变电站直流电源系统技术规范

南方电网变电站直流电源系统技术规范

中国南方电网有限责任公司企业标准

变电站直流电源系统技术规范

中国南方电网有限责任公司 发 布

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目 录

1 总则....................................................................... 1

2 规范引用文件 ............................................................... 1

3 术语和定义 ................................................................. 2

4 直流电源系统使用条件 ....................................................... 5

4.1 正常使用的环境条件 ....................................................... 5

4.2 交流输入电气条件 ......................................................... 6

5 通用技术要求 ............................................................... 6

5.1 直流电源系统配置原则 ..................................................... 6

5.2 直流电源系统电气接线 ..................................................... 7

5.3 直流供电网络的配置原则 ................................................... 7

5.4直流电源系统的主要技术参数要求 ........................................... 8

6 直流电源系统主要部件技术要求 ............................................... 1

6.1高频开关电源模块 ......................................................... 1

6.2 监控单元 ................................................................. 2

6.3 直流绝缘监测装置 ......................................................... 3

6.3.3绝缘监测装置基本功能要求 ............................................... 4

6.4 蓄电池电压巡检装置 ....................................................... 6

6.5直流熔断器、刀开关和直流断路器： ......................................... 8

6.6 降压硅链 ................................................................. 8

6.7 防雷器 ................................................................... 9

6.8 测量表计 ................................................................. 9

6.9 蓄电池 ................................................................... 9

6.10 直流屏柜 ............................................................... 12

7 蓄电池的安装要求 .......................................................... 13

7.1 安装场所的要求 .......................................................... 13

7.2 安装接线的要求 .......................................................... 13

8 标志、包装、运输、储存 .................................................... 15

8.1 标志 .................................................................... 15

8.2 包装 .................................................................... 15

8.3 运输 .................................................................... 16

8.4储存 .................................................................... 16

附录A（资料性附录）变电站直流电源系统电气主接线与负荷分配图 ................ 17

附录B (规范性附录)直流供电网络的配置原则 ................................... 21

I

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B.1 直流供电网络的总体配置原则 .............................................. 21

B.2 控制回路直流供电电源配置原则 ............................................ 21

B.3 保护装置直流供电电源配置原则 ............................................ 22

B.4 变电站综合自动化系统、继电保护及故障信息系统直流供电电源配置原则 ........ 22

B.5 直流电源系统支路直流熔断器和直流断路器级差配合原则和典型配置方案 ........ 23

附录C（规范性附录）主要部件电磁兼容、高低温性能及接口要求 .................. 24

C.1 高频开关电源模块的电磁兼容要求 .......................................... 24

C.2 高低温性能 .............................................................. 25

C.3绝缘监测装置电源、监测接口要求 .......................................... 25

C.3.2监测接口端子 .......................................................... 26

附录D（资料性附录）直流电源系统监控单元基本定值设置及告警I/O表 ............ 27

附录E（资料性附录）级差配合 ................................................ 30

E.1熔断器－自动空气开关的特性配合 .......................................... 30

E.2自动空气开关的保护特性配合 .............................................. 30

附录F（资料性附录）直流电源系统设备检验和试验 .............................. 34

F.1 出厂试验 ................................................................ 34

F.2 型式试验 ................................................................ 34

F.4 试验项目 ................................................................ 34

F.5绝缘监测装置的试验方法 .................................................. 37

F.6 蓄电池电压巡检装置 ...................................................... 38

附录G（规范性附录）本规范用词说明 ........................................... I

II

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前 言

直流电源设备是变电站关键的电源设备，为了加强并规范南方电网公司35～500kV变电

站直流电源系统的配置及设计，提高变电站直流电源设备运行的安全可靠性，特制定本规范。

本规定由中国南方电网有限责任公司生产设备管理部提出、归口管理和负责解释。

本规范主编单位：中国南方电网有限责任公司生产设备管理部。

本规范参编单位：广东电网公司。

本规范主要起草人：梅成林、邓小玉、刘玮、杨忠亮、袁亮荣、徐敏敏、王奕、盛超

本规范主要审查人：佀蜀明，何朝阳，马辉，陈曦，黄志伟。

本规范由中国南方电网公司标准化委员会批准。

本规范自发布之日起实施。

执行中的问题和意见，请及时反馈至中国南方电网有限责任公司生产设备管理部。

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1 总则

1.1本规范规定了南方电网35～500kV变电站直流电源系统（不包括通信直流电源）的技术

标准和要求，对直流电源系统的技术条件、订货、监造、包装、储存、现场安装、试验方法

等提出了具体要求。

1.2 本规范适用于南方电网公司35～500kV变电站的直流电源系统新建、改造工程。

1.3 本规范是依据国家和行业的有关标准、规程和规范并结合设备运行经验而制定的。

2 规范引用文件

下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后

所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达

成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本

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3 3.1

系统（system）

本规范的“系统”是指连接在一个共同的标称电压下工作的设备和导线（线路）的组合。

3.2

直流电源系统

直流电源系统由交流输入、充电装置、馈电屏、蓄电池组、监控单元（含馈线状态监测

单元）、绝缘监测（含接地选线）、硅降压回路（可选）、蓄电池电压巡检装置、电压电流测

量表计等组成。

3.3

标称电压（nominal voltage）

系统被指定的电压，变电站直流电源系统的标称电压为110V和220V。

3.4

电气设备额定电压（rated voltage for equipment）

根据规定的电气设备工作条件，通常由制造厂确定的电压。

3.5

蓄电池组（storage battery）

用导体连接两个或多个单体蓄电池用作电源的设备。

3.6

阀控式密封铅酸蓄电池（valve regulated sealed lead-acid battery）

蓄电池正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，

释放气体，当内部气压降低后安全阀自动闭合，同时防止外部空气进入蓄电池内部，使其密

封。蓄电池在使用寿命期限内，正常使用情况下无需补加电解液。

3.7

初充电（first charge）

新的蓄电池在交付使用前，为完全达到荷电状态所进行的第一次充电。初充电的工作程

序应参照制造厂家说明书进行。

3.8

恒流充电（constant current charge）

充电电流在充电电压范围内，维持在恒定值的充电。

3.9

恒压充电（constant voltage charge）

2

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充电电压在充电电流范围内，维持在恒定值的充电。

3.10

恒流限压充电（constant-current limit voltage charge）

先以恒流方式进行充电，当蓄电池组端电压上升到限压值时，充电装置自动转换为恒压

充电，直到充电完毕。

3.11

浮充电（floating charge）

在充电装置的直流输出端始终并接着蓄电池和负载，以恒压充电方式工作。正常运行时

充电装置在承担经常性负荷的同时向蓄电池补充充电，以补偿蓄电池的自放电，使蓄电池组

处于满容量状态。

3.12

均衡充电（equalizing charge）

为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的

充电，通称为均衡充电。

3.13

补充充电（supplementary charge）

为补偿蓄电池在存放中由于自放电产生的容量减少或大容量放电后的充电称为补充充

电。

3.14

蓄电池组容量试验（battery capacity test）

新安装的蓄电池组，将蓄电池组充满容量后，按规定的恒定电流进行放电，当其中一个

蓄电池放至终止电压时为止，按以下公式进行容量计算：

C=If×t（Ah）

式中：C－蓄电池组容量，Ah；If－恒定放电电流，A；t－放电时间，h。

3.15

蓄电池容量符号（battery capacity symbol）

C10 —10h（小时）率放电额定容量，单位：安时（Ah）。

3.16

放电电流符号（Discharge current symbol）

I10—10h（小时）率放电电流，数值C10/10，单位：安（A）。

3.17

恒流放电（constant-current discharge）

蓄电池在放电过程中，放电电流值始终保持恒定不变，直放到规定的终止电压为止。

3.18

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核对性放电（checking discharge）

在正常运行中的蓄电池组，为了检验其实际容量，以规定的放电电流进行恒流放电，当

其中一个单体电池达到了规定的放电终止电压，即停止放电，然后根据放电电流和放电时间，

计算出蓄电池组的实际容量，称为核对性放电。

3.19

终止电压（finish voltage）

蓄电池容量选择计算中，终止电压是指直流电源系统的用电负荷，在指定放电时间内要

求蓄电池必须保持的最低放电电压。对蓄电池本身而言，终止电压是指蓄电池在不同放电时

间内及不同放电率放电条件下允许的最低放电电压，一般情况下，前者要求比后者要高。

3.20

稳流精度（stabilized current precision）

充电装置在充电（稳流）状态下，交流输入电压在323～456V范围内变化，输出电压在

充电电压调节范围内变化，输出电流在其额定值20%～100%范围内任一数值上保持稳定时其

输出电流稳定程度，按以下公式计算：

δI =[（IM－IZ）/IZ]×100%

式中：δI－稳流精度；IM－输出电流波动极限值；IZ－输出电流整定值。

3.21

稳压精度（stabilized voltage precision）

充电装置在浮充电（稳压）状态下，交流输入电压在323～456V范围内变化，输出电流

在其额定值的0%～100%范围内变化，输出电压在其浮充电电压调节范围内任一数值上保持稳

定时其输出电压稳定程度，按以下公式计算：

δU =[（UM－UZ）/UZ] ×100%

式中：δU－稳压精度；UM－输出电压波动极限值；UZ－输出电压整定值。

3.22

纹波系数（ripple factor）

充电装置在浮充电（稳压）状态下，交流输入电压在323～456V范围内变化，输出电流

在其额定值的0%～100%范围内变化，输出电压在其浮充电电压调节范围内任一数值上，测得

电阻性负载两端脉动量峰值与谷值之差的一半，与直流输出电压平均值之比，按以下公式计

算：

δ=[（Uf－Ug）/2Up] ×100%

式中：δ－纹波系数；Uf－直流电压中脉动峰值；Ug－直流电压中脉动谷值；Up－直流

电压平均值。

3.23

效率（efficiency）

4

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充电装置的直流输出功率与交流输入有功功率之比，按以下公式计算：

η=（WD/WA）×100%

η－效率；WD －直流输出功率；WA －交流输入有功功率。

3.24

均流及均流不平衡度（equalizing current and unbalance）

采用同型号同参数的高频开关电源模块，以（N+1）或（N+2）多块并联方式运行，为使

每一个模块都能均匀地承担总的负荷电流，称为均流。模块间负荷电流的差异，叫均流不平

衡度，在总输出（30%～100%）额定电流条件下，按以下公式计算：

β=[（I－IP）/IN] ×100%

β－均流不平衡度；I－实测模块输出电流的极限值；IP－N个工作模块输出电流的平均

值；IN －模块的额定电流值。

3.25

直流绝缘监测装置

监测直流电源系统直流母线对地绝缘状况，反映直流母线正极、负极接地电阻值，能定

位接地故障支路并计算故障支路接地电阻值的在线监测与告警装置。

3.26

平衡桥电阻

绝缘监测装置中由四个电阻对直流系统进行接地检测，其中有两只固定与地进行连接的

电阻称为平衡桥电阻。

3.27

不平衡桥电阻

绝缘监测装置中由四个电阻对直流系统进行接地检测，其中有两只交替与地进行连接的

电阻称为不平衡桥电阻。

3.28 支路漏电流

指同一条支路的正极与负极之间的电流差。

1.1 3.29蓄电池电压巡检装置

在线监测蓄电池组的电压、电流和各个单体蓄电池的端电压，并具有显示、存储、报警

等功能，能够独立运行的装置。

3.30 直流电源屏

直流电源屏包括充电装置、馈（分）电屏、监控单元、电压电流监测、绝缘监测装置、

蓄电池电压巡检装置、硅降压回路（可选）。

4 直流电源系统使用条件

4.1 正常使用的环境条件

1.1.1 4.1.1 大气压力(80-110) kPa（海拔2000m及以下）；

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4.1.2 设备运行期间周围空气温度不高于40℃，不低于-10℃。

4.1.3 设备在5%～95%湿度运行时，产品内部既不应凝露也不应结冰。

1.1.2 4.1.4安装使用地点无强烈振动和冲击，无强烈电磁干扰，空气中无爆炸危险及导

电介质，不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体等存在。

4.1.5 安装垂直倾斜度不超过5%。

4.2 交流输入电气条件

4.2.1 频率变化范围不超过±2%。

4.2.2 交流输入电压波动范围:323～456V。

4.2.3 交流输入电压不对称不超过5%。

4.2.4 交流输入电压应为正弦波，非正弦含量不超过额定值的10%。

5 通用技术要求

5.1 直流电源系统配置原则

5.1.1 直流电源系统作为变电站控制负荷和部分重要直流动力负荷的电源，其容量选取和接

线方式应满足安全可靠运行的需要。

5.1.2 220～500kV变电站直流电源系统均应配置两组高频充电装置和两组蓄电池，110kV

变电站直流电源系统宜配置两组高频充电装置和两组蓄电池。

5.1.3 直流负荷包括电气的控制、信号、测量和继电保护、自动装置、操作机构直流电动机、

断路器电磁操动的合闸机构、站内交流不停电电源系统、远动装置电源和事故照明等负荷。

事故照明宜采用手动切换方式。交流不停电电源系统应仅在变电站交流失压时使用直流电源

的蓄电池组供电。

5.1.4 变电站遥视系统、门禁系统不得接入直流电源系统，视其供电可靠性需要可接入站内

交流不停电电源系统。

5.1.5 各类隔离开关的电动操动机构电机和断路器的储能机构电机应尽可能采用交流供电，

以减轻站内直流负荷及简化直流供电网络。

5.1.6 蓄电池应选用阀控式密封铅酸蓄电池。

5.1.7每组蓄电池带全站直流负荷事故放电时间应不小于2小时。110kV、220kV、500kV变

电站每组蓄电池容量可分别按300Ah(110V)、500Ah(110V)、800Ah(110V)或200Ah(220V)、

300Ah(220V)、500Ah(220V)选取，以上容量不考虑通讯负荷。对于3C绿色变电站蓄电池的

容量按实际情况进行考虑。

5.1.8500kV变电站设有继电保护装置小室时，宜在主控制室设主馈电屏，各继保小室设分

电屏；也可按电压等级或供电区域分散设置蓄电池组，且分别按两组蓄电池考虑（容量按每

组蓄电池所带负荷选择）。

5.1.3.9 充电装置应选用高频开关电源模块，充电装置的高频开关电源模块应并列运行，采

用N+1模式（N为充电机额定电流除以单个模块额定电流，N≤6时）或N+2模式（N≥7时）。

5.1.3.10 110kV、220kV、500kV变电站充电装置额定电流（N个高频开关电源模块额定电流

6

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之和）可分别按60A(110V)、80A(110V)、120A(110V)或40A（220V，4个10A模块）、60A（220V）、

100A(220V)选取。

5.1.3.11 35kV变电站直流电源系统应选用一套充电装置、一组蓄电池的方式，蓄电池应按

200Ah（110V）或100Ah（220V）选取。

5.2 直流电源系统电气接线

5.2.1 两组蓄电池两套充电装置的直流电源系统应采用二段单母线接线，两段直流母线之间

应设联络电器。每组蓄电池组和充电装置应分别接入不同母线。

5.2.2 采用直流主馈电屏和分电屏时，每面直流主馈电屏和分电屏上宜只设一段直流母线。

5.2.3蓄电池出口回路应装设熔断器和隔离电器（如刀开关），也可装设熔断器和刀开关合

一的刀熔开关。

5.2.4 充电装置直流侧出口和蓄电池试验放电等回路均应装设直流断路器或熔断器，装设熔

断器时应同时装设隔离电器，如刀开关。

5.2.5 直流馈线回路应装设直流断路器。

5.2.6 在进行切换操作时，蓄电池组不得脱离直流母线，在切换过程中允许两组蓄电池短时

并列运行。

5.2.7 充电装置交流输入应设两个回路，两路交流电源应分别取自站用电不同段交流母线。

当充电装置两路交流输入采用切换方式时，切换装置应稳定可靠；当充电装置两路交流输入

不采用切换方式时，每路交流输入应尽量均分充电模块的数量。

5.2.8 直流电源系统根据需要可保留硅降压回路，但应有防止硅元件开路的措施。

5.2.9 直流电源系统采用二段单母线接线时，每段母线宜配置独立的绝缘监测装置。绝缘监

测装置的测量接地点应能方便投退。

5.2.10 直流电源系统应采用不接地方式。

5.2.11 无硅链的直流电源系统的电气主接线要求可参考图A1，有硅链的直流电源系统的电

气主接线要求可参考图A2，500kV变电站直流负荷分配图可参考图A3，220kV和110kV变电

站直流负荷分配图可参考图A4。

5.3 直流供电网络的配置原则

5.3.1 直流供电网络的总体配置原则

直流供电网络的总体配置原则见附录B.1。

5.3.2 控制回路直流供电电源配置原则

直流供电网络的总体配置原则见附录B.2。

5.3.3 保护装置直流供电电源配置原则

直流供电网络的总体配置原则见附录B.3。

5.3.4 变电站综合自动化系统、继电保护及故障信息系统直流供电电源配置原则

直流供电网络的总体配置原则见附录B.4。

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5.3.5直流电源系统支路直流熔断器和直流断路器级差配合原则和典型配置方案

直流电源系统支路直流熔断器和直流断路器级差配合原则和典型配置方案见附录B.5。

5.3.6 其它二次设备直流供电电源配置原则

5.3.5.1 事故照明直流电源可采用辐射供电方式。

5.3.5.2 电能采集屏直流电源宜采用辐射供电方式。

5.4直流电源系统的主要技术参数要求

直流电源系统的主要技术参数见表1中的要求。

8

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6 直流电源系统主要部件技术要求

6.1高频开关电源模块

6.1.1 高频开关电源模块的主要功能是将交流电源变换为高品质的直流电源，模块构成：全

波整流及滤波器、高频变换及高频变压器、高频整流滤波器等。高频开关电源模块额定电流

宜为10A、20A、40A。

6.1. 2 每个高频开关电源模块内部应具有监控功能，显示输出电压/电流值，能不依赖监控

单元独立工作。当监控单元退出运行时，充电装置运行参数应保持为现场浮充整定值。正常

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工作时，模块应与监控单元通讯，接受监控单元的指令。

6.1.3 高频开关电源模块应具有交流输入过电压保护、交流输入欠电压报警、交流输入缺相

告警、直流输出过电压保护、直流输出过电流保护、限流及短路保护、模块过热保护及模块

故障报警功能。模块应具有报警和运行指示灯。任何异常信号应上送到监控单元。

6.1.4 高频开关电源模块应具有带电插拔更换功能，具有软启动功能，软启动时间3～8秒，

防止开机电压冲击。

6.1.5 高频开关电源模块在额定负载下长期连续运行，模块内部各发热元器件及各部位温升

最高应不超过表2中规定值。

表2 模块各部件极限温升（单位为开尔文）

6.2 6.2.1 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，

应根据直流电源系统运行状态，综合分析各种数据和信息，对整个系统实施控制和管理。

6.2.2 监控单元的测量功能

1）应能测量如下模拟量：

a) 充电装置交流输入电压（交流输入电压323～456V范围内）；

b) 充电装置输出电压/电流；

c) 合闸母线/控制母线电压；

d) 蓄电池组电压/电流；

e) 各个高频电源模块输出电流。

2）测量精度

a）电流： 1% 0.0005C10；

b）电压： 0.5%（90%～130%额定电压范围内）。

6.2.3 监控单元应具有限压限流特性，当模块输出电流小于其设置电流时，控制模块工作在

恒压状态；当模块输出电流达到设置电流时，控制模块工作在恒流状态。

6.2.4 监控单元应具备自诊断功能，能够诊断内部的电路故障和不正常的运行状态，并以硬

节点和报文形式给出报警到变电站综合自动化系统后台。监控单元的退出应不影响整个直流

电源系统可靠运行。

2

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6.2.5 监控单元控制功能以及定值项目：监控单元控制功能及定值项目参考附录D1和附录

D2。定值设置应具有掉电保持功能。

6.2.6运行方式设置功能：具有自动/手动进行均衡充电/浮充电切换功能；停电时间超过一

定时间或蓄电池放电容量超过设定值时，应能自动转为均衡充电；根据整定时间监控单元应

能自动控制充电装置定期对蓄电池组进行均衡充电，确保蓄电池组随时具有额定的容量。运

行方式设置参考附录D1。

6.2.7 告警功能：告警或故障时，监控单元应能发出声光报警，并应以硬节点形式和通讯口

软报文输出。监控单元的告警类别参考附录D3。

6.2.8 事件记录功能：监控单元应能储存不少于500条事件。运行参数的修改、直流电源系

统告警、均充等事件，事件记录应包括开始时间和结束时间，且时间记录应精确到秒。事件

记录具有掉电保持功能。

6.2.9 温度补偿功能：监控单元应具有蓄电池浮充电压温度补偿功能，当蓄电池环境温度偏

离设定温度25℃时，监控单元应能自动调节充电装置的浮充电压，实现温度补偿，补偿系

数根据蓄电池厂家推荐值设定。蓄电池环境温度测温探头不应少于3个，测温探头工作异常

时应报警。

6.2.10 显示功能：监控单元应能显示相关定值、模拟量测量值、事件记录和告警记录等。

6.2.11 操作权限管理：监控单元应具有操作权限密码管理功能，任何改变运行方式和运行

参数的操作均需要权限确认。

6.2.12 通讯功能：监控单元至少应有1个RS485和2个以太网通讯接口。其中1个RS485

通讯接口具备与成套装置中各子系统通讯功能，以太网通讯接口用于与变电站综合自动化系

统通讯，通讯规约宜采用MODBUS、103、DL/T329规约，实现对直流设备的遥测、遥信及遥

控功能（具体参数要求见附录D3直流电源系统I/O表）。

6.2.13 对时功能：监控单元应满足PPS(秒脉冲)或IRIG-B（DC）码对时，且对时误差应不

大于1ms。

6.2.14 馈线状态监测单元功能：馈线状态监测模块应能采集每回直流馈线回路的断路器位

置，并与监控单元通讯，实现对所有直流馈线的工作状态进行监视。

6.3 直流绝缘监测装置

6.3.1 正常使用的电气条件

6.3.1.1 额定工作电压

220V系统：DC220V；110V系统：DC110V；

6.3.1.2 允许波动范围

220V系统：DC170V-290V；110V系统：DC85V-145V。

1.1.2.1 6.3.1.3电压采样接口电压耐受能力

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e6hq.html