本艾默生直流屏設計技術系列文章內容包括變電站電力電源系統的結構設計、機柜布局、配電設計、降壓裝置、配電監控（包括信號采集、處理等）、輔助功能（指示、變送器等）設計關鍵點的說明、接地設計、整流器布局方式，同時詳細介紹各部分原理和在系統中應用設計。

在進行變電站直流系統電氣設計之前，必須理解和明確變電站用戶的技術協議要求，同時按照要求設計系統方案，進行充電裝置和蓄電池容量設計（這些信息可能在技術協議中已經注明，但是也需要檢查電力設計院和變電站用戶的設計與要求是否有誤）；同時羅列出技術協議要求的直流系統輸入輸出I/O二次信息。接著開展系統原理圖、屏面布置圖、輸出信號端子圖、材料表等設計溝通圖紙和資料的設計和擬制，隨后開展結構和電氣的詳細設計工作。

1.直流電源系統的結構設計

1.1直流電源系統結構布局

直流系統可以分為充饋電一體柜和分屏柜系統兩種形式。

直流充饋電一體柜主要由ER22010/T、ER11020/T、ER22005/S、HD22010-3、HD22005-3A和HD11010-3A等整流器組成，見圖1-1。直流充饋電一體柜系統一般適用于單蓄電池組單充電機、饋出回路小于24回（回路容量小于50A）、蓄電池容量小于150Ah的單母線系統（GZDW31/33/35），不推薦用于單母線分段系統（GZDW30/32/34），在進行系統設計時請參照該圖的布局方式，依次放置相關單元。在實際運行中，小型變電站的用戶需要將小容量的－48V通信電源系統DC/DC或AC/DC、DC/AC逆變器的其中之一放入該機柜中，因此富余的整流器安裝位置可以用于該設備的安裝。

圖1-1  直流充饋電一體柜布局圖

直流電源分屏柜系統由許多機柜組成，一般分為充電柜、饋電柜、聯絡柜、分電屏等組成。充電柜主要使用ER22010/T、ER11020/T、ER22020/T、ER11040/T、HD22010-3、HD22020-3、HD11020-3和HD11040-3等，依據容量要求可能用到HD22010-3和HD11010-3A。典型的一充一饋系統見圖1-2。

圖1-2  一充一饋分屏柜直流系統布局圖

直流饋電柜布局主要介紹MCB布局，以及160A以下使用MCCB的布局。分電屏回路全部使用MCB布局，見圖1-3。大型電廠的直流系統中饋電柜回路大于160A、每面屏安裝的回路不多，可依據實際情況設計。聯絡柜同樣不做介紹。

圖1-3  直流饋電柜布局圖

2.  直流電源系統各部分結構布局設計

2.1直流電源充電柜從上到下的布局分別為降壓硅鏈單元、交流配電及指示單元、監控單元、整流器、充饋電一體柜的饋出單元、電池輸入單元等。饋電柜從上到下的布局分別為配電監控單元、絕緣監測儀、兩段母線切換聯絡單元、饋出單元等。

2.2交流配電及指示單元布局

圖1-4表示交流配電及指示單元的布局，包括前門布局、正面板布局和后面板布局。切勿使前門上的器件與前面板器件的位置相互干涉。前安裝板上“交流切換”是用于兩路電源輸入時的手動控制功能，前門上的四個表頭和用于切換交流電壓顯示的“切換開關”等器件在絕大多數情況下是不需要的。

圖1-4 直流屏交流配電及指示單元布局圖

2.3直流屏整流器單元布局

圖1-5  整流器插框

直流屏整流器有兩種尺寸，系統機柜前開門形式也分為兩種（單門和大小門），還有整流器放置數量等的不同，可以考慮如下幾種插框形式，如圖1-5所示。各種插框功能見下表所示。

直流屏充電模塊冷卻方式為自冷與風冷相結合，因此在柜體設計時，尤其在考慮充電模塊的安裝位置時，要充分考慮充電模塊的外部散熱，柜體內部要留有便于空氣流通的風道。

一般情況下，直流屏機柜上只有一層模塊時，模塊上下方不需要設計散熱風道；但是有兩層模塊時，模塊插框之間必須預留散熱風道。自冷系列模塊之間也必須預留散熱風道，但自冷與風冷相結合的“3型”模塊之間不需要。

在考慮安裝位置時，對于220V/20A、220V/10A、110V/20A模塊，散熱風道間距一般大于20cm；對于110V/10A、220/05A模塊，自冷與風冷相結合間距一般大于15cm。自冷系列模塊之間也需要預留該間距。上下模塊間應有傾斜的間隔板隔離。間隔板可以使上層模塊不受下層模塊工作時產生的熱風影響。間隔板傾斜可以使下層模塊工作時所產生的熱風沿著傾斜的間隔板所形成的風道自動流通，達到散熱的效果。模塊后方盡量少安裝溫度敏感部件，設計時應避免將直流采樣盒、霍爾傳感器、配電監控盒等部件安置在模塊風道附近。模塊常見的散熱風道設計示意如圖1-6所示。

圖1-6  模塊風道設計示意圖

3.直流屏饋出單元布局

3.1 直流屏饋出單元安開關容量分為兩種：開關容量為1～50A的MCB和容量為63～160A的MCCB。MCB有幾種需求型式：

1．空氣開關加報警觸點（MCB＋FC）配置12路形式（常規形式）；

2．空氣開關加報警觸點加輔助觸點（MCB＋FC＋AS）配置10路形式；

3．用熔斷器式隔離開關SF2配置10路形式；

4．空氣開關加報警觸點（MCB＋FC）配置10路帶隔離空間的形式。

 3.2 MCCB最多安裝6路，容量可以選擇63A～125A和160A。

該部分設計時直流母線排列順序和顏色應當符合標準規定。同時應進行部分歸一化設計，以便在不同需求時快速應變和生產，為了簡化安裝和節約成本，饋出開關的輸入端可以設計標準化的銅排連接。MCB開關主體匯流銅排選用5*10mm²，開關連接處插入深度約15mm，MCB和SF2開關間距分36mm和45mm兩種；MCCB開關主體匯流銅排選用5*20mm²，間距都為99mm。實際運用可以兼顧多種配置數量而合理設計零件長度，依據需要現場裁剪，避免浪費。

直流饋出單元的安裝組件和面板也應當進行歸一化設計，互感器支架與機柜框架連接，并且用于支撐導軌，再由導軌支撐固定MCB、FC、AS和SF2等器件；而MCCB器件是直接用螺釘固定到支架上。支撐架的上折邊考慮指示燈、AS/FC等信號采集電纜的捆扎架，下折邊考慮輸出功率電纜和互感器信號采集電纜的捆扎架，設計時請考慮捆扎固定設施。

MCB開關的容量雖然有多種選擇，但是MCB、SF2、S1N系列MCCB和S2N系列MCCB的外形尺寸都是相對固定的。MCB單極寬度為18mm，雙極為36mm，其AS和FC都是9mm寬，因此可以將面板分割為9mm一個模數分割面板開孔，依據實際需要撤除模數面板和安裝MCB等器件。（未完待續）