容量计算公式得到：

故工程交流不间断电源（UPS）标称输出容量选择30 kVA。

3.2 逆变电源（INV）输出容量计算

电力用逆变电源（INV）是一种不含整流器的电力用交流不间断电源。其计算公式和过程与交流不间断电源（UPS）相同，不在赘述。故工程交流不间断电源（UPS）标称输出容量选择40 kVA。

3.3 直流蓄电池输出容量计算

3.3.1 蓄电池参数选择

3.3.1.1 蓄电池个数选择

按满足在浮充电运行时直流母线电压的1.05倍计算。

故计算公式：n=1.05 Un/Uf

阀控式密封铅酸蓄电池的单体浮充电电压值宜取2.23～2.27 V。

工程Uf=2.23V，则由蓄电池个数计算公式得到：

n=1.05 Un/Uf=1.05 220/2.23=103.59≈104只

3.3.1.2 蓄电池均衡充电压选择

根据规范要求：蓄电池连接负荷进行均衡充电时，蓄电池均衡充电电压应根据蓄电池个数及直流母线电压允许的最高值选择单体蓄电池均衡充电电压值，对于控制负荷和动力负荷合并供电，单体蓄电池均衡充电电压值≤1.lO Un/n。

工程蓄电池均衡充电电压取2.33 V。

计算公式：2.33≤1.lOUn/n=1.10 220/104=2.37。

3.3.2 单体蓄电池事故放电末期终止电压选择

按蓄电池个数及直流母线电压允许的最低值选择单体蓄电池事故放电未期终止电压。

计算公式：Um≥0.88 Un/n。

得：Um≥0.88Un/n=0.88 220/104=1.85 V

工程单体蓄电池事故放电末期终止电压取：1.87 V。

3.3.3 蓄电池容量的选择

直流负荷统计见表1。

容量换算系数计算公式：

满足事故初期（1 min）冲击放电电流容量的要求，初期（1min）冲击蓄电池10 h放电率计算容量如下：

表1 直流负荷数据统计表

计算公式：

满足事故全停电状态下持续放电容量要求，不包含初期1min冲击放电电流，各个阶段计算容量如下：

第一阶段（1-30 min）计算容量：

第二阶段（30-60 min）计算容量：

第三阶段（60～120min）计算容量：

工程为无人值班、少人值守工程，事故状态可在60 min内解除，故工程直流负荷时间按1 h计算，不计算60 min之后阶段的放电容量。

随机负荷计算容量计算公式：

将r叠加在c1、c2……中最大的阶段上，然后与cho比较，取较大值，计算容量为：1030.40 Ah，选择容量为：1200 Ah。

3.4 充电装置及整流模块选择

铅酸蓄电池lO h放电率电流（A）：

充电装置额定电流的选择根据规范充电装置额定电流的选择应满足下列要求：

①满足浮充电要求时计算公式为：

②满足蓄电池充电要求时计算公式为：

③满足蓄电池均衡充电要求时计算公式为：

故工程单组直流蓄电池充电装置额定电流选择为：315 A。

充电装置额定电压的选择：

故选择：250 V。

工程按照一组蓄电池配置两组高频开关电源，其模块选择为：

经计算每组蓄电池高频开关电源模块选择为：充电模块额定电流60 A，充电模块数量5个。

3.5 蓄电池回路设备及直流柜主母线选择

工程蓄电池回路设备及直流柜主母线选择如下：回路电流：660 A；电流测量范围：i 800 A；放电试验回路电流：144 A；主母线铜导体截面：60 6 mm2。

3.6 蓄电池短路电流计算

工程单组蓄电池电阻及出口短路电流选择如下：蓄电池电阻12.43 mΩ；蓄电池出口短路电流17.69 kA；直流电源系统标称电压220 V；蓄电池个数：104只。

在蓄电池引出端子上短路，则短路电流计算为：

在蓄电池组连接的直流母线上短路，则短路电流计算为：

4 结 语

电站在直流电源系统设计过程中，通过查阅大量的文献及规程规范，依据直流用电设备的特性对直流负荷进行了严格的统计，在确定数据无误的情况下以相应设计规范为依据进行直流电源系统的设计和元器件参数选择。针对计算结果的可靠性，选择了三家国内知名品牌的直流设备生产厂家进行了复核计算和校验，结论一致。电站预计在2021年初投产运行，届时设计成果将会在工程中得到最终检验。