1.湖南省电力勘测设计院 湖南长沙 410007 2.湖南大学 湖南长沙 410082 0前言500kV变电所应装设由蓄电池供电的直流系统，由于继电保护、计算机监控、事故照明、交流不停电电源等用电负荷极为重要，因而对直流系统供电的可靠性要求很高。要保障直流系统可靠性，首先必须有一个可靠的直流系统接线方案。其中包括直流母线的接线，直流电源的配置和直流供电网络的构成。其次，要合理地选择直流系统中采用的设备，包括蓄电池、充电和浮充电设备、开关设备等。长沙500kV变电所将综合考虑上述各种因素和国内外先进技术进行详细论证。1直流系统的工作电压1.1 直流系统电压220V和110V的比较1.1.1 直流电压采用220V的优点a.500kV变电所占地面积大，被控制的对象远，在相同操作功率时，控制电缆中的电流220V比110V小一半，减小了控制电缆中的电压降。在距离较远的情况下，为满足电压降的要求，所需的控制电缆截面一般不超过2.5mm2，这将给施工带来较大方便，也节省了投资。b.本工程采用微机监控、保护下放方式，各保护小室布置于配电装置之中，要求抗电磁干扰能力强。在同等电磁干扰条件下，220V直流电压等级的音噪比高于110V直流电压等级。采用220V直流系统有利于抗电磁干扰。c.500kV变电所的照明一般为交流220V，事故照明采用直流220V，接线简单，切换回路可以简化，而用110V直流电源时，事故照明回路不能直接切换，需要增加降压变压器或逆变电源装置或采用其他方法来解决事故照明的供电问题，从而增加了事故照明回路的复杂性。d.220V电压长期沿用，各变电所备品可公用，互换性好，我省目前运行的所有500kV，220kV变电所直流电压全部采用220V等级，运行情况良好(前提在于保证直流系统绝缘水平)。运行人员及维护人员都积累了较丰富的经验，故采用220V直流电压等级将给运行、维护提供较大方便。1.1.2 直流电压采用220V的缺点a.蓄电池的个数与110V相比增加1倍，因而增加了蓄电池组本身的造价，也相应增加了蓄电池室建筑面积。b.220V电压对绝缘的要求较110V高，据蓄电池运行规程规定，蓄电池组允许的绝缘电阻最低值220V为0.2MΩ，110V为0.1MΩ。2者采用同型号的电缆和二次设备，其绝缘裕度以110V为大。c.直流回路的继电器和接触器触点断开时，对所连接的回路产生干扰电压，干扰电压的幅值和直流电压成正比，对电子设备有影响。1.2 直流系统电压的选择及技术比较随着科学技术的不断发展，各直流系统制造厂根据在运行和维护中遇到的问题，作了大量的改进工作，基本上解决了直流电压采用220V的不足之处，如加大对地绝缘裕度，从而减少直流系统接地故障的几率；用电容或反向二极管串入数百欧低值电阻并在中间继电器线圈上作消弧回路，抑制干扰电压幅值；同时目前500kV变电所几乎都采取微机保护，其本身抗干扰能力强，干扰电压对其影响较小；增大信号继电器内阻，防止因电容电流而引起某些信号继电器误动作等。从而增加了220V直流系统安全可靠稳定性。长沙500kV变电所500kV断路器选用SFM500型，跳合闸电流为2.5A，500kV断路器跳闸回路电压降的分布和控制电缆截面的计算列于表1。
根据规程的规定“控制回路在正常最大负荷时，控制母线至各设备的电压降，不应超过额定电压的10%”，举例如下。当直流电压为110V时，分合闸线圈的功率不变，则分合闸电流为5A。按上述相同方法计算，其结果列于表2。 
从表1、表2的结果可知，在直流电压为220V时，若控制电缆长度在450m之内，电缆截面不大于4mm2。在直流电压为110V时，电缆长度超过200m，其截面就要选用6mm2或10mm2，一般端子排只能连接截面不超过6mm2的电缆芯，要连接大截面的电缆芯就要采取特殊的连接方式，给施工和维护都带来困难。 
本工程采用微机监控、保护下放方案，即在各配电装置中设保护小室，二次设备分散布置在各小室内，各小室中都设有独立的直流系统(直流主屏布置于主变、35kV保护小室内)，可缩短控制电缆的长度。通常控制电缆的长度都没有超过200m，但本工程控制对象较多，还存在部分控制电缆长度超过200m，如果直流电压采用110V，则将加大控制电缆截面，给施工和维护带来一定的困难，也增加投资6.23万元。具体经济比较结果列于表3。2 蓄电池组的设置及直流系统接线2.1 蓄电池组的设置按DL/T504495《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》的规定，本工程直流系统设2组220V蓄电池，不带端电池。2.2 直流系统接线2.2.1 直流母线接线本工程220V直流系统采用单母线分段接线，该接线方式具有接线简单、清晰可靠，便于寻找直流接地，运行维护方便，能方便地形成2个互不联系的直流系统，有益于提高直流系统的可靠性等优点。在正常运行情况下，2段母线的联络刀闸断开，整个直流系统分成为2个没有电气联系的部分，在每段母线上接1组蓄电池和1台浮充电整流器，2套浮充电设备接在不同的交流电源回路，2组蓄电池共用1台充电整流器，充电整流器经双投开关接到2组蓄电池的出口，可分别对其进行充放电。2组蓄电池的电源刀闸分别与该2组蓄电池的联络刀闸，通过连杆实行机械闭锁，以防止2组蓄电池并列运行。每段母线设有单独的电压监视和微机绝缘监测装置，并能自动监测各电缆直流绝缘情况，发出接地信号，指出接地电缆编号。2.2.2 直流馈线网络本工程直流供电网采用辐射状供电。直流系统供控制、信号、继电保护、断路器操作、事故照明、直流常明灯等用电，采用主、分屏2级供电方式。直流主屏至直流分屏以双回路馈线供电。各安装单位所需要的控制、保护、跳闸等电源均由直流主屏下设直流分屏单独回路供电。在每个安装单位需要分接时，也按辐射状形式引接。2002No.4HUNAN ELECTRIC POWERVol.223蓄电池容量选择3.1直流负荷统计原则a.对控制、保护和自动装置，每组蓄电池按全部负荷的100%考虑。b.对事故照明负荷，每组蓄电池按全部负荷的100%考虑。c.对其它事故负荷，按2组蓄电池平均负担考虑。3.2 蓄电池容量计算经计算，蓄电池选用免维护铅酸蓄电池。蓄电池容量为300A·h，设2组，每组103个。4 充电和浮充电设备选择4.1 充电设备的选择4.1.1 充电整流器按满足事故放电后的补充充电要求选择：Ic=1.1Cs/T+Ijc=38.28A式中Ic为充电设备的额定电流，A；Cs为1h事故放电容量，A·h；T为蓄电池组的最长充电时间，取8h；Ijc为直流系统经常负荷电流，A。4.1.2 充电整流器按满足核对性放电后的充电要求选择：Ic=(0.1～0.125)C10=30～37.5A4.2 浮充电设备的选择浮充电整流器的最大输出电流
经计算，直流系统充电(浮充电)装置选择如下：输出电流50A，输出电压256V，3台。4.3 高频开关电源充电装置与可控硅整流充电装置的比较4.3.1 技术性能比较(见表4) 
由表4可以看出，高频开关电源主要体现以下特点：a.充电机具有较低的纹波系数和稳定的输出电压，有利于延长蓄电池的使用寿命。b.稳定精确的浮充电源，保证蓄电池不过充电，真正实现免维护蓄电池的免维护或少维护。c.省去了整流变压器，减少功耗，转换效率高。d.系统采用N+1备份方式，可靠性高，维护简单、快捷，且故障模块的退出和投入不影响其他模块的运行。4.3.2 系统经济比较(见表5) 
5 结论综上所述，采用220V电压技术上是合理可行的，在保证绝缘水平的前提下，能增加抗强电磁干扰能力，简化事故照明切换回路，接线简单，所有这些对变电所的安全运行都是十分有利的。而从经济上看，220V可以节省62296元投资。我省已有的云田、岗市和娄底3个500kV变电所和所有的220kV变电所全部都采用220V直流电压，经过长时间运行考验，反映良好，运行人员和维护人员都积累了较丰富的经验，采用220V直流电压符合运行和维护习惯，各种备品备件均可合用。根据免维护铅酸蓄电池的特点，再加上免维护铅酸蓄电池在我省普遍采用，已有较成熟的运行维护经验，故为本工程采用。高频开关电源在技术上优于可控硅整流充电装置，但价格要昂贵些。从长远的角度，在500kV，220kV变电站采用高频开关电源是必然的发展趋势。 ——此文章转载于互联网，文中观点与本网站无关，如有侵权请联系删除
