论文部分内容阅读
摘 要：针对基于HOXIE算法的传统表格法计算公式复杂、计算过程繁琐的问题，文章以220 kV变电站工程实际数据为例，提出了一种基于HOXIE算法的新型表格法来计算蓄电池的容量，新型表格法计算结果与传统表格法计算结果一致，计算过程简单，对变电站直流系统的设计有很大的实用价值。
关键词：直流系统；蓄电池；负荷统计；HOXIE；表格法
中图分类号：TM631 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）32-0066-02
直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明、交流不间断电源等提供直流用电。直流系统为变电站的安全运行提供保障，其重要性不言而喻，尤其是在事故情况下，其可靠性能否保证用电设备的正常运行极为重要。而变电站中蓄电池通常用作直流电源，作为直流电源的最后一道保护屏障，其容量的选择十分关键。
要选取合适的蓄电池容量，首先应统计直流负荷情况，确定各负荷的运行时间。本文以220 kV变电站直流系统运行数据为例，首先对直流负荷进行了统计分析，然后分别用基于HOXIE算法的传统表格法及新型表格法对蓄电池容量进行计算，计算结果一致，验证了新型表格法的有效性。
1 直流负荷统计
本文所列220 kV变电站规模：12回220 kV出线，12回110 kV出线，2台主变压器，额定容量720 MVA，35 kV单母线分段接线，30回出线，6组电容补偿装置。
参照DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》要求，直流负荷统计见表1：区分有人值班和无人值班情况，将无人值班变电站事故放电时间划分为0～1 min、1～60 min、60～120 min三个阶段；有人值班变电站事故放电时间划分为
0～1 min、1～60 min两个阶段，并对负荷电流进行汇总列入表中。
2 蓄电池个数选择
根据《电力工程直流系统设计技术规程》中给出的直流系统的配置，本文选用直流系统电压等级为220 V。由式（1），确定蓄电池个数为103，均充电压取2.35 V，放电终止电压取1.87 V。
n=Uc≤Ud≥（1）
其中：n为蓄电池个数；Un为直流系统标称电压，V；Uf为单体电池的浮充电压，V；Uc为蓄电池均充时单体电池的电压，V；Ud为蓄电池允许的放电终止电压，V。
3 HOXIE算法
HOXIE算法，又称为阶梯负荷法（亦称为电流换算法），由美国IEEE会员E.A.HOXIE于20世纪50年代提出，是国际上通用的算法之一，在国内也得到广泛应用。该方法是在给定放电终止电压的基础上计算的，不必进行电压校验，只需选择大于或接近计算值的蓄电池容量即可。计算方法如下：
直流放电负荷图如图1所示，将整个过程划分为M1、M2、…，Mn，n个时间段。
各段内分段时间为：
tai=Mj|a=1，2…，n（2）
各段所需要的蓄电池容量为：
Cca=Krel（3）
其中： Krel为可靠系数，一般取为1.4；Kc （ai）为容量换算系数根据相应的放电时间tai和放电终止电压Ud查表获得；Ii、Ii-1为时段Mi、Mi-1内的负荷电流，A。
取n个阶段的最大值，加上随机负荷所需的蓄电池容量，得出直流系统在整个事故放电过程中所需的蓄电池容量，即：
Cc≥ Cca+Krel（4）
4 基于HOXIE算法的新型表格法
目前通用的表格计算法计算过程如下：计算统计形式见表2，该方法的填表过程中，每阶段都需要列出不同的公式，当阶段比较多时，计算公式复杂，容易出现统计错误。
本文提出的新型表格法，公式统一，计算简单，其计算过程如下：
①计算所有的tai，并按大小顺序排列为：T1，T2，T3，T4，…，Tm，其中，m为不同时间段的个数。
②绘制aiT1表格，aiT1=Ii，I0=1，格式见表3。
③绘出对应阶段下的时间段梯形，用梯形下平行线的和减去上平行线的和，即为CCa。
综上，采用通用表格法及改进表格法，计算得到的220 kV典型变电站蓄电池容量均为：有人值班变电站计算容量为150 Ah，无人值班变电站计算容量为194 Ah。
5 结 语
本文在220 kV典型变电站直流负荷分析的基础上，分别用基于HOXIE算法的通用表格法和新型表格法进行了计算，两种方法计算结果一致。对于多放电阶段的情况，通用表格法由于计算公式繁琐，新型表格法的优势将更加明显，该方法对于变电站直流系统的设计有一定的实用价值。
参考文献：
[1] 卓乐友.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1991.
[2] 田羽，何仲，范春菊.变电站蓄电池容量计算和算法改进[J].电力系统保护与控制，2010，（22）.
[3] 白忠敏，刘百震，於崇干.电力工程直流系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.
[4] 武洁，张建，乔靖杰，等.10 kV炼油工艺装置变电所直流蓄电池容量的选择[J].通信电源技术，2014，（3）.
[5] 夏红光.110 kV综合自动化变电站蓄电池容量的计算[J].继电器，2004，（18）.
[6] 于崇干，邹昌泉.应用HOXIE公式计算蓄电池容量[J].华东电力，1982，（2）.
关键词：直流系统；蓄电池；负荷统计；HOXIE；表格法
中图分类号：TM631 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）32-0066-02
直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明、交流不间断电源等提供直流用电。直流系统为变电站的安全运行提供保障，其重要性不言而喻，尤其是在事故情况下，其可靠性能否保证用电设备的正常运行极为重要。而变电站中蓄电池通常用作直流电源，作为直流电源的最后一道保护屏障，其容量的选择十分关键。
要选取合适的蓄电池容量，首先应统计直流负荷情况，确定各负荷的运行时间。本文以220 kV变电站直流系统运行数据为例，首先对直流负荷进行了统计分析，然后分别用基于HOXIE算法的传统表格法及新型表格法对蓄电池容量进行计算，计算结果一致，验证了新型表格法的有效性。
1 直流负荷统计
本文所列220 kV变电站规模：12回220 kV出线，12回110 kV出线，2台主变压器，额定容量720 MVA，35 kV单母线分段接线，30回出线，6组电容补偿装置。
参照DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》要求，直流负荷统计见表1：区分有人值班和无人值班情况，将无人值班变电站事故放电时间划分为0～1 min、1～60 min、60～120 min三个阶段；有人值班变电站事故放电时间划分为
0～1 min、1～60 min两个阶段，并对负荷电流进行汇总列入表中。
2 蓄电池个数选择
根据《电力工程直流系统设计技术规程》中给出的直流系统的配置，本文选用直流系统电压等级为220 V。由式（1），确定蓄电池个数为103，均充电压取2.35 V，放电终止电压取1.87 V。
n=Uc≤Ud≥（1）
其中：n为蓄电池个数；Un为直流系统标称电压，V；Uf为单体电池的浮充电压，V；Uc为蓄电池均充时单体电池的电压，V；Ud为蓄电池允许的放电终止电压，V。
3 HOXIE算法
HOXIE算法，又称为阶梯负荷法（亦称为电流换算法），由美国IEEE会员E.A.HOXIE于20世纪50年代提出，是国际上通用的算法之一，在国内也得到广泛应用。该方法是在给定放电终止电压的基础上计算的，不必进行电压校验，只需选择大于或接近计算值的蓄电池容量即可。计算方法如下：
直流放电负荷图如图1所示，将整个过程划分为M1、M2、…，Mn，n个时间段。
各段内分段时间为：
tai=Mj|a=1，2…，n（2）
各段所需要的蓄电池容量为：
Cca=Krel（3）
其中： Krel为可靠系数，一般取为1.4；Kc （ai）为容量换算系数根据相应的放电时间tai和放电终止电压Ud查表获得；Ii、Ii-1为时段Mi、Mi-1内的负荷电流，A。
取n个阶段的最大值，加上随机负荷所需的蓄电池容量，得出直流系统在整个事故放电过程中所需的蓄电池容量，即：
Cc≥ Cca+Krel（4）
4 基于HOXIE算法的新型表格法
目前通用的表格计算法计算过程如下：计算统计形式见表2，该方法的填表过程中，每阶段都需要列出不同的公式，当阶段比较多时，计算公式复杂，容易出现统计错误。
本文提出的新型表格法，公式统一，计算简单，其计算过程如下：
①计算所有的tai，并按大小顺序排列为：T1，T2，T3，T4，…，Tm，其中，m为不同时间段的个数。
②绘制aiT1表格，aiT1=Ii，I0=1，格式见表3。
③绘出对应阶段下的时间段梯形，用梯形下平行线的和减去上平行线的和，即为CCa。
综上，采用通用表格法及改进表格法，计算得到的220 kV典型变电站蓄电池容量均为：有人值班变电站计算容量为150 Ah，无人值班变电站计算容量为194 Ah。
5 结 语
本文在220 kV典型变电站直流负荷分析的基础上，分别用基于HOXIE算法的通用表格法和新型表格法进行了计算，两种方法计算结果一致。对于多放电阶段的情况，通用表格法由于计算公式繁琐，新型表格法的优势将更加明显，该方法对于变电站直流系统的设计有一定的实用价值。
参考文献：
[1] 卓乐友.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1991.
[2] 田羽，何仲，范春菊.变电站蓄电池容量计算和算法改进[J].电力系统保护与控制，2010，（22）.
[3] 白忠敏，刘百震，於崇干.电力工程直流系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.
[4] 武洁，张建，乔靖杰，等.10 kV炼油工艺装置变电所直流蓄电池容量的选择[J].通信电源技术，2014，（3）.
[5] 夏红光.110 kV综合自动化变电站蓄电池容量的计算[J].继电器，2004，（18）.
[6] 于崇干，邹昌泉.应用HOXIE公式计算蓄电池容量[J].华东电力，1982，（2）.