淺析國(guó)投欽州電廠直流系統(tǒng)改造

鄧星亮 張強(qiáng) 袁煥炯

國(guó)投欽州發(fā)電有限公司， 廣西壯族自治區(qū)欽州 ?535000;廣州市仟順電子設(shè)備有限公司， 廣東廣州 ?510000

摘要：國(guó)投欽州發(fā)電有限公司#2機(jī)組直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置和充電模塊投運(yùn)多年，設(shè)備老化嚴(yán)重，多次出現(xiàn)故障，已經(jīng)不符合相關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，降低該電廠直流系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。本文簡(jiǎn)要分析該電廠#2機(jī)組直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置和充電模塊存在的問題和安全隱患，及這兩個(gè)設(shè)備的改造效果。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng);絕緣檢測(cè);充電模塊

1 概述

國(guó)投欽州發(fā)電有限公司#2機(jī)組220V直流系統(tǒng)和110V直流系統(tǒng)自2006年投運(yùn)至今，其絕緣監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行超過十年，硬件老化，功能損壞和缺失，不滿足國(guó)家能源局最新發(fā)布的防止電力生產(chǎn)事故二十五項(xiàng)反措，絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用的一臺(tái)監(jiān)控兩段的方式，不滿足南網(wǎng)規(guī)程要求;充電模塊運(yùn)行超過十年，裝置老化損壞嚴(yán)重，不能滿足能源局最新發(fā)布的防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求的要求。國(guó)投欽州發(fā)電有限公司#2機(jī)組220V直流系統(tǒng)及110V直流系統(tǒng)為廠站中控制、信號(hào)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及事故照明等提供可靠的直流電源和操作電源。若上述故障設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行存在兩項(xiàng)較大安全隱患風(fēng)險(xiǎn)，建議對(duì)其進(jìn)行升級(jí)整改，以滿足反措要求。

2存在問題的設(shè)備

2.1 絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

其220V直流系統(tǒng)和110V直流系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)裝置皆采用一臺(tái)裝置監(jiān)控兩段設(shè)備的方式，不滿足南網(wǎng)的相關(guān)規(guī)程要求;且裝置運(yùn)行時(shí)間超過10年，硬件老化嚴(yán)重，存在多項(xiàng)功能損壞和缺失，裝置常出現(xiàn)有接地誤選線漏選線;在有交流竄進(jìn)來時(shí)無法進(jìn)行測(cè)記告警;兩極平衡接地、蓄電池接地時(shí)無法進(jìn)行檢測(cè);有接地時(shí)正負(fù)對(duì)地電壓偏差大等問題。以下是原絕緣檢測(cè)裝置的運(yùn)行現(xiàn)狀。

（1） 裝置不具備交流接地告警選線功能;電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及在最新的能源局最新二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求中明確要求，新安裝的絕緣監(jiān)測(cè)裝置必須具備交流串入直流告警選線功能;原有的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)逐步進(jìn)行改造，使其具備交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能;

（2）裝置不具備直流串電（環(huán)網(wǎng)）告警選線功能;在最新的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家能源局最新二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求及南方電網(wǎng)直流系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范明確要求，新安裝的絕緣監(jiān)測(cè)裝置必須具備直流串電告警選線功能;

（3） 兩極接地不能正常告警選線;裝置在系統(tǒng)發(fā)生兩極接地時(shí)，不能正常檢測(cè)正負(fù)極對(duì)地電阻，不能告警，更不能選線;① 兩極接地故障，一方面將降低絕緣裝置接地檢測(cè)靈敏度，當(dāng)有接地發(fā)生時(shí)，不能正確告警，給系統(tǒng)帶來安全隱患;另一方面，可能使直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障，燒毀直流系統(tǒng);② 在所有的直流接地中，蓄電池接地是非常特殊的兩極接地，特別是當(dāng)接地發(fā)生在蓄電池組的中間位置時(shí)，正負(fù)極對(duì)地電壓基本不偏移。如果在線裝置不能檢測(cè)兩極接地，則當(dāng)蓄電池發(fā)生接地時(shí)，不能正常告警，這將會(huì)造成蓄電池接地導(dǎo)致失效，給直流系統(tǒng)帶來很大的安全隱患。

（4） 直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，拉路后裝置顯示對(duì)地電壓恢復(fù)很慢，影響了接地查找結(jié)果的判斷;

（5） 裝置無自檢功能，對(duì)自身故障不能及時(shí)告警。

2.2 充電模塊

#2機(jī)組220V直流系統(tǒng)1號(hào)充電柜1/2柜、2號(hào)充電3/4柜、110V直流系統(tǒng)1號(hào)充電柜、2號(hào)充電柜、3號(hào)充電柜皆采用同一品牌充電模塊。這些充電模塊運(yùn)行時(shí)間超過10年，裝置老化損壞嚴(yán)重，不滿足反措對(duì)穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)不能滿足國(guó)家能源局2014年發(fā)布的防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求的要求。充電模塊是變電站直流系統(tǒng)電源的重要組成部分，是直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行不可或缺的裝置。充電模塊的故障會(huì)讓直流系統(tǒng)失去可靠的電源系統(tǒng)，嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)甚至整個(gè)變電站電網(wǎng)的安全可靠性。

3 改造內(nèi)容及效果

3.1 改造內(nèi)容

3.1.1絕緣監(jiān)測(cè)裝置

絕緣監(jiān)測(cè)裝置改造內(nèi)容包括2號(hào)機(jī)組110V#1、#2饋線柜及2號(hào)機(jī)組220V#1、#2饋線柜內(nèi)安裝新的的絕緣監(jiān)測(cè)裝置4臺(tái);2號(hào)機(jī)220V直流饋線柜1、2號(hào)饋線柜增加選線模塊各1個(gè)，大CT各5個(gè)小CT各5個(gè);2號(hào)機(jī)110V直流饋線柜1、2號(hào)饋線柜增加選線模塊各2個(gè)，小CT各20個(gè)。新絕緣檢測(cè)裝置采用某公司生產(chǎn)的QDA-300在線式絕緣監(jiān)測(cè)裝置;選線模塊采用QDA-1000型選線模塊;新CT采用新型開口式互感器，方便進(jìn)行帶電改造，原支路CT因設(shè)備運(yùn)行需要，原則上不便拆除，保留現(xiàn)狀。以下是絕緣監(jiān)測(cè)裝置的改造過程簡(jiǎn)述：

（1）斷開裝置電源，解開直流系統(tǒng)I段母線上絕緣監(jiān)測(cè)裝置上的接線;退出直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，分別在兩段直流母線上各臨時(shí)接上一個(gè)47k?的平衡橋電阻（穩(wěn)定直流系統(tǒng)對(duì)地電壓）;

（2）拆下舊的絕緣裝置，按指定位置擺放好;

（3）取下合適安裝絕緣檢測(cè)側(cè)裝置的直流饋電屏上的面板，根據(jù)裝置尺寸在該面板上合理開孔，裝上直流絕緣裝置;

（4）按順序接上工作電源，增加電源采樣端子并接入直流系統(tǒng);

（5）裝置上電開機(jī)，根據(jù)裝置特點(diǎn)測(cè)量出的正負(fù)對(duì)地電阻值判斷系統(tǒng)是否仍然存在其他平衡橋電阻，若仍然存在其他平衡橋電阻，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圖紙或其他輔助設(shè)備找到平衡橋電阻并拆除，直到系統(tǒng)內(nèi)除裝置外沒有其他平衡橋電阻;

（6）排除完所有平衡橋電阻后再接上開關(guān)量出信號(hào);

（7）在屏柜內(nèi)部空余位置安裝選線模塊

（8）在屏內(nèi)舊CT位置卡裝固定新的開口CT，饋線屏上所有支路都卡上開口CT，放好在合適的位置排列整齊進(jìn)行固定。

3.1.2充電模塊和集中監(jiān)控裝置

更換2號(hào)機(jī)組220V直流系統(tǒng)#1、#2、#3、#4充電柜內(nèi)共16個(gè)充電模塊，以及110V直流系統(tǒng)#1、#2、#3充電屏內(nèi)共21個(gè)充電模塊;更換其相關(guān)的集中監(jiān)控器5臺(tái)。新充電模塊采用某公司設(shè)備的QS22040、QS11040-8高頻開關(guān)整流模塊，新集中監(jiān)控器采用QSJ22型號(hào)集中監(jiān)控器。以下是直流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造過程簡(jiǎn)述：

（1）將原直流系統(tǒng)電源屏退出運(yùn)行，斷開交流進(jìn)線總電源，拆除原充電模塊;

（2）更換新模塊擋板，在屏柜內(nèi)如圖1所示位置加裝模塊交流空開，重配三相交流輸入接線，沿用原模塊直流輸出匯流小母排，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況配置各模塊直流輸出接線，充電模塊航空板組件采用移動(dòng)式組件，無托架固定。

（3）完成充電模塊一二次接線，加裝充電模塊交流空開后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置接入交流輸入一次線纜;

（4）沿用充電模塊原有直流匯流小母排，重新配置且接入直流輸出一次線纜;

（5）根據(jù)原直流系統(tǒng)充電屏二次圖紙，配置集中監(jiān)控器的各個(gè)采集量接線，開入量接線、開出量接線，完善各類信號(hào)回路等二次接線，現(xiàn)場(chǎng)開入量與告警輸出無需新增，不可刪減，保持原與原圖紙一致。

3.2 改造選用設(shè)備介紹

3.2.1 QDA-300絕緣檢測(cè)裝置介紹

QDA-300在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置由主機(jī)、選線模塊及互感器等組成，主機(jī)主要檢測(cè)母線電壓、正負(fù)極絕緣電阻、交流竄電電壓并告警，通過CAN與選線模塊通訊及RS485與上位機(jī)通訊。選線模塊在接收到主機(jī)選線信號(hào)后，開始選線并將選線結(jié)果告知主機(jī)。QDA-300在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置具有交流竄電告警、直流互竄告警、兩極平衡接地告警、壓差告警、蓄電池接地定位、電壓偏差補(bǔ)償功能、母線電壓異常告警、自檢功能及相關(guān)選線功能等多項(xiàng)功能。滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及能源局最新防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)反措要求。

3.2.2 QS22040/QS11040高頻開關(guān)整流模塊介紹

QS22040、QS11040型高頻開關(guān)整流模塊采用先進(jìn)的LLC諧振軟開關(guān)技術(shù)，效率高;采用無源PFC技術(shù)，功率因數(shù)高;內(nèi)置完善的EMC設(shè)計(jì)，滿足GB/T 19826-2005標(biāo)準(zhǔn)中EMC相關(guān)要求;散熱風(fēng)扇采用溫度聯(lián)合電流控制模式，噪音低，風(fēng)扇壽命長(zhǎng)。

3.2.3 QSJ22觸摸屏一體化主監(jiān)控模塊介紹

QSJ22監(jiān)控模塊是監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。通過1個(gè)CAN接口（接FC饋線監(jiān)測(cè)模塊）和2個(gè)RS485通訊口（IARM-DC10、B2或B4電池檢測(cè)儀等）完成電力操作電源系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集。并根據(jù)這些運(yùn)行數(shù)據(jù)完成蓄電池組的自動(dòng)均浮充轉(zhuǎn)換。監(jiān)控模塊還可將電源系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過RS485或RS232通訊接口按用戶設(shè)定的后臺(tái)通訊規(guī)約（可選擇MODBUS、CDT）上報(bào)給綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，并接收綜合自動(dòng)化系統(tǒng)下發(fā)的控制命令，實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、遙信功能。

3.3 改造效果分析

3.3.1 絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)效果分析

通過本次改造工程，每一段直流系統(tǒng)獨(dú)自配備一臺(tái)在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置，每組直流充電系統(tǒng)獨(dú)自配備一臺(tái)集中監(jiān)控器，滿足南網(wǎng)的規(guī)程要求。各項(xiàng)功能滿足能源局最新發(fā)布的防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求，解決了原有設(shè)備存在的各項(xiàng)問題。

（1） 解決了裝置不具備交流接地告警選線功能的問題;滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及在最新的能源局最新二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求;

（2）解決了裝置不具備直流串電（環(huán)網(wǎng)）告警選線功能的問題;

（3）解決了兩極接地不能正常告警選線的問題;

（4）解決了直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，拉路后裝置顯示對(duì)地電壓恢復(fù)很慢，影響了接地查找結(jié)果的判斷的問題;

（5）裝置帶自檢功能，對(duì)自身故障能及時(shí)判斷告警。

3.3.2 充電機(jī)效果分析

QS22040、QS11040高頻開關(guān)整流充電模塊具有完善的保護(hù)及告警功能，包括輸入過/欠壓、輸出過壓、過溫、過流等;內(nèi)置短路回縮保護(hù)，即使模塊輸出長(zhǎng)期處于短路狀態(tài)也不致?lián)p壞;內(nèi)裝可拆卸式防塵網(wǎng)罩，方便維護(hù)。每個(gè)充電模塊的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)均滿相關(guān)足規(guī)程要求。QSJ22監(jiān)控模塊是監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。能夠收集電力操作電源系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的，并根據(jù)數(shù)據(jù)完成蓄電池組的自動(dòng)均浮充轉(zhuǎn)換。監(jiān)控模塊還可實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，接收上位機(jī)下發(fā)的控制命令，實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、遙信功能，監(jiān)控更智能，方便。

4 結(jié)束語

本文敘述了采用開口式CT的新型絕緣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)不停電改造絕緣監(jiān)測(cè)裝置;從而降低直流饋線屏技術(shù)改造成本、提高改造效率。采用新型充電機(jī)與集中監(jiān)控裝置，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估設(shè)計(jì)面板，就地改造直流屏;使得快速改造直流屏，同時(shí)可解決就廠站空間缺乏的問題，改造工程量小。本文所述的方法，其他發(fā)變電企業(yè)可以借鑒參考，有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介： 鄧星亮（1973—）湖南邵陽人，電力建設(shè)工程師，國(guó)投欽州發(fā)電有限公司生產(chǎn)技術(shù)部主任工程師。