水電站220 V 直流系統(tǒng)定值規(guī)范化研究與實(shí)踐

胡 黃，王廣惠,孟萬(wàn)里，周 春，朱 斌，邱 雁，王清萍，任志洋，張維華，李 沖

（雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

220 V 直流系統(tǒng)對(duì)水電站來(lái)說(shuō)猶如大動(dòng)脈，時(shí)刻為站內(nèi)重要設(shè)備提供著電源，在事故造成全廠停電時(shí)還作為臨時(shí)應(yīng)急電源，保障重要設(shè)備仍可正常運(yùn)行，為電站提供寶貴的應(yīng)急恢復(fù)時(shí)間，因此，220 V 直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電站安全生產(chǎn)至關(guān)重要[1]。在220 V 直流系統(tǒng)中有著大量定值，若這些定值設(shè)置的不合理，則可能在某次事故時(shí)導(dǎo)致災(zāi)難性后果[2]，因此對(duì)直流系統(tǒng)定值的規(guī)范化管理是一個(gè)重要的工作，諸多電站的維護(hù)人員以及來(lái)自直流廠商的調(diào)試人員都對(duì)直流系統(tǒng)的相關(guān)定值缺乏足夠認(rèn)知，大多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)整定或使用默認(rèn)出廠設(shè)置，未能結(jié)合相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行規(guī)范、科學(xué)且合理的整定[3]。

基于此，在充分研究相關(guān)的規(guī)程規(guī)范要求后，結(jié)合所在電站的實(shí)際設(shè)備情況，本文對(duì)涉及的直流系統(tǒng)的每個(gè)定值如何整定均進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明與實(shí)踐。文章主要分為充電柜定值研究與實(shí)踐、直流母線(xiàn)定值研究與實(shí)踐、蓄電池組定值研究與實(shí)踐三部分，使用的設(shè)備主要為石家莊通合電子THJK070 型集中監(jiān)控器、THJY005G 型絕緣檢測(cè)儀，浙江科暢DCX-104 型蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，艾諾斯POWERSAFE OPZV 閥控式鉛酸蓄電池（每組104 節(jié)），其他廠商產(chǎn)品可借鑒參考。

1 充電柜定值研究與實(shí)踐

交流過(guò)壓告警值：根據(jù)DL/T 781-2021《電力用高頻開(kāi)關(guān)整流模塊》第5.2.1 條“交流輸入電壓波動(dòng)范圍不超過(guò)額定值的-15%～+20%”，由于直流系統(tǒng)測(cè)量的是380 V 三相交流輸入電壓，其允許波動(dòng)范圍為：323～456 V，因此將該定值設(shè)置為456 V。

交流欠壓告警值：根據(jù)DL/T 781-2021《電力用高頻開(kāi)關(guān)整流模塊》第5.2.1 條“交流輸入電壓波動(dòng)范圍不超過(guò)額定值的-15%～+20%”，由于直流系統(tǒng)測(cè)量的是380 V 三相交流輸入電壓，其允許波動(dòng)范圍為：323～456 V，因此將該定值設(shè)置為323 V。

控母過(guò)壓告警值：根據(jù)DL/T 724-2021《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》表2 報(bào)警整定值中“控制母線(xiàn)過(guò)電壓報(bào)警，直流標(biāo)稱(chēng)電壓為220 V 的直流系統(tǒng)為242 V”，因此將集中監(jiān)控器控母過(guò)壓定值設(shè)為242 V。

控母欠壓告警值：根據(jù)DL/T 724-2021《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》表2 報(bào)警整定值中“控制母線(xiàn)欠電壓報(bào)警，直流標(biāo)稱(chēng)電壓為220 V 的直流系統(tǒng)為198 V”，因此將該定值設(shè)置為198 V。

電池脫離母線(xiàn)告警值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，該定值僅用于判斷蓄電池是否與直流母線(xiàn)連接進(jìn)行浮充，正常情況下直流母線(xiàn)至蓄電池組電纜壓降小于1 V，蓄電池組脫離母線(xiàn)后，蓄電池組電壓會(huì)瞬時(shí)降低，壓降大于5 V，故將定值設(shè)置為5 V，用于判斷蓄電池組是否脫離母線(xiàn)。

電池過(guò)壓告警值：根據(jù)DLT 637-2019《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》表5 膠體蓄電池的充電參數(shù) “均充電壓在2.30～2.37 V 之間”，不考慮電池個(gè)體差異，在單體電池均充電壓超過(guò)2.37 V 時(shí)（電池組電壓246.48 V），應(yīng)報(bào)電池過(guò)壓告警，以避免過(guò)充，同時(shí)由于電池組掛在母線(xiàn)上，因此與控母過(guò)壓告警值保持一致，設(shè)置為242 V。

電池欠壓告警值：根據(jù)DL/T 5044-2014《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第3.2.4 條“在事故放電末期，蓄電池組出口端電壓不應(yīng)低于直流電源系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的87.5%”，考慮到集中監(jiān)控器電池欠壓和蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置組電壓下限應(yīng)在蓄電池組放電末期電壓下降到標(biāo)稱(chēng)電壓的87.5%（193 V）前報(bào)警，因此集中監(jiān)控器電池欠壓報(bào)警定值與蓄電池組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置電壓下限報(bào)警定值、模塊欠壓告警值、絕緣監(jiān)測(cè)裝置母線(xiàn)欠壓報(bào)警定值均保持一致，設(shè)定為198 V[4]。

電池過(guò)流告警值：根據(jù)DL/T 459-2017《電力用直流電源設(shè)備》第5.17.3.1 條“當(dāng)蓄電池組的充電電流超過(guò)設(shè)定值的110%時(shí)，設(shè)備應(yīng)發(fā)出報(bào)警信息”，因此將該值設(shè)置為額定蓄電池組電流的1.1 倍。

模塊過(guò)壓告警值：根據(jù)DLT 5044-2014 《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》表6.2.5 充電裝置的輸入輸出電壓和電流調(diào)節(jié)范圍表，要求閥控鉛酸蓄電池模塊輸出電壓可調(diào)范圍（90%～120%）UN，將該定值設(shè)置為264 V（220 V×1.2）。

模塊欠壓告警值：根據(jù)DLT 5044-2014《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》表6.2.5 充電裝置的輸入輸出電壓和電流調(diào)節(jié)范圍表，要求閥控鉛酸蓄電池模塊輸出電壓可調(diào)范圍（90%～120%）UN，將該定值設(shè)置為198 V（220 V×0.9）。

浮充電壓設(shè)定值：根據(jù)DLT 637-2019《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》等要求單節(jié)蓄電池浮充電壓在2.23～2.27 V 之間，根據(jù)艾諾斯蓄電池的特性，浮充電壓設(shè)置在2.27 V 有利于蓄電池使用壽命，故浮充電壓設(shè)置為236 V（2.27 V×104）。

均充電壓設(shè)定值：DLT 637-2019《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》要求單節(jié)蓄電池均充電壓在2.3～2.37 V 之間，DL/T 724-2021《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》要求單節(jié)蓄電池均充電壓在2.3～2.35 V 之間，根據(jù)艾諾斯蓄電池特性要求，蓄電池均充電壓宜設(shè)置為2.35 V，故蓄電池組均充電壓為244 V（2.35 V×104）。

電池組充電電流上限設(shè)定值：根據(jù)DLT 724-2021《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》第5.3.1.2 條“閥控蓄電池組的恒流限壓充電電流和恒流放電電流均為I10（10 h 率放電電流）”，恒流限壓充電電流為I10，因此設(shè)置為I10（A）。

浮充轉(zhuǎn)均充電流設(shè)定值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)艾諾斯蓄電池設(shè)備廠家建議，將該值整定為0.4I10（A）。

均充轉(zhuǎn)浮充電流設(shè)定值：根據(jù)GB 50172-2012《電氣裝置安裝工程蓄電池施工及驗(yàn)收規(guī)范》第4.2.3條“充電后期充電電流小于0.05I10（A）時(shí)，可視為完全充電”，因此按0.05I10（A）設(shè)置。

尾電流充電時(shí)間設(shè)定值：根據(jù)GB 50172-2012《電氣裝置安裝工程蓄電池施工及驗(yàn)收規(guī)范》第4.2.3 條“蓄電池在環(huán)境溫度5 ℃～35 ℃條件下，以（2.40 V±0.01 V）/單體的恒定電壓、充電電流不大于2.5I10（A）充電至電流值5 h 穩(wěn)定不變時(shí)，視為完全充電”，因此將該時(shí)間設(shè)置為5 h。

定時(shí)均充時(shí)間設(shè)定值：根據(jù)DLT 724-2021《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》第7.2.3 條“每隔3 個(gè)月～6 個(gè)月應(yīng)對(duì)蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)償性或維護(hù)性充電，無(wú)微機(jī)監(jiān)控裝置自動(dòng)均衡充電的，應(yīng)手動(dòng)進(jìn)行一次均衡充電”，因此將該時(shí)間設(shè)置為90 d。

溫度補(bǔ)償中心設(shè)定值：根據(jù)DLT 637-2019 《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》要求基準(zhǔn)溫度25 ℃，將該設(shè)定值設(shè)置為25 ℃。

溫度補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定值：根據(jù)DLT 724-2021《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》表6 溫度補(bǔ)償值調(diào)整“單體電壓為2 V 的蓄電池溫度每變化1 ℃時(shí)的充電裝置浮充電壓補(bǔ)償值為：±（3～5）mV×N”，根據(jù)艾諾斯蓄電池的實(shí)際情況，取-3.46 mV，設(shè)定值為-0.003 46 V/℃×104=-0.36 V/℃。

最長(zhǎng)均充時(shí)間設(shè)定值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)艾諾斯蓄電池特性要求，長(zhǎng)時(shí)間均充可使蓄電池內(nèi)部充分活化，將該定值設(shè)置為20 h。

2 直流母線(xiàn)定值研究與實(shí)踐

母線(xiàn)過(guò)壓告警值：根據(jù)DL/T 724-2021《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》表2 報(bào)警整定值“控制母線(xiàn)過(guò)電壓報(bào)警，直流標(biāo)稱(chēng)電壓為220 V 的直流系統(tǒng)為242 V”，因此將絕緣檢測(cè)儀上母線(xiàn)過(guò)壓告警定值設(shè)為242 V。

母線(xiàn)欠壓告警值：根據(jù)DL/T 724-2021《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》表2 報(bào)警整定值“控制母線(xiàn)欠電壓報(bào)警，直流標(biāo)稱(chēng)電壓為220 V 的直流系統(tǒng)為198 V”，因此將該定值設(shè)置為198 V。

母線(xiàn)絕緣告警值：根據(jù)DLT 459-2017《電力用直流電源設(shè)備》表8 絕緣水平整定值“標(biāo)稱(chēng)電壓220 V，絕緣報(bào)警整定值為25 kΩ”，將該告警值設(shè)置為25 kΩ[5]。

母線(xiàn)絕緣預(yù)警值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)絕緣檢測(cè)裝置廠家建議整定為2 倍的告警值，即50 kΩ。

母線(xiàn)壓差告警值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)絕緣檢測(cè)裝置廠家建議值及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試值整定為40 V。

交流竄入告警值：根據(jù)DLT 459-2017《電力用直流電源設(shè)備》第5.17.1.3 條“當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生有效值10 V 及以上的交流竄電故障時(shí)，設(shè)備應(yīng)能發(fā)出交流竄電故障告警信息，并顯示竄入交流電壓的幅值”，將該告警值設(shè)置為10 V。

3 蓄電池組定值研究與實(shí)踐

單體電壓上限告警值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)艾諾斯蓄電池廠家建議值，單體蓄電池電壓不宜長(zhǎng)時(shí)間在2.5 V 及以上運(yùn)行，設(shè)置為2.5 V。

單體電壓下限告警值：根據(jù)DL/T 637-2019《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》要求放電終止電壓1.8 V，按照單體電池電壓不低于放電終止電壓整定，因此將單體電壓下限告警值設(shè)置為1.8 V。

單體電壓差告警值：根據(jù)DL/T 637-2019《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》表8 蓄電池的端電壓均衡參數(shù)“蓄電池浮充24 h 至3 個(gè)月期間的端電壓最高值與最低值的差值應(yīng)不超出200 mV”，而定時(shí)轉(zhuǎn)均充時(shí)間設(shè)定值為90 d，因此將該告警值設(shè)置為200 mV。

組電壓上限告警值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)艾諾斯蓄電池廠家建議值，單體蓄電池電壓不宜長(zhǎng)時(shí)間在2.5 V 運(yùn)行，故電池過(guò)壓最高不超過(guò)260 V（2.5 V×104），又因?yàn)榻M電壓上限與集中監(jiān)控器電池過(guò)壓均為蓄電池端電壓越限，只是不同裝置上的名稱(chēng)不同，因此與集中監(jiān)控器電池過(guò)壓定值保持一致，設(shè)置為242 V。

組電壓下限告警值：根據(jù)DL/T 5044-2014《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第3.2.4 條“在事故放電末期，蓄電池組出口端電壓不應(yīng)低于直流電源系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的87.5%”，考慮到集中監(jiān)控器電池欠壓和蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置組電壓下限應(yīng)在蓄電池組放電末期電壓下降到標(biāo)稱(chēng)電壓的87.5%（193 V）前報(bào)警，蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置組電壓下限報(bào)警定值與集中監(jiān)控器電池欠壓報(bào)警定值、模塊欠壓告警值、絕緣監(jiān)測(cè)裝置母線(xiàn)欠壓報(bào)警定值均保持一致，設(shè)定為198 V。

內(nèi)阻上限告警值：根據(jù)DL/T 637-2019《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》表11 管式膠體蓄電池的內(nèi)阻上限“表中未列規(guī)格管式膠體蓄電池的內(nèi)阻上限宜由用戶(hù)與制造商協(xié)商確定”，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)蓄電池實(shí)際內(nèi)阻值，并與廠家商定，設(shè)置為1 000 μΩ。

電流上限告警值：根據(jù)DL/T 459-2017《電力用直流電源設(shè)備》第5.17.3.1 條“當(dāng)蓄電池組的充電電流超過(guò)設(shè)定值的110%時(shí)，設(shè)備應(yīng)發(fā)出報(bào)警信息”，因此將該值設(shè)置為蓄電池組額定電流的1.1 倍。

環(huán)境溫度上限告警值：DLT 637-2019《電力用固定型閥控式鉛酸蓄電池》表2 蓄電池的應(yīng)用環(huán)境溫度“適宜使用溫度：+15 ℃～+30 ℃”，因此設(shè)置為30 ℃。

單體溫度上限告警值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)艾諾斯蓄電池廠家要求“蓄電池放電溫度范圍：-10 ℃～45 ℃，充電溫度范圍：-5 ℃～45 ℃；溫度對(duì)容量的影響：40 ℃條件下為額定容量的107%”，故定值設(shè)定為40 °C。

單體溫度下限告警值：無(wú)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)艾諾斯蓄電池廠家要求“蓄電池放電溫度范圍：-10 ℃～45 ℃，充電溫度范圍：-5 ℃～45 ℃；溫度對(duì)容量的影響：40 ℃條件下為額定容量的107%，0 ℃條件下為額定容量的86%，-10 ℃條件下為額定容量的61%”，考慮到當(dāng)?shù)囟经h(huán)境溫度一般不會(huì)低于0 ℃，因此設(shè)為10 ℃。

4 結(jié)論

筆者通過(guò)對(duì)水電站220 V 直流系統(tǒng)設(shè)備和相關(guān)規(guī)程規(guī)范充分研究，對(duì)每一個(gè)220 V 直流系統(tǒng)定值均進(jìn)行了科學(xué)合理的整定，通過(guò)正確、規(guī)范的定值管理，有助于提高設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。同時(shí)，通過(guò)此篇文章系統(tǒng)性地梳理了整個(gè)220 V 直流系統(tǒng)的定值整定思路，可以為行業(yè)內(nèi)維護(hù)人員提供經(jīng)驗(yàn)分享，在設(shè)備安裝調(diào)試或后期再次整定時(shí)，進(jìn)行參考借鑒，促進(jìn)行業(yè)類(lèi)似直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)更加規(guī)范。

以上定值整定均已通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)220 V 直流系統(tǒng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，定值整定后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。