广深电气直流屏技术中心

 本艾默生直流屏设计技术系列文章内容包括变电站电力电源系统的结构设计、机柜布局、配电设计、降压装置、配电监控（包括信号采集、处理等）、辅助功能（指示、变送器等）设计关键点的说明、接地设计、整流器布局方式，同时详细介绍各部分原理和在系统中应用设计。

在进行变电站直流系统电气设计之前，必须理解和明确变电站用户的技术协议要求，同时按照要求设计系统方案，进行充电装置和蓄电池容量设计（这些信息可能在技术协议中已经注明，但是也需要检查电力设计院和变电站用户的设计与要求是否有误）；同时罗列出技术协议要求的直流系统输入输出I/O二次信息。接着开展系统原理图、屏面布置图、输出信号端子图、材料表等设计沟通图纸和资料的设计和拟制，随后开展结构和电气的详细设计工作。

1.直流电源系统的结构设计

1.1直流电源系统结构布局

直流系统可以分为充馈电一体柜和分屏柜系统两种形式。

直流充馈电一体柜主要由ER22010/T、ER11020/T、ER22005/S、HD22010-3、HD22005-3A和HD11010-3A等整流器组成，见图1-1。直流充馈电一体柜系统一般适用于单蓄电池组单充电机、馈出回路小于24回（回路容量小于50A）、蓄电池容量小于150Ah的单母线系统（GZDW31/33/35），不推荐用于单母线分段系统（GZDW30/32/34），在进行系统设计时请参照该图的布局方式，依次放置相关单元。在实际运行中，小型变电站的用户需要将小容量的－48V通信电源系统DC/DC或AC/DC、DC/AC逆变器的其中之一放入该机柜中，因此富余的整流器安装位置可以用于该设备的安装。

图1-1  直流充馈电一体柜布局图

直流电源分屏柜系统由许多机柜组成，一般分为充电柜、馈电柜、联络柜、分电屏等组成。充电柜主要使用ER22010/T、ER11020/T、ER22020/T、ER11040/T、HD22010-3、HD22020-3、HD11020-3和HD11040-3等，依据容量要求可能用到HD22010-3和HD11010-3A。典型的一充一馈系统见图1-2。

图1-2  一充一馈分屏柜直流系统布局图

直流馈电柜布局主要介绍MCB布局，以及160A以下使用MCCB的布局。分电屏回路全部使用MCB布局，见图1-3。大型电厂的直流系统中馈电柜回路大于160A、每面屏安装的回路不多，可依据实际情况设计。联络柜同样不做介绍。

图1-3  直流馈电柜布局图

2.  直流电源系统各部分结构布局设计

2.1直流电源充电柜从上到下的布局分别为降压硅链单元、交流配电及指示单元、监控单元、整流器、充馈电一体柜的馈出单元、电池输入单元等。馈电柜从上到下的布局分别为配电监控单元、绝缘监测仪、两段母线切换联络单元、馈出单元等。

2.2交流配电及指示单元布局

图1-4表示交流配电及指示单元的布局，包括前门布局、正面板布局和后面板布局。切勿使前门上的器件与前面板器件的位置相互干涉。前安装板上“交流切换”是用于两路电源输入时的手动控制功能，前门上的四个表头和用于切换交流电压显示的“切换开关”等器件在绝大多数情况下是不需要的。

图1-4 直流屏交流配电及指示单元布局图

2.3直流屏整流器单元布局

图1-5  整流器插框

直流屏整流器有两种尺寸，系统机柜前开门形式也分为两种（单门和大小门），还有整流器放置数量等的不同，可以考虑如下几种插框形式，如图1-5所示。各种插框功能见下表所示。

直流屏充电模块冷却方式为自冷与风冷相结合，因此在柜体设计时，尤其在考虑充电模块的安装位置时，要充分考虑充电模块的外部散热，柜体内部要留有便于空气流通的风道。

一般情况下，直流屏机柜上只有一层模块时，模块上下方不需要设计散热风道；但是有两层模块时，模块插框之间必须预留散热风道。自冷系列模块之间也必须预留散热风道，但自冷与风冷相结合的“3型”模块之间不需要。

在考虑安装位置时，对于220V/20A、220V/10A、110V/20A模块，散热风道间距一般大于20cm；对于110V/10A、220/05A模块，自冷与风冷相结合间距一般大于15cm。自冷系列模块之间也需要预留该间距。上下模块间应有倾斜的间隔板隔离。间隔板可以使上层模块不受下层模块工作时产生的热风影响。间隔板倾斜可以使下层模块工作时所产生的热风沿着倾斜的间隔板所形成的风道自动流通，达到散热的效果。模块后方尽量少安装温度敏感部件，设计时应避免将直流采样盒、霍尔传感器、配电监控盒等部件安置在模块风道附近。模块常见的散热风道设计示意如图1-6所示。

图1-6  模块风道设计示意图

3.直流屏馈出单元布局

3.1 直流屏馈出单元安开关容量分为两种：开关容量为1～50A的MCB和容量为63～160A的MCCB。MCB有几种需求型式：

1．空气开关加报警触点（MCB＋FC）配置12路形式（常规形式）；

2．空气开关加报警触点加辅助触点（MCB＋FC＋AS）配置10路形式；

3．用熔断器式隔离开关SF2配置10路形式；

4．空气开关加报警触点（MCB＋FC）配置10路带隔离空间的形式。

 3.2 MCCB最多安装6路，容量可以选择63A～125A和160A。

该部分设计时直流母线排列顺序和颜色应当符合标准规定。同时应进行部分归一化设计，以便在不同需求时快速应变和生产，为了简化安装和节约成本，馈出开关的输入端可以设计标准化的铜排连接。MCB开关主体汇流铜排选用5*10mm²，开关连接处插入深度约15mm，MCB和SF2开关间距分36mm和45mm两种；MCCB开关主体汇流铜排选用5*20mm²，间距都为99mm。实际运用可以兼顾多种配置数量而合理设计零件长度，依据需要现场裁剪，避免浪费。

直流馈出单元的安装组件和面板也应当进行归一化设计，互感器支架与机柜框架连接，并且用于支撑导轨，再由导轨支撑固定MCB、FC、AS和SF2等器件；而MCCB器件是直接用螺钉固定到支架上。支撑架的上折边考虑指示灯、AS/FC等信号采集电缆的捆扎架，下折边考虑输出功率电缆和互感器信号采集电缆的捆扎架，设计时请考虑捆扎固定设施。

MCB开关的容量虽然有多种选择，但是MCB、SF2、S1N系列MCCB和S2N系列MCCB的外形尺寸都是相对固定的。MCB单极宽度为18mm，双极为36mm，其AS和FC都是9mm宽，因此可以将面板分割为9mm一个模数分割面板开孔，依据实际需要撤除模数面板和安装MCB等器件。（未完待续）