發(fā)電機組直流電源系統(tǒng)應用及維護

顏建民，畢剛芝

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責任公司，湖南冷水江 417500)

小型余熱發(fā)電機組直流電源穩(wěn)定可靠的運行是整個發(fā)電系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，是發(fā)電機組突發(fā)緊急狀況下的重要安全保障，也是供電系統(tǒng)恢復正常的關(guān)鍵。因此，電源的配置設計必須科學、合理、規(guī)范，同時正常的日常點檢維護十分重要，整個系統(tǒng)的管理工作必不可少。文章對現(xiàn)有電源系統(tǒng)結(jié)合發(fā)電機組的具體實際需求，設計改造的全方位電源系統(tǒng)進行了介紹。

1 直流系統(tǒng)概況

發(fā)電站直流電源對汽輪機組直流油泵、DCS系統(tǒng)(汽輪機組集散控制系統(tǒng))、MTC系統(tǒng)(電站管理監(jiān)控系統(tǒng))、信號系統(tǒng)、事故照明、電氣等設備，提供緊急后備供給電源。由于直流系統(tǒng)是一個不間斷的直流電源，配置蓄電池組，蓄電池組是一種獨立的電源，不受交流電源的影響。因而交流失電、緊急事故發(fā)生時，蓄電池繼續(xù)給各負載供電，保證各關(guān)鍵設備的正常停用。電站直流電源系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用。

錫礦山閃星銻業(yè)有限責任公司設計電站直流電源系統(tǒng)除了一般普通的電氣設備、繼電保護、電腦監(jiān)控、事故照明等功能外，新增加了汽輪機直流油泵系統(tǒng)，它是保證機組在緊急或突發(fā)事故中安全運行的最后一道防護線，避免汽輪機軸承缺油燒毀，出力突降引起的飛車。還設計一套大功率電力逆變器，為系統(tǒng)設備提供緊急的交流220 V電源，為廠供電系統(tǒng)設備在無電狀態(tài)下提供各種保護，同時為鍋爐運行提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2 直流系統(tǒng)運行的組成及原理

2.1 直流系統(tǒng)運行組成

發(fā)電站的直流電源系統(tǒng)主要由直流充電柜、直流饋電柜、蓄電池組三大部分構(gòu)成，其中直流充電柜的主要組件有充電模塊、監(jiān)控模塊、交流配電單元、降壓硅鏈單元。直流饋電柜主要組件有饋電單元、切換單元、配電監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)測單元及各輸出配置。蓄電池組由18節(jié)12 V直流免維護蓄電池組成，總輸出為216 V 3 600 AH，為所有直流保安設備提供純凈直流電源。直流電源系統(tǒng)原理流程圖如圖1所示。

圖1 直流電源系統(tǒng)原理流程圖

2.2 直流系統(tǒng)運行原理

由廠供電三相交流380 V經(jīng)交流配電單元，分別輸入4組艾默生HD22010－3充電模塊，艾默生PSM－E10監(jiān)控模塊控制充電模塊的輸出直流電壓及電流，按充電曲線完成對蓄電池均充、浮充的全過程。蓄電池組作為供電電源，供給直流油泵、自動裝置、信號系統(tǒng)、事故照明、電氣設備，以及開關(guān)站內(nèi)高壓屏的合閘母線電源。開關(guān)站控制回路母線電源由充電模塊后經(jīng)降壓硅鏈后供電。充電模塊退出或交流停電時，一路直接由蓄電池組供給各直流負載，另一路經(jīng)電力逆變器可供給最大5 kW的單相交流電源，提供給DCS系統(tǒng)、MTC系統(tǒng)。以確保汽輪發(fā)電機組安全度過故障停電時間。

直流油泵的啟停機，由DCS系統(tǒng)控制啟停，同時可手動操作。當出現(xiàn)緊急情況時，汽輪機組保護停機，當機組從運行轉(zhuǎn)速降至4 800 r/min時，機組主軸上的主油泵停止工作，DCS系統(tǒng)根據(jù)油管路的潤滑油壓高低先后發(fā)指令給離心油泵、齒輪油泵，由于無市電，DCS會立即發(fā)指令給直流油泵，啟動油泵，維持汽輪機組各軸承、軸瓦中油潤滑，確保汽輪機平穩(wěn)停機。當市電恢復后，離心油泵啟動，停用直流油泵。

3 直流電源系統(tǒng)啟動及保護

3.1 直流系統(tǒng)啟動的條件

在如下三種情況下啟動直流系統(tǒng):

1.遭遇突發(fā)的雷擊事件，造成廠供電網(wǎng)高壓受雷擊跳閘，發(fā)電機過負荷保護跳閘，汽輪機連鎖緊急停機。

2.廠供電網(wǎng)低壓側(cè)故障跳閘，造成循環(huán)水泵、冷凝水泵失壓停機，汽輪機組真空度急驟下降，系統(tǒng)保護停機。

3.整個系統(tǒng)電網(wǎng)停電，發(fā)電機弧網(wǎng)運行沒有及時建立，機組停機。

3.2 直流系統(tǒng)保護對象

直流系統(tǒng)保護以下對象:

1.首先是在緊急狀態(tài)下，保護汽輪機發(fā)電機組平穩(wěn)減速停機。當機組在高速運轉(zhuǎn)5 560 r/min時，遭遇緊急情況停機，汽輪機主軸及軸瓦瞬間缺油，需要立即啟動直流油泵，向各轉(zhuǎn)動部分正常供油，以保證主軸與軸瓦充分潤滑，防止干磨燒毀，主軸變形，保護的供油點有推力軸瓦、位移軸瓦、汽輪機軸瓦、變速箱軸瓦及發(fā)電機軸瓦。同時，直流油泵運行后還起到降軸瓦溫度的作用。示意圖如圖2所示。

圖2 直流電源保護供給示意圖

2.保證機組控制監(jiān)控系統(tǒng)正常運行。當市電已經(jīng)停止供電后，主要保證中控DCS系統(tǒng)及MTC系統(tǒng)的正常運行，因為機組所有的關(guān)鍵設備，如鍋爐、汽輪機組、發(fā)電機組、6 kV開關(guān)站等都需要及時監(jiān)控其狀態(tài)，跟蹤其運行趨勢，以便操作員根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)及時、有效地進行調(diào)節(jié)，以確保整個系統(tǒng)的安全。

3.控制機房的監(jiān)控電腦正常工作。機房有各類電腦監(jiān)控7臺，每臺都有其作用，缺一不可，包括工程機監(jiān)控，汽輪機監(jiān)控，發(fā)電機監(jiān)控，開關(guān)站監(jiān)控，鍋爐監(jiān)控，汽包監(jiān)控，以上監(jiān)控作為操作員進行緊急工作時的重要依據(jù)。

4.開關(guān)站內(nèi)各控制母線電源與合閘母線電源。雖然控母與合母一直是由直流系統(tǒng)供給，但在無電狀態(tài)下同樣更需要及時操作高壓進線開關(guān)，以確保廠內(nèi)盡快恢復正常供電。

5.機房直流事故照明。為控制室和汽輪機房提供應急照明。

4 直流電源系統(tǒng)日常運行及維護

4.1 蓄電池

蓄電池在直流電源系統(tǒng)中占據(jù)核心地位，該發(fā)電站使用的是免維護密封式鉛酸蓄電池，占據(jù)直流電源系統(tǒng)總成本的1/3之多。免維護電池雖然是內(nèi)環(huán)境無需維護，但不是可以任意使用，實際維修也表明，約有50%以上直流電源故障與電池有關(guān)。因此，在使用和維修直流電源系統(tǒng)，正確使用電池就顯得尤其重要。

1.為了保證電池良好的工作狀態(tài)，對蓄電池必須每隔一定時間放充電一次，以達到激活電池的目的，恢復電池原有的容量數(shù)，發(fā)電站對電池的充放電規(guī)定為每年進行一次。

2.制定電池巡查點檢制度，并做相關(guān)記錄。內(nèi)容包括蓄電池的單體電壓值、連接處有無松動和腐蝕現(xiàn)象、殼體有無滲漏和變形、極柱與安全閥周圍是否有酸霧溢出、蓄電池溫度是否過高等，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，定期對電池組作外殼清潔工作。

3.對電池來說，溫度亦是一個非常主要的因素，當環(huán)境溫度每升高8℃時，電池的壽命會降低一半，而在使用時，當環(huán)境溫度下降時，電池所提供利用的容量，即AH也會明顯地下降，在發(fā)電站控制室裝設空調(diào)及排汽風扇，保證環(huán)境溫度在25℃左右。

4.2 充電裝置

1.應定期對充電裝置進行如下檢查:交流輸入電壓、直流輸出電壓、直流輸出電流等各表計顯示是否正確，運行噪聲有無異常，各保護信號是否正常，絕緣狀態(tài)是否良好。

2.交流電源中斷，蓄電池組將不間斷地向直流母線供電，應及時調(diào)整控制母線電壓，確?？刂颇妇€電壓值的穩(wěn)定。

3.維護人員應定期對充電裝置輸出電壓和電流精度、整定參數(shù)、指示儀表進行校對。定期進行穩(wěn)壓、穩(wěn)流、紋波系數(shù)和高頻開關(guān)電源型充電裝置的均流不平衡度等參數(shù)測試。

4.3 直流油泵

直流油泵日常運行及維護是關(guān)鍵。由于該泵一般是停止狀態(tài)，使用機率很少，但要保證在緊急情況發(fā)揮作用，該站規(guī)定直流油泵每周要進行在線試機一次，定期對電機進行碳刷清理，接線螺絲緊固，轉(zhuǎn)動部分檢查，油泵檢查，進出閥門檢查等，確保正常運轉(zhuǎn)。

4.4 后臺監(jiān)控電腦

1.運行中直流電源裝置的微機監(jiān)控裝置，應通過操作按鈕切換檢查有關(guān)功能和參數(shù)，其各項參數(shù)的整定應有權(quán)限設置和監(jiān)督措施。

2.定期對電腦進行清灰，嚴禁監(jiān)控電腦安裝無關(guān)軟件，嚴禁在監(jiān)控電腦上連接可疑外設，如U盤、移動硬盤，實時清理電腦里的臨時文件，對磁盤做定期整理。

5 案例分析

2011年8月10日，天氣為大雨伴有雷擊，早上8時30分，一個強雷擊在廠供進線上，254#、208#進線因?qū)ν夥垂╇娺^流保護跳閘，發(fā)電機組形成弧網(wǎng)運行，廠部分高壓分開關(guān)也因保護停供，使之發(fā)電機組出力與負載形成短時間平衡。8時52分，負載側(cè)高壓風機啟動，發(fā)電機組出力突增跳閘，全廠停電，汽輪機連鎖緊急停機。直流電源系統(tǒng)立即發(fā)揮作用，DCS系統(tǒng)指令直流油泵啟動，以保證汽輪機組平穩(wěn)停機。電力逆變器輸出以保證監(jiān)控系統(tǒng)正常工作，合母與控母電源以保證隨后的開關(guān)站高壓屏操作。及時地倒切線路，對廠進行供電。由以上看出，各直流電源系統(tǒng)設備的正常投運，是此次突發(fā)事件機組能安全停機的重要保障。

6 結(jié)語

直流電源系統(tǒng)是保證發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行，是電氣和熱工、保護系統(tǒng)的控制、信號、保護、自動裝置和某些執(zhí)行機構(gòu)重要電源，同時也是電磁操作機構(gòu)、事故照明裝置、直流潤滑油泵的重要電源，對整個發(fā)電站電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著極為重要的作用。通過對直流系統(tǒng)運行、維護、試驗的有效管理規(guī)范，使全機組系統(tǒng)有機協(xié)調(diào)部署，正確有效地發(fā)揮作用，保證廠供電網(wǎng)和機組安全穩(wěn)定地運行。安全、穩(wěn)定、可靠的直流電源系統(tǒng)為電站的穩(wěn)定運行及高效發(fā)電提供了可靠的技術(shù)保障，使余熱汽輪發(fā)電機組為公司帶來最大的經(jīng)濟效益。

［1］ 徐海明，王全勝.變電站直流電源設備使用與維護［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］ 國家電網(wǎng).直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［3］ 張和生.新型蓄電池原理與應用［M］.北京:商務印書館，2006.