1、20142014年年注册电气工程师执业资格考试注册电气工程师执业资格考试供配电专业考试复习辅导供配电专业考试复习辅导第第1010章章变配电所操作电源变配电所操作电源1 10.1 熟悉熟悉直流操作电源的设计要求直流操作电源的设计要求 10.2 了解了解交流操作电源的设计要求交流操作电源的设计要求 熟悉熟悉 UPS 电源的设计要求电源的设计要求 主要参考资料：主要参考资料：DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程电力工程直流系统设计技术规程 工业与民用配电设计手册工业与民用配电设计手册（第三版）（第三版）210.1 10.1 直流操作电源的设计要求直流操作电源的设计要求10.1.1
2、10.1.1 直流系统负荷分类：直流系统负荷分类：DL/T 5044 5.1DL/T 5044 5.1 按功能分：控制负荷：按功能分：控制负荷：电气和热工的控制、信号、测量和继电保电气和热工的控制、信号、测量和继电保 护、自动装置等负荷。护、自动装置等负荷。动力负荷：动力负荷：各类直流电动机、断路器电磁操动的合闸各类直流电动机、断路器电磁操动的合闸 机构、交流不停电电源装置、远动、通讯机构、交流不停电电源装置、远动、通讯 装置的电源和事故照明等负荷。装置的电源和事故照明等负荷。按性质分：经常负荷：按性质分：经常负荷：要求直流系统在正常和事故工况下均应可要求直流系统在正常和事故工况下均应可 靠供
3、电的负荷。靠供电的负荷。（如继电保护和自动装置，操作装置，信号装置，经常照明及（如继电保护和自动装置，操作装置，信号装置，经常照明及其它长接入直流系统的用电设备。）其它长接入直流系统的用电设备。）事故负荷：事故负荷：交流电源消失后，必须由直流电源供电的交流电源消失后，必须由直流电源供电的 负荷。负荷。（主要为事故照明、不停电电源、（主要为事故照明、不停电电源、远动、通讯备用电源和远动、通讯备用电源和事故事故状态投运的信号和继电保护装置。）状态投运的信号和继电保护装置。）冲击负荷：冲击负荷：在短时间内施加的较大负荷电流。出现在在短时间内施加的较大负荷电流。出现在事故初期称初期冲击负荷，事故初期称
4、初期冲击负荷，出现在事故末期或事故过程中称随机出现在事故末期或事故过程中称随机负荷。（负荷。（断路器的合闸机构在断路器合闸时短时冲击电流。）断路器的合闸机构在断路器合闸时短时冲击电流。）3l 直流负荷的统计：直流负荷的统计：填写直流负荷统计表。见填写直流负荷统计表。见P358 表表10-1-1。附录附录B 表表B.4 表表B.5l 直流负荷系数。见直流负荷系数。见P359 表表10-1-2。表表5.2.4l 直流负荷的计算直流负荷的计算 直流控制负荷直流控制负荷：由直流电源供电的控制、保护、信号、自动装：由直流电源供电的控制、保护、信号、自动装置等的负荷数，可由设备铭牌参数查得。成套微机保护及
5、监控置等的负荷数，可由设备铭牌参数查得。成套微机保护及监控设备由制造厂家提供总负荷。设备由制造厂家提供总负荷。直流动力负荷直流动力负荷：控制室内的经常直流照明、事故照明可参考：控制室内的经常直流照明、事故照明可参考P362 表表10-1-6 估算。估算。事故停电时间事故停电时间：变电所有人值班的按：变电所有人值班的按1h，无人值班按，无人值班按2h考虑。考虑。恢复供电时断路器电磁操作机构合闸的冲击负荷，按随机负荷恢复供电时断路器电磁操作机构合闸的冲击负荷，按随机负荷考虑，合闸时间考虑，合闸时间5s。表表5.2.34几个定义：几个定义：DL/T 5044-2004DL/T 5044-20043.
6、08 3.08 浮充电：在正常运行时，充电负荷承担经常负荷，同时浮充电：在正常运行时，充电负荷承担经常负荷，同时 向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电 ，使蓄电池以满容量的状态处于备用。，使蓄电池以满容量的状态处于备用。3.093.09 均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的不均匀现均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的不均匀现 象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电 ，以及大容量放电后的补充充电，通称为均，以及大容量放电后的补充充电，通称为均 衡充电。衡充电。3.103.10 端电池：端电池：蓄电池组中基本
7、电池之外的蓄电池。蓄电池组中基本电池之外的蓄电池。参见参见钢铁钢铁上上P598。一般采用无端电池系统。只有当。一般采用无端电池系统。只有当直流负荷对直流母线电压要求高时采用有端电压直流系统，利直流负荷对直流母线电压要求高时采用有端电压直流系统，利用端电池对母线电压进行调节。端电池正常不接入直流系统。用端电池对母线电压进行调节。端电池正常不接入直流系统。510.1.2 10kV及以下变配电所直流操作电源设计原则及以下变配电所直流操作电源设计原则 l 直流电源直流电源 4.1 （1）变电所内，为了向控制负荷和动力负荷供电，应设置直）变电所内，为了向控制负荷和动力负荷供电，应设置直流电源。流电源。4
8、.1.4（2）220V或或110V直流系统应采用蓄电池组。直流系统应采用蓄电池组。4.1.2（3）蓄电池组正常应以浮充电方式运行。）蓄电池组正常应以浮充电方式运行。4.1.5（4）铅酸蓄电池组不宜设置端电池，镉镍碱性蓄电池组宜减）铅酸蓄电池组不宜设置端电池，镉镍碱性蓄电池组宜减少端电池的个数。少端电池的个数。4.1.66l 直流系统电压直流系统电压 4.2 1）直流系统标称电压：专供控制负荷：）直流系统标称电压：专供控制负荷：110V；4.2.1 专供动力负荷：专供动力负荷：220V；合并供电：合并供电：110V或或220。2）正常运行情况下，直流母线电压应为直流系统标称电压的）正常运行情况下
9、，直流母线电压应为直流系统标称电压的 105。4.2.2 3）均衡充电母线电压：专供控制负荷：不高于）均衡充电母线电压：专供控制负荷：不高于110；4.2.3 专供动力负荷：不高于专供动力负荷：不高于112.5；合并供电：不高于合并供电：不高于110。4）事故放电情况下，蓄电池出口端电压应满足：）事故放电情况下，蓄电池出口端电压应满足：专供控制负荷：不低于专供控制负荷：不低于85；专供动力负荷：不低于专供动力负荷：不低于87.5；合并供电：不低于合并供电：不低于87.5 4.2.4710.1.3 直流系统接线直流系统接线l母线接线方式：母线接线方式：一组蓄电池的直流系统，采用单母线分段一组蓄电
10、池的直流系统，采用单母线分段 接线或单母线接线。接线或单母线接线。4.5.1之之1l 蓄电池组和充电装置均应经隔离和保护电器接入直流系统。蓄电池组和充电装置均应经隔离和保护电器接入直流系统。4.5.2l 每组蓄电池组应设有专用的试验放电回路。每组蓄电池组应设有专用的试验放电回路。4.5.4 l 多组蓄电池和多套充电装置应分别接入不同母线段。多组蓄电池和多套充电装置应分别接入不同母线段。4.5.2l 切换过程中允许切换过程中允许 2 组蓄电池短时并联运行。组蓄电池短时并联运行。4.5.1l 设有端电池的镉镍碱性蓄电池组，应设有降压装置。设有端电池的镉镍碱性蓄电池组，应设有降压装置。4.5.3l
11、除有特殊要求的直流系统外，直流系统应采用不接地方式。除有特殊要求的直流系统外，直流系统应采用不接地方式。4.5.5810.1.4 蓄电池的选择及容量计算方法蓄电池的选择及容量计算方法l 蓄电池选型蓄电池选型 110kV变配电所宜采用阀控式密封铅酸蓄电池、防酸式铅酸变配电所宜采用阀控式密封铅酸蓄电池、防酸式铅酸蓄电池，也可采用中倍率镉镍碱性蓄电池。蓄电池，也可采用中倍率镉镍碱性蓄电池。4.3.1 之之2 35kV及以下变电所宜采用阀控式密封铅酸蓄电池，也可采及以下变电所宜采用阀控式密封铅酸蓄电池，也可采用高倍率镉镍碱性蓄电池。用高倍率镉镍碱性蓄电池。4.3.2之之3l 蓄电池的组数：蓄电池的组数
12、：110kV及以下变电所宜装设及以下变电所宜装设1 组蓄电池，对于重要的组蓄电池，对于重要的110kV变电所也可装设变电所也可装设2 组蓄电池。组蓄电池。4.3.2之之9l 蓄电池个数选择：蓄电池个数选择：按浮充电运行时，直流母线电压为按浮充电运行时，直流母线电压为1.05Un 选择蓄电池个数。选择蓄电池个数。直流系统标称电压，直流系统标称电压，V；单体蓄电池浮充电电压，单体蓄电池浮充电电压，V；蓄电池个数。蓄电池个数。fnUUn/05.1fUnUn9l 单体蓄电池放电末期终止电压单体蓄电池放电末期终止电压 ：附录附录B B.1.3 控制用蓄电池控制用蓄电池 动力及合并用蓄电池动力及合并用蓄电
13、池 直流系统标称电压，直流系统标称电压，V；蓄电池个数。蓄电池个数。用单体蓄电池放电末期终止电压用单体蓄电池放电末期终止电压 ，查出容量换算系数，查出容量换算系数 ，计算事故全停电状态下的持续放电容量，计算事故全停电状态下的持续放电容量 。电压水平计算不符合要求时，用单体蓄电池放电末期终止电电压水平计算不符合要求时，用单体蓄电池放电末期终止电压压 反算符合电压水平反算符合电压水平 的蓄电池容量。的蓄电池容量。nUUnm875.0nUnUUnm85.0mUnmUCCKCCmU10l 电压控制法（容量换算法）电压控制法（容量换算法）计算蓄电池容量计算蓄电池容量 附录附录B B.2.1B B.2.1
14、 （1 1）直流负荷统计直流负荷统计 B.2.1.1B.2.1.1 表表 B.4B.4 （2 2）满足事故全停电状态下的持续放电容量：满足事故全停电状态下的持续放电容量：B.2.1.2B.2.1.2 蓄电池容量，蓄电池容量，AhAh。持续事故放电容量，持续事故放电容量，AhAh。可靠系数，取可靠系数，取1.401.40。容量换算系数，在指定的放电终止电压下，对应事故放容量换算系数，在指定的放电终止电压下，对应事故放 电时间电时间xhxh，由，由 DL/T 5044 DL/T 5044 附录附录B B 表表B.6B.6B.14B.14查出。查出。根据根据 计算值选取蓄电池计算值选取蓄电池10h1
15、0h放电率标称容量放电率标称容量 。（P369 P369 图图10-1-610-1-6是用曲线型式查是用曲线型式查 。）。）CCXSKCKCKC.CCKKXSC.CCK10CCCCCK11 （3 3）电压水平计算）电压水平计算 附录附录B B.2.1.3 1 1）事故放电初期（）事故放电初期（1min1min）承受冲击放电电流时蓄电池所能保）承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压。持的电压。事故放电初期（事故放电初期（1min)冲击系数；冲击系数；可靠系数，取可靠系数，取1.11.1；事故放电初期（事故放电初期（1min)1min)冲击电流，冲击电流，A A；(公式公式 B.2)B.2)10h
16、10h放电率电流；放电率电流；A A。根据根据 由由 DL/T 5044 附录附录B 图图B.1B.13 冲击曲线中冲击曲线中“0”0”曲线查出单体电池电压值曲线查出单体电池电压值 ，则蓄电池的端电压为：，则蓄电池的端电压为：蓄电池组出口端电压值，蓄电池组出口端电压值，V V；蓄电池组的单体电池个数；蓄电池组的单体电池个数；(公式公式 B.2B.2)单体电池电压值，单体电池电压值，V V。值应大于蓄电池标称电压的值应大于蓄电池标称电压的 85%85%或或 87.5%87.5%。dUdDnUU10IIKKchoKchoKKchoKchoI10IchoKDUnDU122 2）任意事故放电阶段末期，
17、承受随机（）任意事故放电阶段末期，承受随机（5s5s）冲击放电电流时，）冲击放电电流时，蓄电池所能保持的电压：蓄电池所能保持的电压：任何事故放电阶段的任何事故放电阶段的10h10h放电率电流倍数；放电率电流倍数；h 事故放电容量，事故放电容量，Ah；t t 事故放电时间，事故放电时间，h h；10h放电率电流；放电率电流；A；可靠系数，取可靠系数，取1.10；事故放电末期冲击系数；事故放电末期冲击系数；事故放电末期事故放电末期随机（随机（5s）冲击放电电流）冲击放电电流值，值，A A。由由附录附录B 图图B.1B.13 冲击曲线中冲击曲线中，选定事故放电时间，选定事故放电时间0.5h、1h、或
18、、或2h后冲击放电曲线图，根据后冲击放电曲线图，根据 值找出相应曲线，对应值找出相应曲线，对应 值，查出单体电池电压值值，查出单体电池电压值 ，则蓄电池组出口端电压值，则蓄电池组出口端电压值 值应大于蓄电池标称电压的值应大于蓄电池标称电压的 85%或或 87.5%。chmI10.tICKKXSKxmdDnUUxmK.10.IIKKchmKxchmXSC.xchmK.KK10IxmK.xchmK.dUDU133 3）任意事故放电阶段末期，蓄电池所能保持的电压：）任意事故放电阶段末期，蓄电池所能保持的电压：任何事故放电阶段的任何事故放电阶段的10h10h放电率电流倍数；放电率电流倍数；h 事故放电
19、容量，事故放电容量，Ah；t t 事故放电时间，事故放电时间，h h；10h放电率电流；放电率电流；A；可靠系数，取可靠系数，取1.10。由由附录附录B 图图B.1B.13 冲击曲线中冲击曲线中，根据，根据 值找出相应曲线，值找出相应曲线，对应对应 值，查出单体电池电压值值，查出单体电池电压值 ，则蓄电池组出口端，则蓄电池组出口端电压值电压值 :值应大于蓄电池标称电压的值应大于蓄电池标称电压的 85%或或 87.5%。chmI10.tICKKXSKxmdDnUUxmK.XSC.KK10IxmK.0.xchmKdUDUDU14l 阶梯计算法（电流换算法）计算蓄电池容量阶梯计算法（电流换算法）计算
20、蓄电池容量 附录附录B B.2.2（1）直流负荷统计直流负荷统计 B.2.2.1 表表 B.5（2）计算方法：计算方法：B.2.2.2 1.按负荷阶梯分段予以计算，取其中容量计算最大者。按负荷阶梯分段予以计算，取其中容量计算最大者。2.随机（随机（5s）负荷单独计算所需容量，叠加在第一阶段（初）负荷单独计算所需容量，叠加在第一阶段（初期）以外的计算容量最大的放电阶段，与第一阶段计算容量比期）以外的计算容量最大的放电阶段，与第一阶段计算容量比较后取大者。较后取大者。（3）计算步骤：一阶段计算步骤：一阶段 二阶段二阶段 随机负荷随机负荷CKCKIKC11)(11122112IIKIKKCCCKC)
21、(1)(11112211nnCnCCKCnIIKIIKIKKCCRRRKIC15 1min放电时的容量换算系数，放电时的容量换算系数，1/h；随机随机(5s)负荷的容量换算系数，负荷的容量换算系数，1/h；各计算段放电时间的容量换算系数，各计算段放电时间的容量换算系数，1/h。容量系数：容量系数：容量换算系数：容量换算系数：不同蓄电池的不同蓄电池的 和和 见见DL/T 5044 附录附录B 表表B.6B.14。CK1CKCRK3CK2CKCnKtKCCKCtCC10tKCIKCCtC10CCKCK1610.1.5 10.1.5 充电器的选择及容量计算方法充电器的选择及容量计算方法l 充电装置选
22、型充电装置选型 4.4.14.4.1 高频开关模块型充电装置和晶闸管整流型充电装置。高频开关模块型充电装置和晶闸管整流型充电装置。l 充电装置的配置充电装置的配置 4.4.24.4.2 蓄电池组蓄电池组 晶闸管整流型晶闸管整流型 高频开关模块型高频开关模块型 1套套 2套套 1（或（或2）套）套 2套套 3套套 2（或（或3）套）套l 充电装置的技术特性要求充电装置的技术特性要求 7.2.17.2.1（1 1）应满足蓄电池组的充电和浮充电的要求。）应满足蓄电池组的充电和浮充电的要求。（2 2）应为长期连续工作制。）应为长期连续工作制。（3 3）应具有稳流、稳压、和限流性能。）应具有稳流、稳压、
23、和限流性能。（4 4）技术指标见）技术指标见P378 P378 表表10-1-1210-1-12。表表7.2.17.2.1 （5 5）交流电源输入宜为三相制。）交流电源输入宜为三相制。（6 6）1 1 组蓄电池配组蓄电池配 1 1 套充电装置，设套充电装置，设 2 2 回路交流电源，自动回路交流电源，自动 切换。切换。（7 7）高频开关电源模块的基本特性要求。）高频开关电源模块的基本特性要求。7.2.17.2.1之之9 917l 输出电压的选择输出电压的选择 附录附录C C.1.2 充电装置额定电压，充电装置额定电压，V;蓄电池组单体个数；蓄电池组单体个数；充电末期单体蓄电池电压，充电末期单体
24、蓄电池电压，V。见见P379 表表10113。l 额定电流的选择额定电流的选择 附录附录C C.1.浮充电：浮充电：初充电：初充电：均衡充电：均衡充电：满足要求选取大值。满足要求选取大值。Ir 充电装置额定电流，充电装置额定电流，A；Ijc直流系统经常负载电流，直流系统经常负载电流，A；I蓄电池放电电流，蓄电池放电电流，A；铅酸取；铅酸取I10，镉镍取，镉镍取I5。l 输出电压和电流调节范围输出电压和电流调节范围 表表7.2.3 输出电压调节范围，应满足蓄电池放电末期和充电末期的要求。输出电压调节范围，应满足蓄电池放电末期和充电末期的要求。mcrnUU jc01.0IIIrIIr)25.10.
25、1(jc)25.10.1(IIIrmcUnrU18l 高频开关模块的选择高频开关模块的选择模块块数模块块数 Ime单个模块额定电流，单个模块额定电流，A。I蓄电池放电电流，蓄电池放电电流，A；铅酸取；铅酸取I10，镉镍取，镉镍取I5。l 充电装置回路设备的选择充电装置回路设备的选择 附录附录C 表表C.1 P380 表表10114 充电装置额定电流充电装置额定电流 熔断器及刀开关额定电流熔断器及刀开关额定电流 直流断路器额定电流直流断路器额定电流 电流表测量范围电流表测量范围 mIIInnnmejc21)25.10.1(27;1611mnmn1910.1.6 10.1.6 直流设备的选择方法和
26、布置要求直流设备的选择方法和布置要求l 直流系统不同回路的计算电流直流系统不同回路的计算电流 附录附录D 表表D.1 P381 P381表表10-1-1510-1-15l 不同回路允许电压降不同回路允许电压降 附录附录D 表表D.2l 电缆截面的选择电缆截面的选择 7.3 电缆截面计算电缆截面计算 附录附录D 按电缆长期允许载流量按电缆长期允许载流量 按回路允许电压降按回路允许电压降 l 蓄电池试验放电装置蓄电池试验放电装置 7.4 额定电流应为（额定电流应为（1.11.3)I10(镉镍电池为镉镍电池为I5)。pU1capeIIpcacacULI2S20l 直流断路器直流断路器 7.5 附录附
27、录El 熔断器熔断器 7.6l 刀开关刀开关 7.7l 蓄电池回路设备及直流柜主母线选择蓄电池回路设备及直流柜主母线选择 附录附录 F 蓄电池容量蓄电池容量 回路电流回路电流 熔断器及刀开关额定电流熔断器及刀开关额定电流 直流断路器额定电流直流断路器额定电流 电流测量范围电流测量范围 放电试验回路电流放电试验回路电流 主母线铜导体截面主母线铜导体截面 21l 降压装置降压装置 7.87.8l 直流柜直流柜 7.97.9（1 1）结构应加强型，防护等级不低于）结构应加强型，防护等级不低于IP20IP20；（2 2）直流柜分为电源进线柜，直流馈线柜，充电装置柜，蓄电）直流柜分为电源进线柜，直流馈线
28、柜，充电装置柜，蓄电池柜和直流配电柜；池柜和直流配电柜；（3 3）结构宜为间隔型，回路相互独立；）结构宜为间隔型，回路相互独立；（4 4）接线合理，方便；）接线合理，方便；（5 5）主母线截面应按大于蓄电池）主母线截面应按大于蓄电池1h1h放电率电流或最大负荷电流放电率电流或最大负荷电流 选择，并能耐受短路热稳定要求；选择，并能耐受短路热稳定要求；（6 6）主母线应能满足直流母线出口短路时的动稳定要求；）主母线应能满足直流母线出口短路时的动稳定要求；（7 7）直流柜应设有保护接地；）直流柜应设有保护接地；（8 8）外形尺寸）外形尺寸:800mm:800mm600mm600mm2260mm226
29、0mm；（9 9）正面操作设备高度不低于）正面操作设备高度不低于400mm400mm，不高于，不高于1800mm1800mm；（1010）蓄电池隔架距地不小于）蓄电池隔架距地不小于400mm400mm，不高于，不高于1700mm1700mm。22l 直流设备的布置直流设备的布置 第第8章章 直流设备布置原则：直流设备布置原则：（1）蓄电池容量）蓄电池容量 200Ah及以下采用成套装置，及以下采用成套装置，200Ah以上宜采用以上宜采用 直流柜和蓄电池组分开布置；直流柜和蓄电池组分开布置；（2）直流柜等宜布置在专用的直流电源室、电气控制室；）直流柜等宜布置在专用的直流电源室、电气控制室；（3）直
30、流成套装置宜布置在通风良好的电气控制室；）直流成套装置宜布置在通风良好的电气控制室；（4）直流配电屏应布置在直流负荷中心附近；）直流配电屏应布置在直流负荷中心附近；（5）蓄电池组宜布置在专用蓄电池室内，专用蓄电池室宜与直流）蓄电池组宜布置在专用蓄电池室内，专用蓄电池室宜与直流 电源室毗邻。电源室毗邻。布置尺寸见布置尺寸见P382表表10-1-16。23 242510.2 10.2 交流操作电源的设计要求交流操作电源的设计要求 继电保护为交流操作时保护跳闸通常采用去分流方式，即用继电保护为交流操作时保护跳闸通常采用去分流方式，即用 断路器弹簧操作机构中的过电流脱扣器直接跳闸，能源来自电断路器弹簧
31、操作机构中的过电流脱扣器直接跳闸，能源来自电 流互感器而不需要另外的电源。交流操作电源主要供给控制、流互感器而不需要另外的电源。交流操作电源主要供给控制、合闸和分励信号等回路使用。合闸和分励信号等回路使用。10.2.1 10.2.1 常用的交流操作电源常用的交流操作电源 见见P383 P383 图图10-2-110-2-1。10.2.2 10.2.2 带带UPSUPS的交流操作电源的交流操作电源 见见P384 P384 图图10-2-210-2-2。（1 1）UPSUPS的工作原理的工作原理 见图见图10-2-310-2-3。（2 2）UPSUPS容量的选择容量的选择 一般不超过一般不超过 3kVA3kVA。正常操作容量正常操作容量事故操作容量事故操作容量 取两式中较大者。取两式中较大者。系统电源供电，正常控制操作和信号回路的容量；系统电源供电，正常控制操作和信号回路的容量；系统发生故障，两台断路器同时跳闸的消耗容量；系统发生故障，两台断路器同时跳闸的消耗容量；一台断路器的合闸电磁铁额定容量；一台断路器的合闸电磁铁额定容量；可靠系数，取可靠系数，取1.11.11.21.2。)CC(KC31rel )CC(KC32rel 1C2C3C2CrelK26
