Axelid@mail.ru
МТС - (8029)8733550

Расчет и выбор аккумуляторной батареи на объектах энергетики

Наиболее предпочтительными типами аккумуляторных батарей (АБ), для использования на объектах энергетики являются свинцово-кислотные АБ закрытого типа с жидким электролитом.

Обзор типов аккумуляторных батарей

В зависимости от конструкции положительного электрода различают АБ следующих типов:
OGi, OSP, VARTA BLOCK − c намазным положительным электродом.
Данный тип батарей имеет наиболее широкое применение в конструкциях стационарных свинцовых аккумуляторов.
В качестве положительного электрода(токоотвода) используется стержневая решетчатая пластина из свинцового сплава с низким содержанием сурьмы.
В решетку закладывается электродная паста, которая получается путем смешивания свинцового порошка и серной кислоты.
Срок службы батарей данного типа составляет 15-20лет.
Применяются при смешанном виде нагрузок – циклических и толчковых.

OpzS, OCSM − c панцирным (трубчатым) положительным электродом.
Электрод изготавливается в виде стержня с ответвлениями.
На стержень надевается перфорированный чехол из кислостойкого диэлектрика, имеющий набивку активной массы(электродная паста) положительного электрода.
Чехол обеспечивает контакт активной массы с токоотводом и предотвращает ее унос с поверхности электрода.
Срок службы батарей данного типа составляет 20лет.
Применяются при циклическом виде нагрузок

GroE − c поверхностным положительным электродом (PLANTE).
Имеют наиболее низкое внутреннее сопротивление из всех рассмотренных типов.
Их электроды изготавливаются из рафинированного свинца и представляют собой ламель с весьма высокой эффективной поверхностью.
Низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов GroE обуславливает стабильный уровень напряжение разряда, особенно при больших токах нагрузки.
Срок службы батарей данного типа составляет 25лет.
Применяются при высоком уровне толчковых нагрузок.

Отрицательные электроды у всех аккумуляторов изготавливаются по намазной технологии.

На менее ответственных объектах зачастую применяют свинцово-кислотные АБ герметизированного типа по технологии типа AGM, еще их называют необслуживаемые АБ.

Технология типа AGM – аккумуляторы с жидким электролитом, впитанным в стекловолоконный сепаратор.
Сепаратор пропитан растовором не полностью, свободый объем используется для рекомбинации газов, поэтому аккумулятор не требует долива воды на протяжении своего срока службы.
Положительные и отрицательные пластины батарей AGM – намазного типа.

Нагрузки систем постоянного тока энергетических объектов

Нагрузки системы постоянного тока можно разделить на следующие виды:

1. Постоянная нагрузка – соответствует току, потребляемому с шин системы постоянного тока в нормальном режиме и остается неизменной в течении всего аварийного режима.
В нормальном режиме постоянную нагрузку принимают на себя зарядно-подзарядные устройства.
К постоянной нагрузке относятся - устройства управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, постоянно включенная часть аварийного освещения.

2.Временная нагрузка - соответствует току потребителей, подключенных к аккумуляторной батарее при исчезновении переменного тока и характеризует установившийся аварийный режим;
К временной нагрузке относится - аварийное освещение, электродвигатели аварийных маслонасосов системы смазки, уплотнения и регулирования, преобразовательный агрегат связи.

3.Кратковременная нагрузка – длительностью несколько секунд, она характеризуется потребляемым от аккумуляторной батареи током в переходном аварийном режиме.
К кратковременной нагрузке относится - пуск электродвигателей, включение и отключение приводов выключателей.

Длительность аварийного режима(исчезновения переменного тока) принимается согласно заданию на проектирование.

При отсутствии в задании принимается равным:
-для тепловых электростанций входящих в систему – 30мин;
-для изолированных электростанций – 1 час;
-для электрических подстанций – 2 часа.

Расчет и выбор аккумуляторной батареи для электростанций

На электростанциях, как правило, устанавливается несколько аккумуляторных батарей.

Количество зависит от мощности турбоагрегатов и типа тепловой схемы.

На ТЭЦ с поперечными связями в тепловой части мощностью до 200 МВт устанавливается одна аккумуляторная батарея, а при мощности более 200 МВт - две одинаковой емкости.

На ТЭЦ с блочными тепловыми схемами выдачи мощности, для каждого из двух блоков, обслуживаемых с одного блочного щита, предусматривается установка, как правило, одной аккумуляторная батареи.

Для блоков мощностью 300 МВт и выше в тех случаях, когда применение одной батареи на два блока невозможно по условиям выбора коммутационной аппаратуры постоянного тока, допускается установка отдельной батареи для каждого блока.

Для примера рассмотрим выбор аккумуляторной батареи для блочной ТЭЦ с блоками мощностью 300МВт. 

Расчет производим для АБ одного из блоков ТЭЦ.

Исходные данные по нагрузкам системы постоянного тока в аварийном режиме:
-постоянная нагрузка – 50А;
-преобразовательный агрегат связи №1 – 35А, пусковой ток – 175А;
-преобразовательный агрегат связи №2 – 25А, пусковой ток – 150А;
-аварийное освещение – 100А;
-маслонасос системы уплотнения №1 – 30А, пусковой ток – 90А;
-маслонасос системы уплотнения №2 – 115А, пусковой ток – 345А;
-маслонасос системы смазки №1 – 65А, пусковой ток – 195А;
-маслонасос системы смазки №2 – 65А, пусквой ток – 195А;
-привод выключателя ОРУ-110кВ – пусковой ток 400А.

Составим график аварийного режима

график аварийного режима разряда для электростанций

Итоговые показатели графика аварийного режима:
-время разряда – 30мин;
-установившийся ток аварийного разряда – 485А;
-максимальный пиковый ток – 400А;
-максимальный пиковый ток с учетом установившегося – 885А.

Выбор числа элементов аккумуляторной батареи

Напряжение на шинах щита постоянного тока(ЩПТ) в режиме эксплуатации должно поддерживаться на 5% выше номинального, т.е. 220*0,05+220=231В.
Режим подзаряда 2,23В/эл – 231/2,23 = 104 элемента.
Обычно на электростанциях принимают на 1-2 элемента больше, т.е 105-106 элементов.

Данное увеличение требуется для компенсации падения напряжения в кабельных линиях и с учетом необходимости поддержания нормативного уровня напряжения у нагрузок, особенно с большими пусковыми токами.
Окончательное количество элементов определяется расчетами падения напряжения в сети постоянного тока.

Применение элементного коммутатора

Элементный коммутатор – устройство для безобрывного переключения элементов АБ в аварийном режиме для поддержания требуемого уровня напряжения на шинах ЩПТ, и в ремиме дозаряда АБ.
В аварийном режиме при постепенном разряде АБ и снижении напряжения количество элементов добавляется посредством переключения разрядной щетки в сторону увеличения количества подключенных элементов.
В режиме дозаряда, когда на каждый элемент АБ необходимо подать повышенное напряжение, количество элементов АБ с помощью зарядной щетки переключается в сторону уменьшения, для поддержания на шинах ЩПТ заданного уровня напряжения.
Общее количество элементов при использовании элементного коммутатора обычно принимают 130, чтобы в конце аварийного режима при напряжении на элементе АБ равном 1,8 В/эл напряжение на АБ сставило 1,8х130= 234В.

Применение устройства стабилизации напряжения постоянного тока

Устройства данного типа, например УТСП, представляет собой транзисторный преобразователь постоянного напряжения в постоянное повышенного уровня.
В аварийном режиме при постепенном разряде АБ, напряжение на выходе устройства поддерживается постоянным на уровне заданного.

Выбор емкости аккумуляторной батареи

Выбор емкости аккумуляторной батареи производится в следующем порядке:

1.Определяется установившийся ток в конце аварийного режима с учетом снижения емкости АБ по выражению

Iуст1 = Iуст/(0,8хKt);

где Iуст, А – установившийся ток аварийного режима;
0,8 – коэффициент емкости аккумуляторной батареи (в конце срока службы емкость составит 80%);
Kt - температурный коэффициент, зависящий от минимально возможной температуры в помещении.

Для нашего примера получаем Iуст1 = 485/(0,8х1)=606,3 А.

2.Определяется эквивалентное время нагрузки с учетом броска тока в конце аварийного режима по выражению

T1=(Iуст1хTавар)/Iт1;

где Тавар, мин – продолжительность аварийного режима;

Iт1=Iт/0,8 А – максимальный толчковый ток в конце аварийного режима с учетом установившегося и учетом снижения емкости батареи к концу срока службы;
где Iт, А – максимальный толчковый ток в конце аварийного режима с учетом установившегося;
0,8 – коэффициент емкости аккумуляторной батареи;

Эквивалентное время T1=(606,3х30)/1106,3=16,4мин;

Iт1=Iт/0,8 А=885/0,8=1106,3А

Далее необходимо взять разрядные характеристики предварительно выбранных типов батарей и посмотреть какой емкости нужно взять батарею, чтобы она выдержала ток 1106,3 А в течение 16,4 мин при напряжении 1,8 В/эл.
Например это батареи 13 GROE 1300 или 22 OGI 1600 LA.

Расчет и выбор аккумуляторной батареи для подстанций

На подстанциях обычно устанавливают одну или две аккумуляторные батареи.
Для подстанций с высшим напряжением 220-750кВ и ПС 110кВ с более чем тремя выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения устанавливаются две аккумуляторные батареи.
Для подстанций напряжением 35кВ и подстанций 110кВ с тремя и менее выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения устанавливается одна аккумуляторная батарея.
Каждая АБ выбирается с учетом полной нагрузки постоянного тока на подстанции.
Для примера рассмотрим выбор аккумуляторной батареи для ПС 110кВ.

Исходные данные по нагрузкам системы постоянного тока в аварийном режиме:
-постоянная нагрузка – 10А;
-аварийное освещение – 20А;
-привод выключателя ОРУ-110кВ – пусковой ток 100А.

Составим график аварийного режима

график аварийного режима разряда для подстанций

Итоговые показатели графика аварийного режима:
-время разряда – 180мин;
-установившийся ток аварийного разряда – 30А;
-максимальный пиковый ток – 100А;
-максимальный пиковый ток с учетом установившегося – 130А.

Выбор числа элементов аккумуляторной батареи

Напряжение на шинах ЩПТ в режиме эксплуатации на 5% выше номинального – 231В.
Режим подзаряда 2,23В/эл – 231/2,23 = 104 элемента.
Далее необходимо выполнить расчет падения напряжения в сети постоянного тока и при необходимости добавить 1-2 элемента.
Если уровень напряжения окажется окажется недостаточным, тогда следует применить схему с разделением шинок питания(ШП) и шинок управления(ШУ).
В этом случае привода выключателей подключаются к шинам ШП, которые включены на всю батарею, а остальные нагрузки на шинки ШУ, которые подключены к 104 элементам АБ.
В последнее время наблюдается тенденция к снижению пусковых токов включения приводов выключателей, поэтому при проектировании новых подстанций оказывается достаточным применение АБ состоящей из 104 элементов.

Выбор емкости аккумуляторной батареи

Порядок выбора емкости АБ точно такой же как и для электростанций.

1.Определяем установившийся ток в конце аварийного режима с учетом снижения емкости АБ

Iуст1 = 30/(0,8х1)=37,5 А;

2.Определяем эквивалентное время нагрузки с учетом броска тока в конце аварийного режима

T1=(37,5х180)/162,5=41,5мин;

Iт1=Iт/0,8 А=130/0,8=162,5А

Пиковый ток 162,5А в течение 41,5 мин при напряжении 1,8 В/эл может выдать аккумуляторная батарея 11GROE275 или 5OGI325 LA.

При выборе аккумуляторной батареи для создания раздела проекта по электроснабжению энергообъектов важно учитывать актуальность данных по разрядным характеристикам аккумуляторных батарей.

Характеристики довольно часто обновляются, поэтому перед началом расчета и выбора АБ обратитесь к производителю за актуальными разрядными характеристиками АБ.

P.S. Копирование материалов статьи возможно только при наличии активной ссылки на источник !!!

Назад
Коментарии
  • Сергей / 12 12 2016 в 16:30
    Спасибо за статью, пригодилась. Подскажите, пожалуйста, на основании каких методик выполняется переход от двухступенчатого (установившийся ток + пик в конце) графика к эквивалентному, где про это можно почитать?
  • Сергей / 11 03 2016 в 16:20
    Спасибо за полезную статью. Подскажите, пожалуйста, литературу, откуда взята данная методика выбора.
  • Я / 28 01 2016 в 11:28
    Благодарю за подробный расклад. После прочтения вопросов не осталось совсем.
Добавить комментарий