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 刘欢雨 班级 电气 1004 指导教师 皮薇薇 职称 讲师 论文报告提交日期 2013 年 6 月 5 日 变电站直流系统分析与设计 1 摘要 在变电站中，直流系统主要由蓄 电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成，并由此形成一个庞大、遍布变电站的直流电源供电网络，为继电保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、
2、UPS、通信等等各个子系统提供安全、可靠地工作电源。 在本次毕业设计中，我主要是对直流系统的功能做了一个了解，对蓄电池的容量的计算与选择做了重要的分析，对充电装置的分析与选择以及对自动开关额定容量的选择。 关键词： 直流系统、蓄电池组、不停电电源、充电装置 Abstract In substation, the DC system mainly by the battery, charger, DC feeder screen, DC power distribution cabinet, DC power supply monitoring device, DC branch feeder
3、components, and thus formed a large, around the substation DC power supply network, relay protection device, circuit breaker tripping, signal system, DC charger, UPS, communication and so on various subsystems to provide safe, reliable power supply. In this graduation design, I mainly to the DC syst
4、em functions to do an understanding, selection and calculation of the capacity of the battery made important analysis, the analysis and selection of charging device and a selection of rated capacity automatic switch. Keywords: DC system, battery, uninterruptible power supply, charging device 变电站直流系统
5、分析与设计 2 目录 ABSTRACT . 错误 !未定义书签。 前言 . 5 第一章变电站直流系统功能、重要性论述 . 6 1.1变电站直流系统的概念及特点 . 6 1.2 直流电源系统的功能重要性及应用 . 6 第二章 变电站直流电源技术分析 . 8 2.1 充电装置 . 8 2.2 蓄电池 . 9 2.3 对直流控制电源的基本要求 . 9 第三章 蓄电池技术分析 . 11 3.1 蓄电池的定义与分类 . 11 3.2 蓄电池的工作原理概述 . 12 3.3 蓄电池的电气特性 . 13 3.4 蓄电池的放电特性 . 14 3.5 充电方式 . 16 第四章 直流系统的接线方式 . 17 4
6、.1 直流系统接线分类 . 17 4.2 直流系统接线的基本原则和要求 . 17 4.3 单母线接线 . 18 变电站直流系统分析与设计 3 4.4 单母线分段接线 . 19 第五章 系统的工作电压 . 20 第六章 计算并选择蓄电池容量 . 22 6.1直流负荷分类 . 22 6.2发电厂、变电站事故停电时间 . 23 6.3 直流负荷统计（系统工作电压 110V） . 23 6.4阀控铅酸蓄电池的选择 . 24 第七章 直流充电模块的选择 . 32 7.1高频开关充 电模块工作原理 . 32 7.2 充电装置的选择 . 34 第八章 UPS不间断电源的选择 . 37 8.1 变电站设交流不
7、断电电源的必要性 . 37 8.2 对 UPS 系统的基本要求 . 37 8.3 UPS 的配置方式 . 38 第九章 通信电源设计 . 40 9.1 变电站通信电源 . 40 9.2 通信直流变换器的作用 . 40 9.3 对通信电源的特殊要求 . 40 9.4 DC/DC通信电源技术指标 . 41 第十章 各自动开关额定容量的选择 . 42 变电站直流系统分析与设计 4 10.1 保护电器选型基本要求 . 42 10.2 直流保断路器及开关设备的选择 . 43 10.3 控制、保护、信号回路断路器选择 . 44 10.4 直流分电柜电源回路 . 45 10.5 充电装置输出回路 . 45
8、10.6 蓄电池组出口回路 . 46 10.7 直流母线联络电器（隔离开关） . 46 10.8 蓄电池放电回路的断路器 . 47 10.9 电气接线图 . 47 第十一章 结论 . 49 结束语 . 50 参考资料 . 51 变电站直流系统分析与设计 5 前言 电力控制系统是电力系统和电力设备可靠、高效运行的保证，所以人们十分关注电力控制技术的发展。经过长期不懈努力，电力控制技术日臻完善，目前已经达到了十分先进可靠的程度。 电力控制必须具备安全可靠的控制电源。在电力工程中，控制电源分为两类，一类是直流电源，一类是交流电源。由于直流电源独立于交流动力电源系统之外，不受交流电源系统事故的影响，具
9、有安全可靠、运行维护方便等特点，从而得到广泛的应用。在电力工程中，由于直流电源系统设计不合理、设备选型不当或缺乏正确的运行管理方法而导致电力设备损坏、系统故事故波及范围扩甚至造成人身伤亡等事故屡有发生，给电力系统和国家财产造成巨大损失。所以要求电力系统设计、施工和运行部门必须对直流电源系统给予高度重视 。 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 变电站直流系统的概念及特点 在变电站中，直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线平、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等部分组成，由此形成一个庞大的遍布变电站的直流电源供电网络。 特点：变电站直流系统是
10、一种独立、安全、稳定、可靠的电源供电系统，它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、运行维护方便的特点。 1.2 直流电源系统的功能重要性及应用 直流系统是独立的重要的操作电源，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 、直流油泵和交流不停电电源装置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
11、安全可靠性至关重要。 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、电气化变电站直流系统分析与设计 7 铁路、房地产等，但是它同样广泛地应用于通信部门、 计算机房、医院、矿井、宾馆以及高层建筑的可靠应急电源用途十分广泛），所以，要求电力系统给予直流电源系统予高度重视。 变电站直流系统分析与设计 8 第二章 变电站直流电源技术分析 2.1 充电装置 充电装置的发展： 交流电动机带动直流发电机 磁饱和充电机控制技术（大功率二极管） 可控硅器件（晶闸管）（相控电源） 高频开关电源（ ACDC） 1） 大功率二极管应用于直流电源上，并用磁
12、饱和控制技术调整直流输出电压 2） 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的 目的 3） 高频开关电源技术组成的 ACDC 模块转换结构的充电机 高频开关电源与线性电源、相控电源的比较： 1） 线性电源：线性电源的主要特点是功率器件工作在放大状态，具有稳定度高、可靠性好、成本低等优点，但是效率低、笨重、体积大，只能做中小功率的电源 2） 相控电源：是通过控制可控硅的导通角来达到稳压作用，功率因数比较低、效率低、笨重、体积大 变电站直流系统分析与设计 9 3） 高频开关：体积小、效率高、从移动电话的充电器到我们的彩电、音响供电电源，从路灯到车站电子显示牌
13、这些都用到了开关电源，电源还有 ACDC、 DCDC、 DCAC 控制方 式：脉宽调制和频率调制 2.2 蓄电池 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，阀控密封式铅酸蓄电池占绝大多数 ，对蓄电池的具体分析在下一章中详解 2.3 对直流控制电源的基本要求 1） 在设计上，系统设计要简单可靠、同事又能满足运行灵活性的要求，为此，要正确运用经过实践考验的典型设计和标准设计。 2） 对蓄电池、充电装置、直流屏等设备要选用可靠性高、性能良好、制造精致、符合各级制造标准、有运行经验或经过主管部门鉴定的产品。 3） 设备的安装环境条件一定要符合设备的要求，特别是蓄电池 的环境条件是否符合安全运行的要求尤为重要。 4） 对蓄电池组，要严格按现行规定和蓄电池的技术要求进行安装及充放电工作。 5） 运行中的蓄电池组，要按规程定期检查、正确充放电、及时消
