淺談柴河水電站直流系統(tǒng)的改造

(遼寧省柴河水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112000)

柴河水庫電站為壩后式電站，坐落于鐵嶺市城東12km，地理位置為東經(jīng)124°12′、北緯42°16′，是柴河水庫主體工程的重要組成部分。該電站于1976年正式建成發(fā)電，總裝機(jī)容量為7030kW。該電站原配直流系統(tǒng)額定電壓為110V。采用58個(gè)300Ah的固定式鉛酸蓄電池，以浮充電方式運(yùn)行，充電與浮充電是合用一臺GCA-30/0-160型硅整流器。另外，為維持蓄電池充放電時(shí)直流母線電壓恒定，在蓄電池回路中裝有端電池調(diào)整器(KYZ0-600型蓄電池控制器)。蓄電池供給該電站的繼電保護(hù)、自動裝置、操作信號回路，斷路器合閘以及事故照明電源，對于發(fā)電機(jī)組的少油斷路器和66kV少油斷路器合閘還可以由GKA型硅整流器供電。

1 改造的必要性

由于設(shè)備老化、年久失修，再加上受早期技術(shù)水平的限制，原直流系統(tǒng)已不能滿足在緊急事故狀況下對電站供電安全可靠的需求，主要存在以下問題：電站原有直流系統(tǒng)為固定式鉛酸蓄電池，該電池維護(hù)工作繁瑣；需專門的蓄電池室，嚴(yán)重浪費(fèi)廠房資源；目前電站多數(shù)設(shè)備要求的電壓等級都是220V，而原直流系統(tǒng)仍為110V；原蓄電池組運(yùn)行年限將至，再加上一些自動化元件布置在常年陰暗潮濕的水輪機(jī)層，整個(gè)直流系統(tǒng)的絕緣水平很低，且存在漏酸甚至爆炸等安全隱患。

鑒于以上諸多安全隱患，柴河水電站直流系統(tǒng)改造任務(wù)迫在眉急。

2 新直流系統(tǒng)的描述及特點(diǎn)

柴河水電站改造后的直流系統(tǒng)由交流配電、充電模塊、直流饋電、監(jiān)控模塊、絕緣監(jiān)測、蓄電池組、電池監(jiān)測、機(jī)柜等部分組成(見圖1)。

圖1 接線原理圖

新的智能型高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)是針對電力系統(tǒng)高可靠性以及高性能的要求，以及供電智能程度不斷加大而設(shè)計(jì)出的新一代電源產(chǎn)品，它擁有現(xiàn)在最先進(jìn)的智能化高頻開關(guān)電源技術(shù)、模塊化的設(shè)計(jì)，且具有很高的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度，很小的紋波系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 蓄電池

改造后的直流系統(tǒng)，以閥控式鉛蓄電池作為后備電源。其額定電壓由原先的110V更變?yōu)?20V，采用18節(jié)SP12-200型閥控式鉛蓄電池。其額定電壓為12V/節(jié)，額定容量為200Ah(見圖2)。

圖2 電池連接示意圖

該蓄電池比之前的固定鉛酸蓄電池有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：閥控式鉛蓄電池是全密封的，因此不會漏酸，而且在充放電時(shí)不會像老式鉛酸蓄電池那樣會有酸霧放出來而腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境；密封程度高，電解液像凝膠一樣被吸收在高孔率的隔離板內(nèi)，不會輕易流動，因此電池可以橫放；閥控式密封鉛酸蓄電池的極板柵采用無銻鉛合金，電池的自放電系數(shù)很?。浑姵氐恼?fù)極板完全被隔離板包圍，有效物質(zhì)不易脫落，使用壽命長；閥控式密封鉛酸蓄電池的體積比老式電池小，而容量卻比老式電池高；電池在長期運(yùn)行中無需補(bǔ)充任何液體，同時(shí)在使用過程中不會產(chǎn)生酸霧、氣體，維護(hù)工作量極?。浑姵氐膬?nèi)阻較小，大電流放電的特性好。

2.2 充電模塊

改造后的直流系統(tǒng)充電模塊系采用N+1的設(shè)計(jì)，這種模式下系統(tǒng)的充電可靠性強(qiáng)且充電模塊可以帶電熱插拔，平均維護(hù)時(shí)間大幅度減少。它的主要工作流程是：輸入的三相交流電首先經(jīng)過防雷和濾波處理，經(jīng)整流轉(zhuǎn)換成高壓直流電，經(jīng)高頻移相全橋PWM電路軟開關(guān)逆變轉(zhuǎn)換為高頻交流電，再經(jīng)高頻變壓器隔離降壓全橋整流LC濾波后整流輸出。該模塊有很好的防雷效果，采用無源PFC技術(shù)，可使功率因數(shù)達(dá)到0.9以上，采用的高頻軟開關(guān)技術(shù)，可以使模塊的轉(zhuǎn)換效率提高到94%。

2.3 逆變電源

改造后的智能型專用逆變電源，采用智能化微機(jī)CPU控制技術(shù)，當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，市電經(jīng)濾波整流成直流電，再經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，經(jīng)變壓器、隔離靜態(tài)開關(guān)、濾波器送至用戶；當(dāng)市電中斷時(shí)，則由直流輸入迅速給逆變器供電，再經(jīng)變壓器、隔離靜態(tài)開關(guān)、濾波器送至用戶。即無論外界環(huán)境發(fā)生怎樣的變化，它都能快速響應(yīng)并實(shí)時(shí)提供不間斷的高品質(zhì)的交流輸出。它具有先進(jìn)的控制理論和成熟穩(wěn)定的高頻逆變模式，該逆變電源還具備開機(jī)自檢功能，帶載能力強(qiáng)、負(fù)載兼容性好。內(nèi)置旁路開關(guān)，提高了逆變電源供電的可靠性、連續(xù)性。通過外接SNMP適配器，實(shí)現(xiàn)逆變電源的上網(wǎng)功能，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理的目的。

3 改造后的運(yùn)行狀況

柴河水電站增效擴(kuò)容改造后的直流系統(tǒng)自2015年投入使用后，運(yùn)行一直都可靠安全，保證了電站的平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)然期間也出現(xiàn)過一些小問題，如當(dāng)廠內(nèi)機(jī)組停電倒閘時(shí)，主站監(jiān)控電腦也隨之?dāng)嚯姡?jīng)與設(shè)計(jì)溝通將主站電源接線重新接至UPS電源裝置中，此現(xiàn)象消除。運(yùn)行期間充電模塊通信中斷，經(jīng)檢查是由于充電模塊地線連接不良導(dǎo)致的，重新緊固連接線，此故障消除?？傮w來說，改造后的直流系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、智能、高效；從資源利用角度來說，改造后的直流系統(tǒng)還為該電站節(jié)約出了一個(gè)職工休息室，使職工能夠在更加舒適的環(huán)境中為電站的生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)光發(fā)熱。

4 結(jié) 語

直流系統(tǒng)如人體血液一樣，滲透到電站各個(gè)部位，保證電站的安全運(yùn)行。因此直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定關(guān)系到整個(gè)電站的安全穩(wěn)定。改造后的直流系統(tǒng)能通過微機(jī)CPU控制技術(shù)智能調(diào)節(jié)充電和輸出電壓，延長蓄電池的使用壽命，使電站能夠真正地安全高效生產(chǎn)，為今后電站的少人、無人值守打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。