雅砻江流域水电开发有限公司 孟万里 陆 帅 胡 黄 邱 雁 朱 斌

直流系统是发电厂的重要组成部分，为继电保护装置、断路器操作、各类信号回路、事故照明提供电源。直流系统供电的可靠性，关系到继电保护及断路器能否正确动作，会影响整个电站的安全运行。而直流屏至蓄电池组、至UPS、至逆变屏的连接电缆及蓄电池连接线选型结果，直接影响事故情况下电站直流系统供电的可靠性。目前各大直流系统厂家只是凭借经验对直流系统电缆进行选型，缺少具体和规范的计算。本文通过国家及行业标准规范中对直流系统电缆选型的要求，以某水电站具体实例对电缆选型计算方法进行总结，给新建或改造的直流系统在电缆选型方面提供借鉴。

1 直流屏至蓄电池连接电缆选型

1.1 电缆截面计算原则

电缆截面应按电缆长期允许载流量和回路允许电压降两个条件选择，按下列公式计算：

式中：Ipc为电缆允许载流量（A）；Ica1为回路长期工作计算电流（A）；Scac为电缆计算截面（mm2）；ρ为电阻系数（对于铜ρ=0.0184Ω·mm2/m）；L为电缆长度（m）；Ica为允许电压降计算电流（A）；ΔUP为回路允许电压降（V）。

允许电压降计算电流Ica应取事故停电时间的蓄电池放电率电流和事故初期（1min）冲击放电电流两者中的较大者。

1.2 某电站1500Ah蓄电池连接电缆截面选型计算

各参数取值：

式中：Id.1h为事故停电1h的蓄电池放电率电流；Icho为事故初期（1min）冲击放电电流。

取Ica1=644A。

蓄电池出口电缆计算电流为1.05倍蓄电池1h放电率电流：

按676.2A计算电流载流量可选取1根截面为400mm2的铜芯电缆。

（1）根据压降计算电缆截面：

根据规程DL/T 5044，蓄电池出口电缆允许的电缆压降为0.5%Un≤ ΔUp≤1%Un，按ΔUp=1%Un取值，ΔUp=2.2V，计算电缆截面积为：

通过以上计算，电缆需选取1根截面为500mm2的铜芯电缆。

（2）根据载流量选择电缆截面：

选用1 根截面为5 0 0 m m2的铜芯电缆，则电缆的载流量为885A>676.2A，所以选用1根截面为500mm2的铜芯电缆可满足载流量要求。

综合（1）、（2）电缆选择结果：ΔUp=676.2×0.0184×2L/S=676.2×0.0184×2×40/500=1.98V＜1%Un，符合要求。故蓄电池出口正、负极电缆各选取1根型号为ZAVV－1×500的电缆时完全满足载流量和压降要求。

2 直流屏至UPS连接电缆选型

某水电站直流屏至UPS的距离为60m，UPS容量为20KVA。

各参数取值：

式中IUn为装置的额定功率/直流电源的标称电压，η为装置的效率。

（1）根据压降计算电缆截面：

允许电压降ΔUp=3%Un～6.5%Un，按6.5%取值，ΔUp=14.3V。

可选取截面为16mm2的二芯铜芯电缆，ZAVV－2×16。

（2）根据载流量选择电缆截面：

选用截面为25mm2的二芯铜芯电缆，则电缆的载流量为122.551A>85.56A，截面为25mm2的二芯铜芯电缆可满足载流量要求。

综合（1）、（2）电缆选择结果：ΔUp=85.56×0.0184×2L/S=85.56×0.0184×2×60/25=7.55V＜6.5%Un，符合要求。故选择型号为ZAVV－2×25的电缆完全满足载流量和压降要求。

3 直流屏至逆变屏连接电缆选型

某水电站直流屏至电站逆变屏的距离为60m，逆变电源容量为30KVA。

各参数取值：

式中IUn为装置的额定功率/直流电源的标称电压，η为装置的效率。

（1）根据压降计算电缆截面：

允许的ΔUp=2.5%U n ～5%Un，按5%取值，ΔUp=11V。

可选取截面为35mm2的二芯铜芯电缆，ZAVV－2×35。

（2）根据载流量选择电缆截面：

选用截面为35mm2的二芯铜芯电缆，则电缆的载流量为148.35A>128.34A，截面为35mm2的二芯铜芯电缆可满足载流量要求。

综合（1）、（2）电缆选择结果：ΔUp=128.34×0.0184×2L/S=128.34×0.0184×2×60/35=8.10V＜5%Un，符合标准要求，故选择型号为ZAVV－2×35的电缆完全满足载流量和压降要求。

4 蓄电池组连接线选型

蓄电池组完全充电后，以3I10持续放电，在蓄电池端子根部侧记两蓄电池之间的连接条电压降，平均值不大于8mV。

以某水电站1500Ah容量蓄电池为例，计算其连接线线径。

相邻两个蓄电池间连接线允许压降ΔU=0.008V，允许电压降计算电流I=3I10，现场测量连接线平均长度L=0.17m，1500Ah蓄电池I10=150A。

连接线截面：

S=ρLI/ ΔU=0.0184×0.17×3×150/0.008=176mm2

由于相邻两个蓄电池之间的连接线为2根，故单根连接线截面应不小于88mm2，采用ZAVV-1×95铜芯电缆。

结论：直流系统电缆截面的大小，直接影响系统在事故放电情况下放电稳定性，若选取的电缆截面过小，会引起放电过程中负荷侧电压过小，电缆发热严重，甚至有烧毁的危险；若截面过大，成本将大大增加。本文通过对电缆选型计算，使电缆选型得到最优值，既能保证直流系统安全稳定运行，又将成本控制在合理区间。