精品資料（2021-2022年收藏）民用建筑直流電源系統(tǒng)設(shè)計

1、民用建筑直流電源系統(tǒng)設(shè)計DC power system design in civil building郭占偉1 熊偉2（1、中國中元國際工程公司，北京 100089；2、人民大會堂管理局機(jī)電處，北京 100800）摘 要：本文指出直流系統(tǒng)是非常重要的操作電源系統(tǒng)，簡要闡述了直流系統(tǒng)中蓄電池容量的計算方法和直流系統(tǒng)設(shè)備的選擇原則。實(shí)際設(shè)計過程中要合理選擇蓄電池的容量和各種設(shè)備參數(shù)。關(guān)鍵詞：控制電源 直流系統(tǒng) 蓄電池 充電裝置Abstract：The paper points out that DC system is a very important operational power sup

2、ply system, and briefly explains the calculation method of battery capacity and equipment choice principle in the DC system. Its very important reasonable selecting battery capacity and equipment parameters at actual design. Key words：Control Power Supply, DC system, Battery, Charging equipment0 引言電

3、力工程中為控制、信號、保護(hù)、自動裝置以及某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電的電源通稱控制電源。控制電源的類型可分為直流型和交流型。為工程提供直流控制電源的系統(tǒng)稱為直流電源系統(tǒng)，控制電源系統(tǒng)是保證供配電系統(tǒng)正常安全運(yùn)行的極為重要的系統(tǒng)。1 直流電源系統(tǒng)簡介 直流電源系統(tǒng)是獨(dú)立于正常供電系統(tǒng)以外的電源系統(tǒng)，具有系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，干擾小，供電可靠性高等特點(diǎn)。直流電源系統(tǒng)有蓄電池組構(gòu)成的直流電源、電容儲能式直流電源和復(fù)式整流式直流電源等幾種?，F(xiàn)代直流電源系統(tǒng)一般是指由蓄電池組構(gòu)成的直流電源系統(tǒng)。2 直流系統(tǒng)的構(gòu)成現(xiàn)代直流系統(tǒng)一般由蓄電池組，整流充電裝置、監(jiān)測控制裝置和直流配電裝置等部分構(gòu)成。蓄電池是可將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存

4、起來，并可根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置。蓄電池是直流系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是直流系統(tǒng)中最重要的部件。其他部分都是為蓄電池能夠長時間、可靠工作提供保障的輔助設(shè)備。目前，蓄電池在我們生活中廣泛應(yīng)用，汽車，電動自行車和手電筒都離不開蓄電池。蓄電池按照其組成成分可分為鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池和鋰電池等。目前，電力工程領(lǐng)域常用的蓄電池一般有防酸式鉛酸蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池、密封式鉛酸蓄電池、膠體蓄電池和鎘鎳蓄電池等。整流充電裝置是為了保證蓄電池長期工作，不斷為蓄電池補(bǔ)充電能的裝置。蓄電池在正常工作過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供給系統(tǒng)使用或在存儲過程中不斷流失，需要不斷的從外部補(bǔ)充能量。整流充電裝置就是將外部交流電

5、能經(jīng)過整流，變換成與蓄電池所需規(guī)格一致的直流電源補(bǔ)充給蓄電池的設(shè)備。整流充電裝置可分為相控整流裝置、高頻開關(guān)充電裝置和晶閘管充電裝置。監(jiān)測控制裝置可比作直流系統(tǒng)的大腦。監(jiān)測控制裝置不停的檢查直流系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和各個部件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并及時做出相應(yīng)的調(diào)整，或向后臺監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出警報。一般監(jiān)控裝置都要監(jiān)測蓄電池的單體電壓，溫度，系統(tǒng)電壓，輸出電流，對地絕緣，整流裝置的運(yùn)行狀況等信息。直流配電裝置是直流系統(tǒng)的末端環(huán)節(jié)，根據(jù)工程用電設(shè)備的數(shù)量和重要程度，構(gòu)建合理的配電系統(tǒng)，將用電負(fù)荷通過配電系統(tǒng)分配給各用電設(shè)備。3 直流系統(tǒng)的設(shè)計直流系統(tǒng)的設(shè)計要綜合考慮各方面的因素，根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)，運(yùn)行的時間和使用條件等

6、因素來確定。直流系統(tǒng)的設(shè)計首先要將直流負(fù)荷進(jìn)行分類統(tǒng)計，確定負(fù)荷的容量。然后，選擇合適的電壓等級，確定蓄電池規(guī)格型號和容量，設(shè)計直流配電系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)功能分，直流負(fù)荷可分為動力負(fù)荷、控制負(fù)荷；根據(jù)性質(zhì)分，直流負(fù)荷可分為經(jīng)常負(fù)荷、事故負(fù)荷和沖擊負(fù)荷。民用建筑中直流電源一般供給高壓開關(guān)柜作為操作電源使用，有些工程還作為應(yīng)急照明和UPS的應(yīng)急電源。高壓開關(guān)柜操作電源屬于經(jīng)常負(fù)荷，鑒于目前高壓開關(guān)柜分、合閘方式均采用彈簧儲能式，不再采用電磁式操作方式，單回路操作電流不超過0.5A，所以可以認(rèn)為無沖擊負(fù)荷。應(yīng)急照明和UPS負(fù)荷只有在市電故障情況下才投入使用，平時由市電供給，屬于事故負(fù)荷。從功能上說

7、開關(guān)柜操作電源屬于控制負(fù)荷，應(yīng)急照明和UPS負(fù)荷屬于動力負(fù)荷。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，單純控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜采用110V電壓等級，單純動力負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜采用220V電壓等級，控制負(fù)荷和動力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)采用220V或110V電壓等級。直流負(fù)荷的容量和系統(tǒng)電壓確定后就要確定蓄電池的容量，蓄電池的容量選擇是目前直流系統(tǒng)設(shè)計中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。蓄電池的容量選擇有電壓控制法和階梯計算法（亦稱電流換算法）兩種，目前常用的是電壓控制法。某工程共有20面高壓開關(guān)柜，每臺高壓開關(guān)柜的計算容量為100W，共2.0kW。應(yīng)急照明負(fù)荷1.5kW，UPS裝置容量2.5kW。直流系統(tǒng)額定電壓定為220V，系統(tǒng)的最高電壓應(yīng)

8、不高壓110%額定電壓，最低電壓應(yīng)不低壓87.5%額定電壓。選用2V GF防酸式鉛酸蓄電池，電池數(shù)量104只，單體電池最高電壓2.30V，放電終止電壓1.85V。根據(jù)相關(guān)規(guī)定有人值班項(xiàng)目直流負(fù)荷的供應(yīng)時間應(yīng)不小于1小時，查電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程表B.6得Kcc為0.35。直流負(fù)荷統(tǒng)計表如下：序號負(fù)荷名稱安裝容量(kW)負(fù)荷系數(shù)計算容量(kW)負(fù)荷電流(A)經(jīng)常電流(A)事故放電時間及放電電流(A)初期持續(xù)放電（h）隨機(jī)1min0.51.05s1經(jīng)常負(fù)荷2.09.099.099.099.099.092事故照明1.51.01.56.826.826.826.823UPS裝置2.50.61.56

9、.826.826.826.824電流統(tǒng)計(A)9.0922.7322.7322.735容量統(tǒng)計Cs（Ah）11.3711.376容量累加C（Ah）11.3722.73CcKk*Csx/Kcc1.422.730.35181.84（筆誤應(yīng)為90.92）本工程蓄電池的計算容量為90.92Ah，取標(biāo)稱容量100Ah。4 主要設(shè)備的選型直流系統(tǒng)容量計算完畢后，接下來主要工作就是設(shè)備的選型。近年來，中國電力系統(tǒng)建設(shè)速度加快，設(shè)備更新日新月異。作為工程實(shí)際應(yīng)用，我們在鼓勵新產(chǎn)品研發(fā)的過程中更注重產(chǎn)品的可靠性。作為民用建筑直流系統(tǒng)一般容量不大，所占投資的比例較小。宜選擇技術(shù)成熟，技術(shù)先進(jìn)的名牌產(chǎn)品，為工程以后

10、的使用和維護(hù)打下良好基礎(chǔ)。根據(jù)前面的計算，蓄電池選擇傳統(tǒng)的2V鉛酸蓄電池，數(shù)量為104只。單體蓄電池的最高電壓不低于2.30V，放電終止電壓不高于1.85V，蓄電池容量100Ah。對于容量較小的民用建筑直流系統(tǒng)，一組蓄電池配置一套充電裝置即可。充電裝置目前采用比較多的為高頻開關(guān)電源式充電裝置。充電裝置的容量應(yīng)滿足蓄電池組的充電和浮充電要求，同時滿足蓄電池組均衡充電的要求。充電裝置的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)滿足蓄電池放電末期和充電末期電壓的要求。對于采用模塊化充電裝置，要預(yù)留備用充電模塊。上例中充電裝置，充電電流不能小于23A可以選擇10A的充電模塊3塊，外加一塊備用模塊。電壓調(diào)節(jié)范圍198V300

11、V。監(jiān)測控制裝置是直流系統(tǒng)的重要設(shè)備，民用建筑中直流系統(tǒng)一般成套供貨，各直流系統(tǒng)生產(chǎn)廠家都有自己配套的監(jiān)測控制系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有完善的信號采集和處理功能。斷路器是配電回路的重要保護(hù)和隔離元件。在直流專用斷路器出現(xiàn)以前，直流系統(tǒng)一般采用交流斷路器作為配電斷路器使用。由于直流回路負(fù)載性質(zhì)和分?jǐn)嚯娀√匦缘牟煌?，目前國家專門出版了相關(guān)反事故措施標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定直流配電回路應(yīng)選用直流型斷路器，并且要求按照對應(yīng)極性進(jìn)行接線。各斷路器生產(chǎn)廠家也生產(chǎn)出了相應(yīng)的產(chǎn)品。斷路器額定電流的選擇與交流回路斷路器選擇相同：InKrel*IlmIlm負(fù)荷最大電流，對于蓄電池回路，Ilm取事故放電電流和蓄電池1h放電電流二者較大者，通常取后者；對于充電、浮充電回路，Ilm為充電設(shè)備的額定電流；對于其他回路，根據(jù)回路的負(fù)荷電流確定。Krel可靠系數(shù)，一般取1.11.2. 5 結(jié)論直流系統(tǒng)設(shè)計是一個綜合的系統(tǒng)工程，民用建筑中直流系統(tǒng)設(shè)備占工程量比例非常小，設(shè)計過程中容易遺忘或疏忽。但是直流系統(tǒng)是獨(dú)立于供電系統(tǒng)以外的操作電源系統(tǒng)，系統(tǒng)的完善和可靠直接影響到整個工程供配電系統(tǒng)的可靠性。希望大家在設(shè)計工作中充分重視直流系統(tǒng)的設(shè)計，選擇合理的直流系統(tǒng)容量和設(shè)備。參考文獻(xiàn)：1.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計手冊（第二版）白忠敏等著