蒲石河抽水蓄能電站直流系統(tǒng)設計缺陷分析與改進

蔣春鋼，李長勝

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

蒲石河抽水蓄能電站直流系統(tǒng)設計缺陷分析與改進

蔣春鋼，李長勝

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

對蒲石河抽水蓄能電站地下廠房、開關站等兩段直流母線在操作切換中，存在短時中斷供電情況的設計缺陷進行分析，提出改進措施。

抽水蓄能電站；直流母線；設計缺陷

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧寬甸縣境內(nèi)，下水庫建在鴨綠江支流蒲石河上。設計總裝機容量為1200MW，安裝4臺300MW單級、立軸、混流可逆式水泵水輪機組。首臺機組計劃于2011年12月投入商業(yè)運行。建成之后是東北電網(wǎng)擔任調(diào)頻調(diào)峰和事故備用的重要電源點。

1 直流系統(tǒng)設計缺陷分析

抽水蓄能電站的直流系統(tǒng)是繼電保護、自動裝置和斷路器正確動作的重要設備，其穩(wěn)定運行對防止系統(tǒng)破壞性事故擴大和設備嚴重損壞至關重要。其地位隨著機組容量的不斷增大顯得更為重要。

蒲石河抽水蓄能電站直流系統(tǒng)組成：蓄電池采用法國STECO GRANIT A系列免維護閥控鉛酸蓄電池。防滲漏措施嚴密，散熱條件良好，具有自動開啟、關閉的安全閥；蓄電池巡檢子機可以監(jiān)測20節(jié)電池電壓以及1個環(huán)境溫度可在線檢測蓄電池組內(nèi)有無電池發(fā)生短路或開路現(xiàn)象，其報警接點引至微機直流監(jiān)控裝置顯示處理；EEP2-20/220V高頻開關電源模塊，EEP整流模塊為抽屜式結(jié)構(gòu)，可帶電更換，采用n+1冗余組合熱備份方式，具有按照閥控式密封鉛酸蓄電池的特性自動充電及活化電池的功能；EK-04C微機監(jiān)控模塊硬件由雙32位CPU的工控主板為核心組成的觸摸屏，可對直流系統(tǒng)中的交流配電單元、高頻開關整流模塊、微機絕緣監(jiān)測裝置、蓄電池巡檢裝置、直流隔離電壓變送模塊和霍耳電流變送模塊、蓄電池環(huán)境溫度檢測模塊等下級監(jiān)測控制設備實施數(shù)據(jù)采集并顯示，并可根據(jù)系數(shù)的各種設置數(shù)據(jù)進行告警處理和歷史數(shù)據(jù)管理，同時對這些處理結(jié)果加以判斷，根據(jù)不同的情況實行電池智能管理、輸出控制等操作。

電廠在組織直流系統(tǒng)運行規(guī)程編寫討論時發(fā)現(xiàn)，電站地下廠房、開關站和中控樓直流系統(tǒng)在一組交流充電裝置失電，需將該段直流母線聯(lián)絡至另一直流母線運行操作時，存在短時中斷供電情況。

地下廠房、開關站為“2+2”配置（開關站為“3+2”）。見圖1。若1號充電盤交流電源失電或整套故障，短時無法處理，必須盡快將1號饋電盤聯(lián)絡至2號饋電盤運行。操作步驟：①將1號充電盤輸出刀閘1DZ1切至“0”位置；②將1號饋電盤輸入刀閘1DZ2切至“聯(lián)絡”位置；③拉開1號充電盤交流電源開關1K1。由于1DZ2為雙投刀閘，在1DZ2切至“聯(lián)絡”位置過程中，1號饋電盤會脫開1號蓄電池組，所代直流負荷短時失電?？赡茉斐蓹C組跳機，保護、自動裝置誤動。

圖1 原設計接線

查閱《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》，防止直流系統(tǒng)事故13.3.2.2條規(guī)定：“直流母線在正常運行和改變運行方式的操作中，嚴禁脫開蓄電池組?！北驹O計顯然不符合這一要求。

2 設計缺陷的發(fā)生原因

2.1 設計人員沿襲舊規(guī)程，不熟悉新規(guī)程

根據(jù)《DL/T 5044-95火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設計技術(shù)規(guī)定》4.1.2規(guī)定：“采用單母線接線的直流系統(tǒng)，2組單母線間應實現(xiàn)聯(lián)絡，并應有防止2組蓄電池并聯(lián)運行的閉鎖措施。宜采用聯(lián)絡開關與蓄電池組電源開關機械閉鎖或電氣閉鎖。但系統(tǒng)接線應考慮在運行切換時不中斷直流負荷供電的要求，將1組充電設備接至直流母線?！?/p>

（1）1995年版設計規(guī)程規(guī)定：任何條件不允許兩組蓄電池并列運行。實際上兩組蓄電池不能長期并列運行。原因：

①當兩組電池并聯(lián)用低壓恒壓充電后，由于內(nèi)阻大的那組電池出現(xiàn)了負充電，而充電所謂終了后，就有兩組電池的不等電動勢。在相同的時間內(nèi)，兩組蓄電池充入的容量是不相等的，無法使并聯(lián)的兩組電池同時達到真正的飽和狀態(tài)。

②當兩組電池并聯(lián)時就組成電池內(nèi)部的放電回路。兩組或兩組以上的蓄電池長期并聯(lián)，還會造成電池內(nèi)耗的增加。

另外規(guī)定：為了在運行切換時不中斷直流負荷供電，將充電設備接至直流母線。這樣在充電設備正常運行時，可以保證切換時不中斷直流負荷供電。但是在充電設備故障或失電時，切換過程中直流負荷會中斷供電。

（2）對于兩組蓄電池并聯(lián)問題，在新版的設計規(guī)程中，已更改了原1995版中關于蓄電池不能并聯(lián)的說法。在《DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設計技術(shù)規(guī)程》4.5.1第三條規(guī)定：“2組蓄電池的直流系統(tǒng)，應滿足在運行中二段母線切換時不中斷供電的要求。切換過程中允許2組蓄電池短時并列運行。”

兩組蓄電池正常時應是分列運行，考慮到定期充、放電試驗要求和事故處理，為了轉(zhuǎn)移直流負荷，需要短時并聯(lián)運行。在2組蓄電池電壓相差不大，而且時間很短，對蓄電池沒有大的危害是允許的。其實在正常運行的直流系統(tǒng)中，為了保證蓄電池的滿充電，蓄電池處于浮充電狀態(tài)，充電裝置的輸出電壓始終高于蓄電池組電壓，使整個直流系統(tǒng)中每段母線的電壓被充電裝置輸出鉗制，如果需要母線負荷切換，此時允許兩組蓄電池短時并聯(lián)運行，兩組蓄電池不會形成環(huán)流情況。

2.2 設計人員對于國網(wǎng)公司反措要求不了解

設計人員一般都是按照設計規(guī)程進行設計，同時會參考一些典型設計。設計人員大都沒有生產(chǎn)運行經(jīng)驗，不能夠從運行角度進行設計。沒有考慮到各種情況下，直流系統(tǒng)運行和改變運行方式操作中的可靠性。國網(wǎng)反措要求都是通過總結(jié)分析近年國網(wǎng)公司系統(tǒng)發(fā)生的重大事故的特征，要求制造、設計、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)等各個單位認真貫徹執(zhí)行。這些反措要求都是事故教訓換來的，有很強的實際指導作用。

2.3 照搬照抄其它電站設計

查看國網(wǎng)新源系統(tǒng)的天荒坪、張河灣、寶泉、西龍池等抽水蓄能電站直流系統(tǒng)，聯(lián)絡開關與蓄電池開關均有閉鎖。都存在兩組蓄電池無法短時聯(lián)絡運行設計缺陷。我國從90年代開始大規(guī)模新建抽水蓄能電站，許多設計還不夠成熟。部分設計存在抄襲現(xiàn)象，發(fā)生雷同錯誤也就在所難免。

3 設計缺陷的改進措施

3.1 接線方式選擇

將原饋電盤輸入刀閘1DZ2、2DZ2由雙投刀閘改為單投刀閘。在1號饋電盤與2號饋電盤母線間加裝直流斷路器DZ。見圖2。

圖2 改進設計接線

同樣情況，若1號充電盤交流電源失電或整套故障，短時無法處理。操作步驟：①將1號充電盤輸出刀閘1DZ1切至“0”位置；②合上1號饋電盤與2號饋電盤聯(lián)絡開關DZ；③拉開1號饋電盤輸入刀閘1DZ2；④拉開1號充電盤交流電源開關1K1。1號饋電盤在切換操作中沒有脫開蓄電池組，滿足國網(wǎng)公司反措要求。

3.2 直流斷路器選擇

斷路器額定電流按饋電盤上全部用電回路的計算之和選擇，即

式中：Icc為控制負荷計算電流，A；Icp為保護負荷計算電流，A；Ics為信號負荷計算電流，A；Kc為同時系數(shù)，取0.8。

為了保證保護動作選擇性要求，斷路器的額定電流還應大于饋電柜饋線斷路器的額定電流，它們之間電流級差不宜小于四級。

4 結(jié)語

直流系統(tǒng)對于電站的可靠運行起著至關重要的作用。各級設計人員從工程設計之初就應嚴格把關，為將來生產(chǎn)運行著想。避免出現(xiàn)電站建成之后再進行技改，浪費投資。

TM910.2

B

1672-5387（2011）02-0059-02

2010-11-02

蔣春鋼（1972-），男，工程師，從事抽水蓄能電站生產(chǎn)運行與管理工作。