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摘 要：为供给变电所内继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等直流负荷，变电所应装设有蓄电池供电的直流系统。直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。文章主要对直流系统进行了概述,并对直流系统相关内容及其他设备的进行了介绍。
关键字：变电所，直流系统，蓄电池，充电装置
1.系统接线方式
变电所内，为控制负荷和动力负荷等供电，应设置直流电源。220V和110V直流系统应采用蓄电池组。48V及以下的直流系统，可采用蓄电池组，也可由220V或110V蓄电池组供电的电力用直流电源变换器（DC/DC变换器）。
对于控制负荷，一般电流较小，宜采用110V，特别是中小型变电所，无电动机负荷，目前断路器均采用液压和弹簧操作机构，合闸电流只有2～5A，供电距离较短，主要是控制负荷，更有条件采用110专供控制负荷的直流系统宜采用110V。
对于动力负荷，一般功率较大，供电距离较长，采用110专供控制负荷的直流系统宜采用110V电压时，电缆截面较大，投资增加，通过技术经济比较，采用220V电压较好。
控制负荷和动力负荷合并供电的直流系统采用220V或110V。
当采用弱电控制或弱电信号接线是，采用48V及以下。
1组蓄电池的直流系统，采用单母线分段接线和单母线接线；2组蓄电池的直流系统，应采用两段单母线接线，蓄电池组应分别接于不同母线段。
2.蓄电池组
蓄电池是放电到一定程度后，经过充电又能复原续用的电池。它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。蓄电池分为阀控式密封铅酸蓄电池、防酸式铅酸蓄电池、镉镍碱性蓄电池（主要分为两大类，高倍率锡镍蓄电池，瞬间放电电流是蓄电池额定容量的3～6倍、中倍率福镍蓄电池瞬间放电电流是蓄电池额定容量的1～3倍）。蓄电池做为直流系统中的储能元件，是系统可靠运行的核心部件。由于镉镍蓄电池维护量大，故障率高，现在广泛应用阀控蓄电池。
蓄电池的个数应按浮充电选择n=1.05Un/Uf。
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：Uc≤1.10 Un/n；对于动力负荷：Uc≤1.125 Un/n；对于动力负荷和控制负荷合并供电：Uc≤1.10 Un/n。
根据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末期终止电压值。对于控制负荷：Um≥0.85 Un/n；对于动力负荷：Um≥0.875 Un/n；对于动力负荷和控制负荷合并供电：Um≥0.875 Un/n。
蓄电池的容量可按电压控制法（又称容量换算法）和阶梯计算法（又称电流换算法）进行计算。
3.充电装置
充电装置作为直流能源的提供者，它在电力系统的发展中越来越体现出其重要性，直流充电装置分为高频开关充电装置和晶闸管充电装置两大类。
充电装置的配置：对于1组蓄电池，采用晶闸管充电装置时，宜配置2套充电装置；采用高频开关充电装置时，宜配置1套充电装置，也可配置2套充电装置。对于2组蓄电池，采用晶闸管充电装置时，宜配置3套充电装置；采用高频开关充电装置时，宜配置2套充电装置，也可配置3套充电装置。
变电站直流电源系统中充电模块的稳压精度、稳流精度、纹波系数、效率、功率因数等各项参数的应满足要求。
充电装置额定电流的选择应满足浮充电要求、初充电要求和均衡充电要求。浮充电输出电流应按蓄电池自放电电流与经常负荷电流之和计算；初充电输出电流：铅酸蓄电池应按1.0I10～1.25I10选择，镉镍碱性蓄电池应按1.0I5～1.25I5选择；均衡充电输出电流：铅酸蓄电池应按1.0I10～1.25I10并叠加经常负荷电流选择，镉镍碱性蓄电池应按1.0I5～1.25I5并叠加经常负荷电流选择。但当蓄电池脱开直流母线，单独进行均衡充电时，可不计入经常负荷电流。
充电装置的输出电压调节范围，应满足蓄电池放电末期和充电末期电压的要求。
4.设备的布置
直流系统屏布置在二次设备室或继电器室内。蓄电池可组屏与直流系统屏一起布置在二次设备室或继电器室内。
对于阀控式密封铅酸蓄电池组，容量在200Ah以上时宜设专用的蓄电池室，专用蓄电池室布置在0m层；防酸式铅酸蓄电池组和容量在100Ah以上中倍率镉镍碱性蓄电池组应设专用的蓄电池室，专用蓄电池室布置在0m层。
5.二次保护与控制及其他设备的配置
110kV 变电站的二次设备通常为集中布置， 直流系统可不设置直流分屏采用直流系统屏一级供电方式。二次设备室或继电器室的测控、保护、故障录波、自动装置等设备采用辐射式供电方式，配电装置直流电机网络、35V/10kV开关柜直流网络采用环网供电方式。
直流系统中宜按每组蓄电池组设置一套微机监控装置。应具有下列基本功能：测量：直流系统母线电压、充电装置输出电压和电流及蓄电池组电压和电流、信号：直流系统母线电压过高和过低、直流系统接地、充电装置运行方式切换和故障等、控制：充电装置的开机、停机和运行方式切换、接口：通过通信接口，将信息传至上位机。每段直流母线设置一套微机监控装置， 根据直流系统运行状态， 综合分析各种数据和信息，对整个系统实施控制和管理，并通过RS - 485 通信口将信息上传至站内监控系统。直流系统重要信息同时通过硬接点方式输入站内监控系统。
每组蓄电池组配置一套蓄电池巡检仪， 检测蓄电池单体运行工况，对蓄电池充、放电进行动态管理。
在直流主屏上装设直流绝缘监察装置， 在线监视直流母线的电压，过高或低时均发出报警信号。包括检测直流馈线的接地情况。
蓄电池出口，充电装置直流侧出口回路、直流馈线回路和蓄电池试验放电回路，应装设保护电器。保护电器宜采用专用直流空气开关，分馈线开关与总开关之间至少保证3-4级级差。
直流系统一般都是做事故照明或者备用电源，所以不允许出现故障，如果出现了绝缘故障，肯定会影响它的使用。直流系统的绝缘监测装置一般是监测对地绝缘，又分为正极对地绝缘和负极对地绝缘，2者有区别：直流系统发生正极接地有造成保护误动作的可能。因为电磁操动机构的跳闸线圈通常都接于负极电源，倘若这些回路再发生接地或者绝缘不良就会引起保护误动作。直流系统负极接地时，如果回路中再有一点发生接地，就可能使跳闸或合闸回路短路，造成保护或断路器拒动，或烧毁继电器，或使熔断器熔断等。
结论：变电站直流系统的设计是变电站设计中不容忽视的部分，在变电设计中占有十分重要的位置。直流系统的标称电压宜采用220V，蓄电池宜选用阀控式密封铅酸蓄电池，充电装置宜选用高频开关充电装置，设备的布置及二次接线均应满足相关规定。
参考文献：
[1]电力工程直流系统设计手册（第二版） 作者：白忠敏 中国电力出版社 2009年9月
[2]变电所及电力网设计与应用 作者：孙成普 中国电力出版社 2007年5月
[3] DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程 作者：本社 中国电力出版社 2007年6月
作者简介：粟敦鹏，男，28，本科，电气工程与自动化，助理工程师；陶凌，男，32，本科，自动化，助理工程师。
关键字：变电所，直流系统，蓄电池，充电装置
1.系统接线方式
变电所内，为控制负荷和动力负荷等供电，应设置直流电源。220V和110V直流系统应采用蓄电池组。48V及以下的直流系统，可采用蓄电池组，也可由220V或110V蓄电池组供电的电力用直流电源变换器（DC/DC变换器）。
对于控制负荷，一般电流较小，宜采用110V，特别是中小型变电所，无电动机负荷，目前断路器均采用液压和弹簧操作机构，合闸电流只有2～5A，供电距离较短，主要是控制负荷，更有条件采用110专供控制负荷的直流系统宜采用110V。
对于动力负荷，一般功率较大，供电距离较长，采用110专供控制负荷的直流系统宜采用110V电压时，电缆截面较大，投资增加，通过技术经济比较，采用220V电压较好。
控制负荷和动力负荷合并供电的直流系统采用220V或110V。
当采用弱电控制或弱电信号接线是，采用48V及以下。
1组蓄电池的直流系统，采用单母线分段接线和单母线接线；2组蓄电池的直流系统，应采用两段单母线接线，蓄电池组应分别接于不同母线段。
2.蓄电池组
蓄电池是放电到一定程度后，经过充电又能复原续用的电池。它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。蓄电池分为阀控式密封铅酸蓄电池、防酸式铅酸蓄电池、镉镍碱性蓄电池（主要分为两大类，高倍率锡镍蓄电池，瞬间放电电流是蓄电池额定容量的3～6倍、中倍率福镍蓄电池瞬间放电电流是蓄电池额定容量的1～3倍）。蓄电池做为直流系统中的储能元件，是系统可靠运行的核心部件。由于镉镍蓄电池维护量大，故障率高，现在广泛应用阀控蓄电池。
蓄电池的个数应按浮充电选择n=1.05Un/Uf。
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：Uc≤1.10 Un/n；对于动力负荷：Uc≤1.125 Un/n；对于动力负荷和控制负荷合并供电：Uc≤1.10 Un/n。
根据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末期终止电压值。对于控制负荷：Um≥0.85 Un/n；对于动力负荷：Um≥0.875 Un/n；对于动力负荷和控制负荷合并供电：Um≥0.875 Un/n。
蓄电池的容量可按电压控制法（又称容量换算法）和阶梯计算法（又称电流换算法）进行计算。
3.充电装置
充电装置作为直流能源的提供者，它在电力系统的发展中越来越体现出其重要性，直流充电装置分为高频开关充电装置和晶闸管充电装置两大类。
充电装置的配置：对于1组蓄电池，采用晶闸管充电装置时，宜配置2套充电装置；采用高频开关充电装置时，宜配置1套充电装置，也可配置2套充电装置。对于2组蓄电池，采用晶闸管充电装置时，宜配置3套充电装置；采用高频开关充电装置时，宜配置2套充电装置，也可配置3套充电装置。
变电站直流电源系统中充电模块的稳压精度、稳流精度、纹波系数、效率、功率因数等各项参数的应满足要求。
充电装置额定电流的选择应满足浮充电要求、初充电要求和均衡充电要求。浮充电输出电流应按蓄电池自放电电流与经常负荷电流之和计算；初充电输出电流：铅酸蓄电池应按1.0I10～1.25I10选择，镉镍碱性蓄电池应按1.0I5～1.25I5选择；均衡充电输出电流：铅酸蓄电池应按1.0I10～1.25I10并叠加经常负荷电流选择，镉镍碱性蓄电池应按1.0I5～1.25I5并叠加经常负荷电流选择。但当蓄电池脱开直流母线，单独进行均衡充电时，可不计入经常负荷电流。
充电装置的输出电压调节范围，应满足蓄电池放电末期和充电末期电压的要求。
4.设备的布置
直流系统屏布置在二次设备室或继电器室内。蓄电池可组屏与直流系统屏一起布置在二次设备室或继电器室内。
对于阀控式密封铅酸蓄电池组，容量在200Ah以上时宜设专用的蓄电池室，专用蓄电池室布置在0m层；防酸式铅酸蓄电池组和容量在100Ah以上中倍率镉镍碱性蓄电池组应设专用的蓄电池室，专用蓄电池室布置在0m层。
5.二次保护与控制及其他设备的配置
110kV 变电站的二次设备通常为集中布置， 直流系统可不设置直流分屏采用直流系统屏一级供电方式。二次设备室或继电器室的测控、保护、故障录波、自动装置等设备采用辐射式供电方式，配电装置直流电机网络、35V/10kV开关柜直流网络采用环网供电方式。
直流系统中宜按每组蓄电池组设置一套微机监控装置。应具有下列基本功能：测量：直流系统母线电压、充电装置输出电压和电流及蓄电池组电压和电流、信号：直流系统母线电压过高和过低、直流系统接地、充电装置运行方式切换和故障等、控制：充电装置的开机、停机和运行方式切换、接口：通过通信接口，将信息传至上位机。每段直流母线设置一套微机监控装置， 根据直流系统运行状态， 综合分析各种数据和信息，对整个系统实施控制和管理，并通过RS - 485 通信口将信息上传至站内监控系统。直流系统重要信息同时通过硬接点方式输入站内监控系统。
每组蓄电池组配置一套蓄电池巡检仪， 检测蓄电池单体运行工况，对蓄电池充、放电进行动态管理。
在直流主屏上装设直流绝缘监察装置， 在线监视直流母线的电压，过高或低时均发出报警信号。包括检测直流馈线的接地情况。
蓄电池出口，充电装置直流侧出口回路、直流馈线回路和蓄电池试验放电回路，应装设保护电器。保护电器宜采用专用直流空气开关，分馈线开关与总开关之间至少保证3-4级级差。
直流系统一般都是做事故照明或者备用电源，所以不允许出现故障，如果出现了绝缘故障，肯定会影响它的使用。直流系统的绝缘监测装置一般是监测对地绝缘，又分为正极对地绝缘和负极对地绝缘，2者有区别：直流系统发生正极接地有造成保护误动作的可能。因为电磁操动机构的跳闸线圈通常都接于负极电源，倘若这些回路再发生接地或者绝缘不良就会引起保护误动作。直流系统负极接地时，如果回路中再有一点发生接地，就可能使跳闸或合闸回路短路，造成保护或断路器拒动，或烧毁继电器，或使熔断器熔断等。
结论：变电站直流系统的设计是变电站设计中不容忽视的部分，在变电设计中占有十分重要的位置。直流系统的标称电压宜采用220V，蓄电池宜选用阀控式密封铅酸蓄电池，充电装置宜选用高频开关充电装置，设备的布置及二次接线均应满足相关规定。
参考文献：
[1]电力工程直流系统设计手册（第二版） 作者：白忠敏 中国电力出版社 2009年9月
[2]变电所及电力网设计与应用 作者：孙成普 中国电力出版社 2007年5月
[3] DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程 作者：本社 中国电力出版社 2007年6月
作者简介：粟敦鹏，男，28，本科，电气工程与自动化，助理工程师；陶凌，男，32，本科，自动化，助理工程师。