直流设计作业指导书.docx
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直流设计作业指导书
直流系统设计指导书
思路：
按照高频开关直流操作电源系统的构成进行设计编写，对在设计中的常用设备选型及方案做简单说明（依据规程DL－T5044-2004）。
电气设计部分
高频开关直流操作电源系统是由：
交流配电单元、高频开关整流模块、蓄电池组、硅堆降压单元、电池巡检装置、绝缘监测装置、集中监控等部分组成。
1、交流配电部分
充电装置的交流输入回路装设交流断路器保护，并装设吸收浪涌电压的D级防雷器产品。
1、首先需要计算的是充电机交流输出开关及接触器型号的选择。
第一种选择方式遵循的是功率守恒定律。
计算公式如下：
IｃxNxＵ均xµ=√3UIcosφ
公式中
Iｃ:
充电机输出额定电流
Ｎ：
蓄电池个数
Ｕ均：
蓄电池均充电压（2V电池一般取2.35V,12V电池一般取14.1V）
µ：
1.05
U：
充电机输入交流三相相电压所允许的线电压的欠压值（根据不同的充电机取不同数值，英可瑞的充电机取320V）
GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》中规定：
35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10％；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的土7％；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％，-10％）。
实际中估计是不会达到这种电压值。
这个数值只是针对充电机保护做计算。
I：
三相输入交流电源的线电流
cosφ---功率因数（一般取0.9）
第二种选择方式：
可按充电装置最大输入功率计算的额定电压下的1.25倍额定输入电流选择。
2、防雷器在做设计时选型按照地区要求与投标配置做即可。
2、高频开关整流模块（在设计方案中，我们所遇到的计算主要是充电模块的数量和额定电流的选择，以及蓄电池输出口的保护设备选择，故只对以下两点做详细介绍）
1、充电装置的额定输出电流选择应满足下列条件：
a）有初充电要求的蓄电池，满足初充电时输出电流为1.0I10～1.25I10选择：
Ir＝1.0I10～1.25I10（A）
b）满足蓄电池浮充电时，输出电流为蓄电池自放电电流与经常负荷电流之和：
Ir＝0.01I10＋Ijc（A）
c）满足蓄电池均衡充电时，输出电流为蓄电池限流充电电流与经常负荷电流之和：
Ir＝（1.0I10～1.25I10）＋Ijc（A）
注：
当蓄电池脱开直流母线进行均衡充电时，可不计入经常负荷电流。
式中：
Ir---充电装置输出额定电流；
I10---铅酸蓄电池10h放电率放电电流；
Ijc---直流系统的经常负荷电流。
2、高频开关整流模块个数选择
a）1组蓄电池配置1组充电装置或2组同容量的充电装置，及2组蓄电池配置2组或3组相同容量的充电装置，其整流模块选择计算方法如下：
N＝〔（1.0I10～1.25I10）＋Ijc〕／Ime＋1
式中：
N----高频开关整流模块个数；
I10---铅酸蓄电池10h放电率放电电流；
Ijc---直流系统的经常负荷电流；
Ime---单个整流模块的额定电流。
b）2组蓄电池配置2小1大不同容量的充电装置，其整流模块选择计算方法如下：
N1＝（0.01I10＋Ijc）／Ime＋1
N2＝〔（1.0I10～1.25I10）＋Ijc〕／Ime＋1
式中：
N1---小容量充电装置高频开关整流模块个数；N2---大容量充电装置高频开关整流模块个数；
I10---铅酸蓄电池10h放电率放电电流；Ijc---直流系统的经常负荷电流；Ime---单个整流模块的额定电流。
3、充电机输出口设备选择：
可按照下列表格进行选择：
充电机出口设备选择表
充电装置额定电流
20
25
31.5
40
50
63
80
100
125
160
180
200
250
315
400
熔断器及刀开关额定电流
63
100
160
200
250
300
400
630
直流断路器额定电流
32
63
100
225
400
630
电流表测量范围
0~30
0~50
0~80
0~100
0~150
0~200
0~300
0~400
0~500
3、蓄电池组（在设计方案中，蓄电池容量基本上都已经确定，所以在这里不多做介绍，蓄电池输出口的保护设备选择依照下列表中所列进行选择）蓄电池出口设备选择表
蓄电池容量（AH）
100
200
300
400
500
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
回路电流（A）
55
110
165
220
275
330
440
550
660
770
880
990
熔断器及刀开关额定电流（A）
100
200
315
400
500
630
800
1000
1250
直流断路器额定电流（A）
100
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
电流测量范围
±100
±200
±300
±400
±600
±800
±1000
±1250
放电试验回路电流（A）
10
20
30
40
50
60
80
100
120
140
160
180
主母线铜排截面mm2
50x4
60x6
80x8
主母线铜排截面mm（待定）2
30*4
40x4
50*5
50*6
60x6
80x8
注:
容量为100AH以下的蓄电池，其母线最小截面不宜小于30X4
蓄电池放电开关按照规程选择：
1.1-1.3倍的蓄电池10h放电率电流。
4、硅降压装置
对于阀控式铅酸蓄电池组的个数选择大于104只（110V系统大于52只）的直流系统，由于在对蓄电池进行均衡充电时，与蓄电池组并联的直流母线电压超出控制直流负荷电压不大于＋10％的要求，因此需要一个降压装置把直流母线的电压调节到控制直流负荷要求的范围内。
硅堆降压就是这种调压装置，它可自动或手动调节母线电压，从而使控制直流母线的电压稳定在规定的范围内。
1、当选择的蓄电池个数在正常浮充状态下，其整组出口端电压大于1.05倍直流系统的标称电压值时，应装设硅堆降压装置。
2、硅堆降压装置的每级调节电压值按不大于直流系统标称电压值的5％来确定：
对于220V系统，硅堆降压装置的每级调节电压值一般可取10V或者5V；对于110V系统，硅堆降压装置的每级调节电压值一般可取5V。
3、硅堆降压装置的调节级数按蓄电池组在均衡充电时直流母线电压不大于1.05倍直流系统标称电压值来确定。
例如：
108个单体的阀控式铅酸蓄电池组系统，在均衡充电时其蓄电池组出口端电压为253.8V，则：
调节电压＝253.8V－230V＝23.8V,调节级数＝23.8÷10＝2.38（取整数3）
4、硅堆降压装置的额定电流按所在回路的最大持续负荷电流来选择，并具有承受短时过载冲击电流和承受反向电压的能力。
5、硅堆降压装置应具有防止硅元件开路的措施。
（设计中此项不考虑）
5、电池巡检装置
电池巡检装置在设计方案的时基本都已经确定，需要注意的是产品性能的区别，因为现在许多电厂及变电站都需要电池巡检装置测试电池的内阻，所以，在做方案时这一条需要与设计院沟通。
6、绝缘监测装置
绝缘监测装置在设计方案时也是已经确定好的，需要根据不同的绝缘监测装置的性能做接线即可，一般的绝缘装置都是大同小异的，需要提到的一点是一段母线在监测母线对地正负电压值数据时需要只能投入一组不平衡电桥。
7、集中监控部分
1、测量
a）直流系统在直流屏柜上应装设以下测量表计：
l充电装置输出回路和蓄电池组出口回路的直流电流表。
l充电装置输出回路、蓄电池组出口回路和直流主母线的直流电压表。
b）直流屏柜上的测量表计宜采用四位半精度的数字式表计。
c）直流主母线应装设绝缘监测装置，以在线监视直流系统对地的绝缘状况。
d）蓄电池组可选择装设电压巡检装置，以在线监视电池组单体的电压水平。
2、信号
a）充电装置的交流输入回路装设电源监视模块，当交流电源失压或缺相时，应发出报警信号到微机监控单元。
b）充电装置的交流输入回路装设防雷器监视模块，当防雷器失效时，应发出报警信号到微机监控单元。
c）充电装置的整流模块在交流输入电压过高或过低、直流输出过压或过流及温度过高保护时，应发出报警信号到微机监控单元。
d）充电装置直流输出回路和蓄电池组出口回路的熔断器熔断或断路器跳闸时，应发出报警信号到微机监控单元。
e）直流馈电回路的断路器保护跳闸时，应发出报警信号到微机监控单元。
f）对直流绝缘监测装置，当直流母线对地的绝缘电阻过低时，应发出报警信号到微机监控单元。
g）对装设硅降压装置的系统，当降压硅堆故障时，应发出报警信号到微机监控单元。
h）对装设电池巡检装置的系统，当单体电池电压过高或过低及蓄电池开路或短路时，应发出报警信号到微机监控单元。
3、自动化要求
a）直流系统宜按每组蓄电池组设置一套微机监控装置。
b）直流系统微机监控装置应具有下列基本功能：
l参数显示：
实时显示各个下级设备的各种信息，包括采集数据、设置数据等。
通过键盘和LCD，可以随时查看整个电源系统的运行状态和参数，包括直流母线电压、绝缘电阻；蓄电池组均∕浮充状态、充电电压和电流及环境温度；充电装置直流输出电压和电流。
l信号报警：
直流系统中各设备产生的报警信号应上传到监控单元，监控装置可实时地显示当前的告警内容。
监控装置也能根据所采集的数据自行判断，并产生相应的报警信息。
所有的这些报警信息应具有对应的继电器触点输出（无源干结点）。
l电池管理：
自动控制调节蓄电池的充电电压和电流，以蓄电池的充电电流、充电时间为依据，完成电池状态检测和容量计算，并根据检测结果进行均∕浮充转换控制；如果系统配置有温度传感器，其均∕浮充电压可自动补偿调节。
l后台通信：
通过RS232、RS485或其他通信接口型式，与电站综合自动化系统或后台监控计算机连接，将电源系统的信息上传，实现对电源系统的远程监控。
附表一：
直流系统就地和远方监控I/O内容
回路
I/O名称
直流屏柜
直流系统
微机监控装置
发电厂和变电所监控系统
模拟量
开关量
模拟量
开关量
模拟量
开关量
充电装置
充电模块电压
√
√
◇
充电模块电流
√
√
◇
交流电源电压
◇
◇
◇
交流输入空开状态
√
√
◇
交流输入空开跳闸
√
√
◇
交流输入防雷器失效
√
√
◇
交流电源故障
√
√
√
整流模块异常
√
√
√
充电模块输出开关状态
◇
◇
◇
充电模块熔断器熔断或断路器跳闸
√
√
√
蓄电池组
电池组电压
√
√
√
电池组电流
√
√
√
电池组环境温度
◇
◇
◇
电池组输出开关状态
◇
◇
◇
电池组熔断器熔断或断路器跳闸
√
√
√
电池组充电电压异常
√
√
√
直流母线及馈线
直流母线电压
√
√
√
直流母线电压异常
√
√
√
直流母线接地
√
√
√
绝缘监测仪异常
◇
◇
◇
母线调压装置异常
√
√
√
母线联络开关状态
◇
◇
◇
直流馈线开关状态
◇
◇
◇
直流馈线断路器跳闸或熔断器熔断
√
√
√
直流系统监控装置
交流电源告警
√
√
整流模块告警
√
√
蓄电池组告警
√
√
直流母线告警
√
√
直流馈线告警
√
√
通信失败告警
√
√
监控装置异常
√
√
注：
表中“√”表示该项应列入；表中“◇”表示该项有条件时或需要时可列入。
结构设计部分
1、直流柜正面操作设备的布置高度不应超过1800（1900待定）mm，距地高度不应低于400mm。
2、直流柜体应设有保护接地，接地处应有防锈措施和明显标志（接地铜排，没有特殊要求时一般为100mm2）。
3、蓄电池柜层板最低距地不小于175mm，最高距地不超过1700mmo
4、蓄电池架的设计结构要求：
底层距地面为150mm-300mm,整体高度不宜超过1600mm。
5、蓄电池室内应设有运行和检修通道。
通道一侧装设蓄电池时，通道宽度不应小于800mm;两侧均装设蓄电池时，通道宽度不应小于l000mm。
6、直流屏柜内电流在63A及以下的直流馈电输出，应经电力端子引出，且端子宜垂直布置在屏后两侧位置；63A以上的直流馈电输出，若经电力端子引出，端子宜水平布置在屏后中部下方位置。
7、可操作开关安装在屏柜后边时，需做明显标示并安装在方便操作且安全的位置，同样操作元件距柜低不应低于400mm。
以下是直流柜检修通道表（详见DL-T5044-2004标准）：
充电机交流输入开关配置选择附表
充电装置额定电流
充电装置额定电压
20
30
40
50
60
80
100
120
140
160
110V开关
6
10
16
16
20
25
32
40
50
63
接触器
25
25
25
25
25
25
25
32
40
50
220V开关
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
接触器
25
25
25
25
32
40
50
65
80
95
充电装置额定电流
充电装置额定电压
180
200
240
280
320
360
400
110V开关
63
80
80
100
100
125
125
接触器
50
65
65
80
80
95
95
220V开关
125
160
160
200
200
250
250
接触器
95
115
115
150
150
185
185
上表是按照系统最高数据配置（即：
110V系统蓄电池数量是按照54只配置，220V系统蓄电池数量是按照108只配置），另外，除以1.2也算做正常配置。
以上数据是按照380V标准电压满载功率交流输入电流*1.3倍以上。
实际配线可在此基础上下1.3倍进行选择。
最小不小于4平方。
电压下到323V一般模块都有限输出功率功能。
（待定）
注意：
充电机输出开关需要监测故障点，有以下两种方案可取。
1、采用熔断器加隔离开关的方式，采集熔断器故障信号点。
2、采用断路器型式采集断路器故障点。
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