变电站直流电源系统配置技术原则.doc

.- 变电站直流电源系统配置技术原则 上海市电力公司 2008年2月 目 录 1 总则 3 2 适用范围 3 3 规范性引用文件 3 4 直流电源系统 3 4.1 蓄电池组 4 4.2 充电装置 4 4.3 微机绝缘监察装置 5 4.4 蓄电池检测装置 5 4.5独立电压告警继电器 5 5 直流接线方式 5 5.1 220kV变电站 5 5.2 110kV变电站 7 5.3 35kV变电站 7 6 直流系统馈线直流断路器（熔丝）级差配合 8 6.1 级数原则 8 6.2 级差原则 8 6.3 配合原则 9 6.4 短路电流计算、灵敏度校核 9 7 微机监控单元 9 附录 上海电网35-220kV变电站直流回路典型配置 11 为了加强对上海电网变电站直流电源系统的管理，规范直流电源系统的配置管理工作，进一步提高变电站直流电源系统的运行可靠性和稳定性，特制定本技术原则。 1 总则 1.1 本配置技术原则适用于上海电网所属220kV及以下变电站直流电源系统的配置。 1.2 各类配电站的直流电源系统配置可参照此配置技术原则。 1.3 本配置技术原则自发文之日起执行，解释权属上海市电力公司。 2 适用范围 2.1 本技术原则规定了上海电网220kV及以下变电站直流电源系统的应用技术要求和设计准则。 2.2 本技术原则适用于上海电网220kV及以下变电站直流电源系统的设计和改造工作。 3 规范性引用文件 DL/T 637-1997 《阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件》 DL/T 724-2000 《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》 DL/T 856-2004 《电力用直流电源监控装置》 DL/T 5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》 DL/T 5120-2000《小型电力工程直流系统设计规程》 GB 17478-2004 《低压直流电源设备的性能特性》 国家电网公司 《直流电源系统技术标准》 国家电网公司 《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求（国电发【2000】589号）》 国家电网公司 《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》 4 直流电源系统 直流电源主要由蓄电池组、充电装置、馈线配置三大部分以及保证上述部分安全可靠工作的监测装置组成（微机监控单元、微机绝缘监察装置、蓄电池检测装置等）组成。直流电源辐射到各负载组成直流电源系统，直流电源系统安全、可靠运行涉及电源与负载二个方面，需统筹考虑、合理组织、精心设计、全面维护。 4.1 蓄电池组 4.1.1 蓄电池组数 220kV变电站配置二组蓄电池， 110kV及以下变电站配置一组蓄电池。 4.1.2 蓄电池容量 蓄电池容量选择应满足全站2小时事故停电的放电容量（配置二组蓄电池站应考虑一组蓄电池放电情况下满足上述要求），应计及事故初期电动机电流和其他冲击负荷电流，应考虑蓄电池组持续放电时间内随机负荷电流的影响，同时，应考虑自动化设备容量和UPS放电容量等因素，并应保证在最严重事故方式下直流母线最低值满足直流负荷的要求等。以下各类变电站的蓄电池容量配置仅供参考。 变电站类型 每组蓄电池容量选择 110V 220V 220kV中心、中间变电站 400Ah 300Ah 220kV终端站 300Ah 300Ah 110kV变电站 200Ah 100Ah 35kV变电站 100Ah 60Ah 蓄电池宜采用阀控式蓄电池。要求控制220kV变电站的事故照明装置的负载宜不大于3kW。 4.2 充电装置 4.2.1 220kV变电站的充电装置应配置二组高频开关直流电源装置，每组充电装置的充电模块按N+1方式配置。 4.2.2 110kV及以下变电站的充电装置配置一组高频开关直流电源装置，充电装置的充电模块按N+2方式配置。 4.2.3降压装置宜由硅链构成，应有防止硅链开路的措施；硅元件的额定电流应满足所在回路最大持续负荷电流的要求，能承受瞬间短路冲击电流和短时过载电流的能力。旁链和降压硅短接回路连接设计应同样满足上述要求。 4.3 微机绝缘监察装置 每组蓄电池所对应的直流系统应有微机绝缘监测装置对直流系统的接地电阻进行监测。当直流系统发生接地或接地电阻低于定值（可调）时，应发出直流系统接地报警信号。 4.4 蓄电池检测装置 蓄电池组中的每一瓶单体蓄电池均应有蓄电池电压等参数监测。蓄电池检测装置能对蓄电池回路的开路或短路进行检测以及根据各蓄电池的充放电特性及其端电压的变化率，自动检测出落后电池。并能将信号传至直流系统监控控制中心。蓄电池检测装置同时应具备对每组蓄电池实地温度采样点功能。 4.5独立电压告警继电器 直流系统每段母线必须具有独立的电压继电器。电压告警继电器完全独立于微机监控单元，其告警输出采用接点方式，独立送到站内自动化监控系统。 5 直流接线方式 5.1 220kV变电站 5.1.1 母线接线方式 两组蓄电池和充电装置应分别接于直流Ⅰ、Ⅱ段母线，直流母线接线方式为单母线分段，在两段直流母线之间设置联络断路器，正常运行时断路器处于断开位置。 Ⅰ、Ⅱ段直流馈线分屏应独立配置，不得两段直流母线公用一块直流馈线屏。 5.1.2 馈线接线方式 l 110kV及以上保护和控制回路采用辐射形接线方式； l 35kV母差和自切回路应采用辐射形接线方式； l 35kV其他保护回路可采用小母线接线方式； l 公共回路应采用辐射形接线方式； l 各电压等级GIS内部就地信号可采用小母线接线方式。 5.1.3 直流负载分配 5.1.3.1 220kV设备直流负载 l 220kV线路第一组直流电源（包括第一套线路保护和第一组操作回路）接于直流Ⅰ段母线，第二组直流电源（包括第二套线路保护和第二组操作回路）接于直流Ⅱ段母线。 l 220kV母联、分段第一组直流电源(包括解列保护和第一组操作回路)接于直流Ⅰ段母线，第二组直流电源（包括第二组操作回路）接于直流Ⅱ段母线。 l 220kV旁路第一组直流电源（包括旁路保护和第一组操作回路)接于直流Ⅰ段母线，第二组直流电源（包括第二组操作回路）接于直流Ⅱ段母线。 l 对于220kV主变回路：第一套主变保护、220kV侧断路器第一组操作电源和110kV侧断路器操作电源分别接于直流Ⅰ段母线；第二套主变保护、220kV侧断路器第二组操作电源、35kV断路器操作电源接于直流Ⅱ段母线。 l 双套220kV微机母差电源应分别接至直流Ⅰ、Ⅱ段母线，对于单套母差则应根据母线接线方式将各段母差保护均匀分配至直流Ⅰ、Ⅱ段母线。 l 3/2接线方式下的开关保护(失灵，重合闸)，应根据站内最终一次接线状况，尽量均匀地分配于两段直流母线上。 5.1.3.2 110kV及以下设备直流负载 l 110kV系统保护接入直流Ⅰ段母线。 l 35kV系统保护接入直流Ⅱ段母线。 5.1.3.3 公共回路设备直流负载 l 电压切换回路直流电源不得与其他直流负荷并接，其中220kV系统电压切换回路应根据母线接线方式将各段母线电压切换回路均匀分配至直流Ⅰ、Ⅱ段母线。110kV系统电压切换回路接于直流I段母线，35kV系统电压切换回路接于直流Ⅱ段母线； l 单台故障录波仪其直流电源接于直流Ⅱ段母线，双台及以上故障录波仪其直流电源可按一定规律分别接于直流Ⅰ段、Ⅱ段母线； l 保护子站直流电源接于直流Ⅰ段； l 自动化测控装置直流电源均匀分配于直流Ⅰ、Ⅱ段母线，宜采用辐射形接线方式； l GPS主时钟和时钟扩展装置直流电源接直流I段母线； l 信号总电源接直流I段母线； l 交流不间断电源中UPS主机接直流Ⅰ段母线，UPS从机接直流Ⅱ段母线； l 交流不间断电源中逆变接直流Ⅱ段母线； l 其余负荷按负荷容量大小均匀分配在两段直流母线上。 5.2 110kV变电站 5.2.1 母线接线方式 直流母线为单母线接线方式。 5.2.2 馈线接线方式 110kV回路直流馈线为辐射形接线方式，35kV及10kV回路直流馈线为小母线接线方式。 5.2.3 直流负载分配 l 110kV设备直流负载的操作和保护电源合在一起，接入直流母线上； l 110kV设备直流负载的信号电源单独接入直流母线上； l 35kV及10kV设备操作保护电源与信号电源应分开构成各自独立的小母线； l 其余回路应按回路重要性考虑是否独立接入直流母线。 5.3 35kV变电站 5.3.1 母线接线方式 直流母线为单母线接线方式。 5.3.2 馈线接线方式 35kV及10kV回路直流馈线为小母线接线方式。 5.3.3 直流负载分配 l 35kV设备按进线及主变间隔分别接入直流母线； l 10kV设备按一次接线方式分段接入直流母线； l 操作保护电源与信号电源应分开构成各自独立的小母线； l 其余回路应按回路重要性考虑是否独立接入直流母线。 6 直流系统馈线直流断路器（熔丝）级差配合 6.1 级数原则 6.1.1 直流系统馈线保护采用二～三级配合。 6.1.2 第一级：最高级保护为蓄电池直流熔丝（此级不使用直流开关为保护元件）。400Ah以下蓄电池组直流熔丝配备按1h放电率电流选择配置，大于400Ah蓄电池组所配熔丝值应不小于实际允许最大短路电流。对下级负荷容量总和及最大冲击性负载进行验证，满足其工作特性的要求。 6.1.3 第二级：馈线总屏上各电压等级分屏总开关及主要大负荷（如逆变、UPS等）上的保护元件。此级保护应为直流断路器。 6.1.4 第三级：馈线分屏、控制屏、保护屏上的保护元件。此级保护应为直流断路器。对于辐射形接线方式，第三级应为馈线分屏上直流断路器，对于小母线接线方式，第三级则为保护屏、控制屏及GIS等屏柜上直流断路器。 6.1.5 对于辐射形接线方式回路，级差配合均应在馈线总屏和分屏内完成。继电保护、通信等设备各屏柜本身自带的的直流断路器仅视作断开点，可不按保护元件定值级差要求考核，但应避免下级脱扣定值高于上级的现象。 6.1.6 对于辐射形接线方式回路，在负载侧不允许加装分段闸刀。 6.1.7 对于小母线接线方式回路，级差配合均应考虑继电保护、GIS等屏柜上自带的直流断路器的脱扣电流，以确保上下级的配合。 6.2 级差原则 直流系统中各直流断路器的选择应满足DL/T 5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》中的要求，上下级直流断路器额定电流之间的电流级差不宜小于4级。 6.3 配合原则 6.3.1 同一变电站的直流系统三级配合内的直流断路器，应使用同一厂家生产的相同型号或系列的直流断路器。 6.3.2 第一级和第二级的配合应满足熔断器熔断曲线NT(熔断时间—电流特性) 应在断路器保护曲线ME(脱扣时间—电流特性)的上方，且要求交叉点电流IX大于断路器可能通过的最大短路电流IK。 6.3.3 杜绝采用上级断路器与下级熔丝保护的配合。以防止由于保护元件动作时间差异造成的越级误动。 6.3.4 不得用交流断路器作直流回路短路保护元件。 6.3.5 直流分段联络开关使用功能开关或闸刀。 6.4 短路电流计算、灵敏度校核 6.4.1 变电站直流系统必须按本原则来选择直流熔断器、直流断路器，设计院应在图纸设计阶段对变电站内非辐射形接线方式的各回路进行短路电流计算、灵敏度校核。并在直流系统图册中进行详细说明。相关数据和结论应作为投产验收内容。 6.4.2 对于改、扩建工程，亦应在工程设计阶段对扩容后的直流系统进行短路电流计算及灵敏度校核，并对上下级之间的熔断器和断路器级差配合进行校核。并在相关图册中详细说明。 6.4.3 对于采用两段式保护特性（过载长延时保护+短路瞬时保护）的直流断路器的直流电源系统，必须进行短路电流核算及灵敏度校核，对不满足级差配合要求的两段式保护特性直流断路器，可选用三段式保护特性的直流断路器，下级断路器为瞬动，上级断路器取短延时。 7 微机监控单元 7.1 微机监控单元是高频开关电源及其成套装置的监控、测量、信号和管理系统的核心部分，装置能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。 7.2 微机监控器应具有控制、测量和故障告警功能。控制功能包括高频开关电源的开/关机、各整流模块的开/关机以及各种运行参数的设置等；测量功能包括高频开关电源输入交流电压测量、输出直流电压及电流测量、蓄电池充放电电流测量以及直流母线、蓄电池单只电压测量等；告警功能包括输入交流故障告警、整流模块故障告警、输出直流故障告警以及蓄电池电压过高过低告警等。 附录 上海电网35-220kV变电站直流回路典型配置 一． 参数配合 1.220kV变电站（中心或中间站，带馈线分屏） 一般中心或中间站的蓄电池容量为400Ah，根据厂家提供的资料，400Ah的蓄电池(单体2V)出口短路电流约为2277A，总出口熔断器选300A或400A(直流系统设计规程的推荐值315A)。考虑到熔断器的离散性较大，按照5SJ5型直流断路器（C型）瞬时脱扣范围为7～10倍In的原则，为保证直流母线上短路时出线断路器先于总熔断器跳闸，总屏上二级断路器额定电流应按小于1/10的母线短路电流校验，考虑一定的裕度，一般最大选125A。分屏出口处的三级断路器额定电流小于总屏断路器的7/10选择，就可保证总屏断路器的动作时间长于分屏出口断路器的动作时间。 按目前实际的直流负荷考虑，一般最大选25A即可。 另外，根据配置原则，二、三级之间还有35kV开关柜小母线电源总断路器和每个分支回路断路器需要配合。因分支负荷断路器额定电流一般不超过6A，且两者之间的连接电缆长度一般均超过40米，截面为10mm2左右，故分支断路器出口短路电流一般不超过400A，总屏上的二级断路器选63A可以保证上下级的配合。 其余回路均为辐射形接线，无配合要求。 根据上述原则，同时考虑尽量减少设备的规格，各级直流开断设备参数推荐按下表选择： 一级(熔断器) 二级（直流断路器） 三级 300A～400A 100～125A（分屏馈线） 10～25A（辐射形接线馈线） 63A（小母线接线方式） <=6A（每个开关柜内的分支断路器） 50A～63A（UPS） 10～25A（其余辐射形接线馈线） 注: 实际工程中各级断路器的参数选择需按照蓄电池容量和负荷容量进行调整。 2.220kV变电站（终端站，无馈线分屏） 一般终端站的蓄电池容量为300Ah，根据厂家提供的资料，300Ah的蓄电池(单体2V)出口短路电流为2583A。各级直流开断设备参数推荐按下表选择： 一级(熔断器) 二级（直流断路器） 三级 300A 63A（小母线接线方式） <＝6A（每个开关柜内的分支断路器） 50A（UPS） 10～25A（辐射形接线馈线） 注: 实际工程中各级断路器的参数选择需按照不同的蓄电池容量和负荷容量进行调整。 3.110kV变电站（以110kV/10kV变电站为例） 根据厂家提供的资料，200Ah的蓄电池(单体6V)出口短路电流为6831A，总出口熔断器为200A；但因蓄电池至直流母线之间设置了降价硅链，目前无法估计母线金属性短路电流的大小，建议控制室内的设备均采用辐射形接线为宜。对于需与就地直流断路器配合的二级断路器，因馈出电缆长度较长，电缆截面较小，短路电流不会大于400A,故额定电流选择63A时可满足级差配合。 根据上述原则，同时考虑尽量减少设备的规格，各级直流开断设备参数推荐按下表选择： 一级(熔断器) 二级（直流断路器） 三级 200A 63A（小母线电源馈线） <=6A（每个开关柜内的分支断路器） 63A（就地电容器柜馈线） <=6A（每个电容器组的分支断路器） 16A（其余辐射形接线馈线） 注: 实际工程中各级断路器的参数选择需按照不同蓄电池容量和负荷容量进行调整。 4.35kV终端变电站 100Ah的蓄电池(单体12V)出口短路电流为4266A, 总出口熔断器为100A。但因蓄电池至直流母线之间设置了降价硅链，根据现场试验的数据，实际控制室内的金属性短路电流约为350A左右。对于需与就地直流断路器配合的二级断路器，因馈出电缆长度较长，电缆截面较小，短路电流一般不大于250A,故额定电流选择40A时可满足级差配合。 根据上述原则，同时考虑尽量减少设备的规格，各级直流开断设备参数推荐按下表选择： 一级(熔断器) 二级（直流断路器） 三级 100A 40A（小母线电源馈线） <=6A（每个开关柜内的分支断路器） 40A（就地电容器柜馈线） <=6A（每个电容器组的分支断路器） 10A（其余馈线） 注: 实际工程中各级断路器的参数选择需按照不同蓄电池容量和负荷容量进行调整。 二． 级差设置 根据各变电站内的不同负荷特性，站内二次直流开断设备的二、三级级差可按下列各表设置，具体工程应结合负载实际情况和配置原则进行确定。 1. 设置直流分屏的220kV变电站（110kV、220kV配电装置共用就地继保小室） 直流母线 第二级（直流馈线总屏） 第三级 直流馈线分屏（辐射形接线） GIS、保护屏等自带直流断路器（小母线方式） I段 220kVGIS就地信号指示小母线电源1 220kVGIS就地仓位内各信号指示直流电源 110kVGIS就地信号指示小母线电源1 110kVGIS就地仓位各信号指示电源 110kVGIS就地信号指示小母线电源2 110kVGIS就地仓位各信号指示电源 主变保护1、220kV断路器操作1 主变110kV断路器操作 ＃1故障录波器 保护管理子站 UPS主机屏 GPS屏 主变电度表 控制楼各自动化测控柜电源1 III段（为I段直流母线在馈线分屏的延伸母线） III段分屏总电源 220kV线路第一组直流电源 220kV母联第一组直流电源 220kV分段第一组直流电源 220kV母差保护1 220kV压变闸刀重动中继电源1 220kV电压切换装置电源 110kV 分段自切保护和操作 110kV 母差保护 110kV 出线保护和断路器操作 110kV电压切换装置 GPS时钟扩展屏 就地各自动化测控柜电源1 II段 220kVGIS就地信号指示小母线电源2 220kVGIS就地仓位内各信号指示直流电源 主变保护2、220kV断路器操作2 主变非电量保护 35kV 分段自切 35kV 母差保护 35kV 主变间隔操作 ＃2、＃3故障录波器 UPS从机屏 逆变装置 控制楼各自动化测控柜电源2 间隔层数据通信装置 35kV 保护及测控小母线电源 35kV各间隔内直流电源 35kV 闭锁小母线电源 35kV各间隔内直流电源 IV段（为II段直流母线在馈线分屏的延伸母线） IV段分屏总电源 220kV线路第二组直流电源 220kV母联第二组直流电源 220kV分段第二组直流电源 220kV母差保护2 220kV压变闸刀重动中继电源2 就地各自动化测控柜电源2 2.设置直流分屏的220kV变电站（220kV配电装置专用就地继保小室） 直流母线 第二级（直流馈线总屏） 第三级 直流馈线分屏（辐射形接线） GIS、保护屏等自带直流断路器（小母线方式） I段 220kVGIS就地信号指示小母线电源1 220kVGIS就地仓位内各信号指示直流电源 110kVGIS就地信号指示小母线电源1 110kVGIS就地仓位各信号指示电源 110kVGIS就地信号指示小母线电源2 110kVGIS就地仓位各信号指示电源 110kV 分段自切保护 110kV 母差保护 110kV 出线保护和断路器操作 110kV电压切换装置 主变保护1、220kV侧断路器操作1 主变110kV断路器操作 ＃1故障录波器 保护管理子站 UPS主机屏 GPS屏 主变电度表 控制楼各自动化测控柜电源1 III段（为I段直流母线在馈线分屏的延伸母线） III段分屏总电源 220kV线路第一组直流电源 220kV母联第一组直流电源 220kV分段第一组直流电源 220kV母差保护1 220kV压变闸刀重动中继电源1 220kV电压切换装置电源 GPS时钟扩展屏 就地各自动化测控柜电源1 II段 220kVGIS就地信号指示小母线电源2 220kVGIS就地仓位内各信号指示直流电源 主变保护2、220kV断路器操作2 主变非电量保护 35kV 分段自切 35kV 母差保护 主变35kV断路器操作 ＃2、＃3故障录波器 UPS从机屏 逆变装置 控制楼各自动化测控柜电源2 间隔层数据通信装置 35kV 保护及测控小母线电源 35kV各间隔内直流电源 35kV 联闭锁小母线电源 35kV各间隔内直流电源 IV段（为II段直流母线在馈线分屏的延伸母线） IV段分屏总电源 220kV线路第二组直流电源 220kV母联第二组直流电源 220kV分段第二组直流电源 220kV母差保护2 220kV压变闸刀重动中继电源2 就地各自动化测控柜电源2 3. 无直流分屏的220kV变电站（无就地继保小室） 直流母线 第二级（直流馈线总屏） 第三级 直流馈线分屏（辐射形接线） GIS、保护屏等自带直流断路器（小母线方式） I段 220kV线路第一组直流电源 220kV母联第一组直流电源 220kV分段第一组直流电源 220kV母差保护1 220kV压变闸刀重动中继电源1 220kV电压切换装置电源 220kVGIS就地信号指示小母线电源1 220kVGIS就地仓位内各信号指示直流电源 110kVGIS就地信号指示小母线电源1 110kVGIS就地仓位各信号指示电源 110kVGIS就地信号指示小母线电源2 110kVGIS就地仓位各信号指示电源 110kV 分段自切保护 110kV 母差保护 110kV 出线保护和断路器操作 110kV电压切换装置 主变保护1、220kV断路器操作1 主变110kV断路器操作 ＃1故障录波器 保护管理子站 UPS主机屏 GPS及其时钟扩展屏 主变电度表 控制楼各自动化测控柜电源1 II段 220kV线路第二组直流电源 220kV母联第二组直流电源 220kV分段第二组直流电源 220kV母差保护2 220kV压变闸刀重动中继电源2 220kVGIS就地信号指示小母线电源2 220kVGIS就地仓位内各信号指示直流电源 主变保护2、220kV侧断路器操作2 主变非电量保护 35kV 分段自切 35kV 母差保护 主变35kV侧断路器操作 ＃2、＃3故障录波器 UPS从机屏 逆变装置 控制楼各自动化测控柜电源2 间隔层数据通信装置 35kV 保护及测控小母线电源 35kV各间隔内直流电源 35kV 联闭锁小母线电源 35kV各间隔内直流电源 4.110kV变电站（以110kV/10kV变电站为例） 二级 三级 （总屏出线） （每个间隔） 110kV＃1进线保护、控制、信号回路 110kV＃2进线保护、控制、信号回路 110kV＃1主变保护、控制、信号回路 110kV＃3进线保护、控制、信号回路 110kV＃4进线保护、控制、信号回路 110kV＃2主变保护、控制、信号回路 110kV＃5进线保护、控制、信号回路 110kV＃6进线保护、控制、信号回路 110kV＃3主变保护、控制、信号回路 110kV＃1进线信号回路 110kV＃2进线信号回路 110kV＃1主变信号回路 110kV＃3进线信号回路 110kV＃4进线信号回路 110kV＃2主变信号回路 110kV＃5进线信号回路 110kV＃6进线信号回路 110kV＃3主变信号回路 光电转换器 每套消弧线圈控制和信号装置 故障录波器 站用电屏信号回路 各自动化测控柜 逆变装置 主变电度表 各就地电容器组装置柜 10kV每段母线测控电源小母线 10kV每回出线测控装置 光电转换器 10kV每段母线信号电源小母线 10kV每回出线信号回路 小电流接地检测装置 5.35kV终端变电站 二级 三级 （总屏出线） （每个间隔） 每套消弧线圈控制和信号装置 站用电屏信号回路 各自动化测控柜 逆变装置 35kV＃1进线及主变保护、控制、信号回路 35kV＃2进线及主变保护、控制、信号回路 35kV＃3进线及主变保护、控制、信号回路 35kV＃1进线及主变信号回路 35kV＃2进线及主变信号回路 35kV＃3进线及主变信号回路 10kV每段母线测控电源小母线 10kV每回出线测控装置 光电转换器 10kV每段母线信号电源小母线 10kV每回出线信号回路 小电流接地检测装置