沙河抽水蓄能電站直流系統(tǒng)改造

李馳駿，盧 躍

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213333）

1 引言

直流系統(tǒng)是應(yīng)用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其他使用直流設(shè)備的用戶，為給信號(hào)設(shè)備、保護(hù)、自動(dòng)裝置、事故照明、應(yīng)急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設(shè)備。直流系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的電源，它不受發(fā)電機(jī)、廠用電及系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證由后備電源——蓄電池組繼續(xù)提供直流電源的重要設(shè)備。

相比于其他發(fā)電企業(yè)，抽水蓄能電站的設(shè)備系統(tǒng)、建筑設(shè)施以及運(yùn)行方式等都存在著諸多不同之處，直流系統(tǒng)不僅要為機(jī)組LCU、繼電保護(hù)等設(shè)備提供直流電源，且在緊急情況下既要保障廠用電系統(tǒng)的應(yīng)急照明能正常工作，還需為機(jī)組黑啟動(dòng)提供穩(wěn)定可靠的起勵(lì)電源，這就對(duì)直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了較高的要求。本文結(jié)合沙河抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱“沙河電站”）直流系統(tǒng)改造前后狀況，在直流設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)、系統(tǒng)配置、優(yōu)化效果等方面進(jìn)行研究探討。

2 改造前直流系統(tǒng)概況

沙河電站直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為220 V，控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷合并供電，采用2段單母線接線，兩組蓄電池和兩套充電裝置分接于不同母線段，2段直流母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)打開。直流系統(tǒng)配置2組蓄電池，每組蓄電池含104節(jié)單體電壓2 V容量500 A·h的蓄電池，如圖1所示。

圖1 改造前直流系統(tǒng)接線圖

3 存在的問(wèn)題

（1）直流系統(tǒng)改造前配置為機(jī)組、變電站共用一套直流系統(tǒng)供電，機(jī)組、變電站直流系統(tǒng)沒(méi)有完全獨(dú)立，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（國(guó)能安全【2014】161號(hào)）第22.2.3.2條“發(fā)電機(jī)組用直流電源系統(tǒng)與發(fā)電廠升壓站用直流電源系統(tǒng)必須相互獨(dú)立。”的要求。

（2）直流系統(tǒng)改造前系統(tǒng)為兩套充電裝置為2段直流母線供電，屬于“兩電兩充”系統(tǒng)配置，未配置備用充電屏，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（國(guó)能安全【2014】161號(hào)）第22.2.3.4條“發(fā)電廠動(dòng)力、UPS及應(yīng)急電源用直流系統(tǒng)，按主控單元，應(yīng)采用3臺(tái)充電、浮充電裝置，兩組蓄電池組的供電方式。每組蓄電池和充電機(jī)應(yīng)分別接于1段直流母線上，第3臺(tái)充電裝置（備用充電裝置）可在兩段母線之間切換，任一工作充電裝置退出運(yùn)行時(shí)，手動(dòng)投入第3臺(tái)充電裝置。其標(biāo)稱電壓應(yīng)采用220 V。直流電源的供電質(zhì)量應(yīng)滿足動(dòng)力、UPS及應(yīng)急電源的運(yùn)行要求?！钡囊?。

（3）直流系統(tǒng)在線絕緣檢測(cè)裝置不具備檢測(cè)交流電竄直流電的功能，當(dāng)出現(xiàn)交流竄直流現(xiàn)象時(shí),不能夠及時(shí)錄波或報(bào)警，不能為現(xiàn)場(chǎng)分析故障提供第一手可靠的分析依據(jù)，且一旦發(fā)生交流竄入直流回路極有可能發(fā)生發(fā)電機(jī)組、主變壓器、開關(guān)站線路繼電保護(hù)等動(dòng)作，導(dǎo)致全廠停電事故。不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（國(guó)能安全【2014】161號(hào)）第22.2.3.22條“嚴(yán)防交流竄入直流故障出現(xiàn)。”的要求。

（4）直流系統(tǒng)蓄電池組核對(duì)性放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)逐年下降，投運(yùn)期間已更換多節(jié)蓄電池，電池實(shí)際容量已不能滿足《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 724-2000）第6.3.3條的要求。

4 改造方案的實(shí)施

為有效解決直流系統(tǒng)存在的相關(guān)問(wèn)題，提升機(jī)組黑啟動(dòng)的可靠性，滿足二十五項(xiàng)反措要求，沙河電站開展了直流系統(tǒng)改造。鑒于改造面臨著供電負(fù)荷分布全廠、停電影響范圍大、改造內(nèi)容多、工期長(zhǎng)、改造場(chǎng)地受限等客觀因素，改造分變電站直流系統(tǒng)獨(dú)立、機(jī)組直流系統(tǒng)改造兩步實(shí)施。

4.1 變電站直流系統(tǒng)獨(dú)立

220 kV變電站直流電源系統(tǒng)饋線負(fù)荷較少，考慮到設(shè)備室空間緊張的實(shí)際情況，屏柜布置采用充饋一體的緊湊型結(jié)構(gòu)，組3面屏，第3套充電裝置獨(dú)立組屏，位于兩面充饋一體屏的中間。每套充電裝置額定電流40 A，高頻開關(guān)電源模塊按4×10 A配置。蓄電池采用單體電壓2 V的貧液閥控式密封鉛酸蓄電池，容量141 A·h。系統(tǒng)內(nèi)新增QDA-300直流在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)直流系統(tǒng)支路有交流竄入時(shí)，可正確報(bào)出交流竄入支路，運(yùn)行穩(wěn)定。新增220 kV變電站直流系統(tǒng)接線如圖2所示。

圖2 新增220 kV變電站直流系統(tǒng)接線圖

4.2 機(jī)組直流系統(tǒng)改造

機(jī)組直流電源系統(tǒng)屏柜布置為1號(hào)充電屏、1號(hào)饋電屏、備用充電屏、2號(hào)饋電屏、2號(hào)充電屏依次排列，不間斷電源屏置于變電站直流系統(tǒng)配電屏側(cè)。每套充電裝置額定電流100 A，高頻開關(guān)電源模塊按5×20 A配置。蓄電池采用單體電壓2 V的閥控式密封鉛酸蓄電池，每組104只，容量由500 A·h優(yōu)化為300 A·h。新增PM6-JH直流在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置，可正確檢測(cè)交流電源竄電、直流電源互竄，并準(zhǔn)確定位對(duì)應(yīng)支路，運(yùn)行穩(wěn)定。機(jī)組直流系統(tǒng)改造后接線圖，如圖3所示。

圖3 改造后機(jī)組直流系統(tǒng)接線圖

5 設(shè)備優(yōu)化效果

5.1 “兩電兩充”升級(jí)為“兩電三充”

通過(guò)增設(shè)備用充電屏以及備用屏雙投開關(guān)將直流系統(tǒng)原有的兩電兩充運(yùn)行方式改為兩電三充運(yùn)行方式，在1、2號(hào)充電裝置故障時(shí)通過(guò)備用屏雙投開關(guān)可以及時(shí)切換使用備用充電屏為直流母線供電，提高了直流系統(tǒng)供電可靠性。

5.2 優(yōu)化在線絕緣檢測(cè)裝置

直流系統(tǒng)帶交流導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地，最直觀的現(xiàn)象就是直流系統(tǒng)絕緣降低、接地，但其危害遠(yuǎn)大于單純的直流接地，同時(shí)會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)、開關(guān)誤跳拒跳，產(chǎn)生一系列嚴(yán)重后果。為有效預(yù)防此類情況的發(fā)生，沙河電站在原有的絕緣檢測(cè)功能基礎(chǔ)上增加了交流竄電故障報(bào)警以及報(bào)警選線功能，使故障發(fā)生時(shí)可以及時(shí)檢測(cè)到系統(tǒng)的異常情況，確定故障點(diǎn)，提高故障消除的效率和準(zhǔn)確性。

5.3 監(jiān)控傳輸穩(wěn)定性提升

直流系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)與上位機(jī)后臺(tái)通信聯(lián)絡(luò)線由RS485線變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)線連接。網(wǎng)絡(luò)線通信相比較RS485通信抗電磁干擾性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、通信速率高、檢測(cè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高，并且在設(shè)定地址后可實(shí)現(xiàn)多對(duì)多通信的功能。

5.4 蓄電池組巡檢系統(tǒng)升級(jí)

系統(tǒng)配置PM6B-2 V電池巡檢單元，可實(shí)時(shí)檢測(cè)單體電池電壓、環(huán)境溫度和電池溫度，配合撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)，通過(guò)RS485通信線接入直流系統(tǒng)監(jiān)控單元。單體電池電壓檢測(cè)誤差不超過(guò)千分之二，溫度誤差低于2 ℃，測(cè)值準(zhǔn)確度較改造前有了顯著提升。通過(guò)電池巡檢單元的升級(jí)，可精準(zhǔn)及時(shí)地觀察分析蓄電池組電壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，便于運(yùn)維人員掌握蓄電池性能變化趨勢(shì)，保證直流系統(tǒng)后備電源的穩(wěn)定可靠。

5.5 不間斷電源裝置更新

將UPS主機(jī)與旁路饋線分屏放置，使裝置布置在滿足規(guī)程規(guī)范要求的同時(shí)，便于維護(hù)消缺的開展。將不間斷電源裝置旁路開關(guān)位置設(shè)計(jì)至柜門內(nèi)，并加裝防護(hù)裝置，降低了誤操作的概率，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

5.6 改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境

直流系統(tǒng)特別是蓄電池組對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求較為嚴(yán)格，環(huán)境溫濕度不達(dá)標(biāo)對(duì)蓄電池組壽命存在直接影響。相關(guān)規(guī)程規(guī)定蓄電池室內(nèi)溫度宜保持在5～30℃，最高不應(yīng)超過(guò)35℃，濕度不宜大于90%。沙河電站對(duì)蓄電池室運(yùn)行環(huán)境也進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)化改造，克服設(shè)備室面積受限的困難，將原運(yùn)行休息室改造為設(shè)備間，放置變電站直流系統(tǒng)蓄電池組。通過(guò)在蓄電池室加裝空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)等措施，保證了蓄電池室運(yùn)行環(huán)境溫濕度在適宜范圍之內(nèi)，延長(zhǎng)了蓄電池組的使用壽命。

6 結(jié)語(yǔ)

直流系統(tǒng)作為各類發(fā)電企業(yè)重要的電源核心，其運(yùn)行穩(wěn)定性關(guān)系到企業(yè)安全生產(chǎn)運(yùn)行。沙河電站直流系統(tǒng)改造后投運(yùn)至今，設(shè)備運(yùn)行狀況穩(wěn)定，為電站的安全可靠運(yùn)行提供了有力的保障。本次改造的成功實(shí)施，也為其他發(fā)電企業(yè)直流系統(tǒng)改造提供借鑒。