660MW火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)蓄電池的選擇

李傳闊

【摘 要】直流系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的重要組成部分，它具有持續(xù)、可靠供電的特性，可以在火電廠失去廠用交流電源時，為電廠提供持續(xù)不斷的直流電源，保證火電廠控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、事故油泵等重要負荷的繼續(xù)運轉，以確保機組安全停機。直流系統(tǒng)主要由直流配電屏、充電裝置、蓄電池組、絕緣監(jiān)察裝置等組成，蓄電池在直流系統(tǒng)中占據(jù)舉足輕重的角色，它是直流系統(tǒng)持續(xù)電源的源泉，它的型式和容量都深刻的影響著火電廠的直流系統(tǒng)。

【關鍵詞】火力發(fā)電廠 直流系統(tǒng) 蓄電池 型式 容量

火力發(fā)電廠的直流負荷可分為控制負荷和動力負荷，控制負荷即為保護、控制、自動裝置等，控制負荷多為低功率、小容量的電子元件和繼電器等，所以可以考慮采用110V專用蓄電池組。但當供電距離較長或負荷電流過大時，其電纜截面也相應增大，經(jīng)濟性會降低。火電廠的動力負荷主要指事故油泵、事故照明等，這些負荷額定功率較大、供電距離長，采用220V的蓄電池組較為合理。因此660MW的火力發(fā)電廠可裝設3組蓄電池，2 組110V蓄電池給控制負荷供電，另1組220V蓄電池給動力負荷供電；但從經(jīng)濟性上考慮，也可裝設2組220V蓄電池合并供電，減少投資。

1 直流系統(tǒng)的配置

火力發(fā)電廠的直流電源系統(tǒng)主要由交流輸入、充電裝置、饋電屏、蓄電池組、監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)察、蓄電池管理單元等組成。現(xiàn)在直流系統(tǒng)的充電裝置采用高頻開關電源模塊，可以將交流電源變換成高品質(zhì)的直流電源，一方面供給直流負荷使用，另一方面滿足蓄電池浮充電運行。監(jiān)控單元能根據(jù)直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，監(jiān)控高頻開關電源，綜合分析各種數(shù)據(jù)和信息，對整個系統(tǒng)實施終直流電源通過直流饋電屏輸送到火力發(fā)電廠的各個直流負荷?？刂坪凸芾怼Ｖ绷飨到y(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置主要在線檢測直流系統(tǒng)的對地絕緣狀況，并自動檢出故障回路。當直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障（正接地、負接地或正負同時接地），絕緣監(jiān)察裝置應能顯示和發(fā)出報警信號，并且能夠判斷接地極性。蓄電池管理單元的主要檢測蓄電池組運行工況、測量各節(jié)蓄電池的電壓。

2 蓄電池的選型

火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)常用的蓄電池型式為防酸式鉛酸蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電。防酸式鉛酸蓄電池和閥控式密封鉛酸蓄電池均屬于鉛酸蓄電池，它們具有可靠性高、容量大和承受一定的沖擊負荷等優(yōu)點，故被發(fā)電廠廣泛采用。鎘鎳蓄電具有放電倍率高、安裝方便和使用壽命長等優(yōu)點，但它的單體電池電壓低，使電池數(shù)量增加，需要設調(diào)壓裝置以及有爬堿等缺點，所以在小型發(fā)電廠和小型直流電源系統(tǒng)中使用。

防酸式鉛酸蓄電池的電極（主要由鉛制成）浸在硫酸溶液中，蓄電池槽與蓄電池蓋之間密封，使蓄電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體只能從防酸栓排出。防酸式鉛酸蓄電池的使用歷史悠長，技術比較成熟，運行中可以加液且便于監(jiān)視，壽命較長，價格較低，故常在大型發(fā)電廠采用。閥控式密封鉛酸蓄電池在正常使用時保持氣密和液密狀態(tài)，當內(nèi)部氣壓超過預定值時，安全閥自動開啟，釋放氣體，當內(nèi)部氣壓降低后安全閥自動閉合，同時防止外部空氣進入蓄電池內(nèi)部，使其密封。蓄電池在使用壽命期限內(nèi)，正常使用情況下無需補加電解液，減少了維護工作，且放電性能好、技術指標先進，所以閥控式密封鉛酸蓄電池正逐步取代防酸式鉛酸蓄電池，成為火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)的主選。鎘鎳蓄電池是正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(zhì)主要由鎘制成的一種堿性蓄電池。由于其單體電池電壓低，所以比較適用小型直流系統(tǒng)。

通過上述各種蓄電池優(yōu)缺點的對比，且660MW火力發(fā)電廠的直流負荷較大，直流電機啟動運行會對直流系統(tǒng)產(chǎn)生一定的沖擊，所以火力電廠機組直流系統(tǒng)的蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池。不僅滿足容量大、耐沖擊、可靠性高的要求，同時還減少了蓄電池日常的維護工作。

3 蓄電池容量的選擇

660MW火力發(fā)電廠的機組直流負荷中動力負荷占比較大，所以選用2組220V蓄電池合并供電較為經(jīng)濟。220V直流電源長距離輸送壓降小，可以滿足大功率直流負荷啟動、運行的需要?，F(xiàn)在的保護、控制和自動裝置的絕緣性能和耐壓性能普通提高，完全適應220V直流電源。2組蓄電池可以合理的分配大功率直流負荷，并可以互為備用，保證直流供電的可靠性。660MW火力發(fā)電廠典型機組直流負荷如表1。

表1 660MW火力發(fā)電廠典型機組直流負荷清單

根據(jù)上面火力發(fā)電廠直流負荷統(tǒng)計情況，計算機組直流系統(tǒng)的蓄電池容量如下：

（1）蓄電池的個數(shù)：蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池，按照浮充電運行時保證直流母線電壓為額定電壓的105%選擇蓄電池個數(shù)。每只蓄電池浮充電壓為2.23V，則蓄電池個數(shù)n=1.05Un/Uf=103.6只，故蓄電池個數(shù)選擇104只。式中的Un為直流系統(tǒng)額定電壓220V，Uf為蓄電池浮充電壓2.23V。（2）蓄電池容量的選擇：蓄電池組電壓為220V，采用階梯負荷法計算蓄電池組的容量，蓄電池的終止電壓Ufm=1.87，可靠系數(shù)Kk=1.80。

220V #1蓄電池組（不設端電池）階梯負荷計算如下：

第一階段計算容量 Cc1=Kk×I1/Kc1， Kc1為容量換算系數(shù)，取1.18

I1=844.5A，M1=1，t=1min，Kc1=1.18 1/h。由此得出Cc1=1288.24 AH

第二階段計算容量Cc2=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2]

I1=844.51A，M1=1，t1=30min，Kc1=0.755 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=29min，Kc2=0.764 1/h。由此得出Cc2=884.93 AH

第三階段計算容量Cc3=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3]

I1=844.51A，M1=1，t1=60min，Kc1=0.52 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=59 min，Kc2=0.55 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=30min，Kc3=0.755 1/h。由此得出Cc3=1350.04 AH

第四階段計算容量Cc4=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3+（I4-I3）/Kc4]

I1=844.51A，M1=1，t1=90min，Kc1=0.408 1/h；I2=365.54 A，M2=29，t2=89 min，Kc2=0.413 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=60min，Kc3=0.520 1/h；I4=224.60A，M3=30，t3=30min，Kc3=0.779 1/h。由此得出Cc4=1312.59 AH

第五階段計算容量Cc5=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3+（I4-I3）/Kc4+（I5-I4）/Kc5]

I1=844.51A，M1=1，t1=180min，Kc1=0.258 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=179 min，Kc2=0.258 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=150min，Kc3=0.296 1/h；I4=224.60A，M3=30，t3=120min，Kc3=0.334 1/h；I5=32.09A，M3=30，t3=90min，Kc3=0.408 1/h。由此得出Cc5=941.39AH

隨機負荷時計算容量Cr= Ir/ Kcr， IR——隨機負荷電流， KCR——隨機（5s）負荷的容量換算系數(shù)。Ir=6A，Kcr=1.27，由此得出Cr=4.72 AH將Cr疊加在Cc2、Cc3、Cc4、Cc5上，與Cc2進行比較，取最大值，故蓄電池容量為：C10=1354.77 AH。

根據(jù)以上計算，1#蓄電池組容量選擇為1800 AH。同理可計算得出2#蓄電池組的容量1557.56 AH，故2#蓄電池組容量選為1800 AH。最終確定兩組蓄電池容量同為1800 AH。

4 結語

直流系統(tǒng)是火力發(fā)電廠重要的保障電源，它能持續(xù)不斷的供給直流電源。而蓄電池又是直流電源的源泉，蓄電池型式的選擇、容量大小的選擇、數(shù)量的選擇都直接影響著直流系統(tǒng)的可靠性。因此對于660MW的大型火力發(fā)電廠，蓄電池的選擇應采用嚴密的計算，選擇合理的容量和數(shù)量；在考慮技術可靠性的前提下還應考慮經(jīng)濟性，閥控式密封鉛酸蓄電池就是大型火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)不錯的選擇，它可靠性高、容量大，能承受一定的負荷沖擊，可以為大型火力發(fā)電廠提供源源不斷的直流電源。

參考文獻：

[1] DL/T 5044-2004，電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程.

[2] DL/T 724—2000，電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規(guī)程.