蒲石河抽水蓄能電站直流系統設計缺陷分析與改進

蔣春鋼，李長勝

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

蒲石河抽水蓄能電站直流系統設計缺陷分析與改進

蔣春鋼，李長勝

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

對蒲石河抽水蓄能電站地下廠房、開關站等兩段直流母線在操作切換中，存在短時中斷供電情況的設計缺陷進行分析，提出改進措施。

抽水蓄能電站；直流母線；設計缺陷

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧寬甸縣境內，下水庫建在鴨綠江支流蒲石河上。設計總裝機容量為1200MW，安裝4臺300MW單級、立軸、混流可逆式水泵水輪機組。首臺機組計劃于2011年12月投入商業運行。建成之后是東北電網擔任調頻調峰和事故備用的重要電源點。

1 直流系統設計缺陷分析

抽水蓄能電站的直流系統是繼電保護、自動裝置和斷路器正確動作的重要設備，其穩定運行對防止系統破壞性事故擴大和設備嚴重損壞至關重要。其地位隨著機組容量的不斷增大顯得更為重要。

蒲石河抽水蓄能電站直流系統組成：蓄電池采用法國STECO GRANIT A系列免維護閥控鉛酸蓄電池。防滲漏措施嚴密，散熱條件良好，具有自動開啟、關閉的安全閥；蓄電池巡檢子機可以監測20節電池電壓以及1個環境溫度可在線檢測蓄電池組內有無電池發生短路或開路現象，其報警接點引至微機直流監控裝置顯示處理；EEP2-20/220V高頻開關電源模塊，EEP整流模塊為抽屜式結構，可帶電更換，采用n+1冗余組合熱備份方式，具有按照閥控式密封鉛酸蓄電池的特性自動充電及活化電池的功能；EK-04C微機監控模塊硬件由雙32位CPU的工控主板為核心組成的觸摸屏，可對直流系統中的交流配電單元、高頻開關整流模塊、微機絕緣監測裝置、蓄電池巡檢裝置、直流隔離電壓變送模塊和霍耳電流變送模塊、蓄電池環境溫度檢測模塊等下級監測控制設備實施數據采集并顯示，并可根據系數的各種設置數據進行告警處理和歷史數據管理，同時對這些處理結果加以判斷，根據不同的情況實行電池智能管理、輸出控制等操作。

電廠在組織直流系統運行規程編寫討論時發現，電站地下廠房、開關站和中控樓直流系統在一組交流充電裝置失電，需將該段直流母線聯絡至另一直流母線運行操作時，存在短時中斷供電情況。

地下廠房、開關站為“2+2”配置（開關站為“3+2”）。見圖1。若1號充電盤交流電源失電或整套故障，短時無法處理，必須盡快將1號饋電盤聯絡至2號饋電盤運行。操作步驟：①將1號充電盤輸出刀閘1DZ1切至“0”位置；②將1號饋電盤輸入刀閘1DZ2切至“聯絡”位置；③拉開1號充電盤交流電源開關1K1。由于1DZ2為雙投刀閘，在1DZ2切至“聯絡”位置過程中，1號饋電盤會脫開1號蓄電池組，所代直流負荷短時失電。可能造成機組跳機，保護、自動裝置誤動。

圖1 原設計接線

查閱《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》，防止直流系統事故13.3.2.2條規定：“直流母線在正常運行和改變運行方式的操作中，嚴禁脫開蓄電池組。”本設計顯然不符合這一要求。

2 設計缺陷的發生原因

2.1 設計人員沿襲舊規程，不熟悉新規程

根據《DL/T 5044-95火力發電廠、變電所直流系統設計技術規定》4.1.2規定：“采用單母線接線的直流系統，2組單母線間應實現聯絡，并應有防止2組蓄電池并聯運行的閉鎖措施。宜采用聯絡開關與蓄電池組電源開關機械閉鎖或電氣閉鎖。但系統接線應考慮在運行切換時不中斷直流負荷供電的要求，將1組充電設備接至直流母線。”

（1）1995年版設計規程規定：任何條件不允許兩組蓄電池并列運行。實際上兩組蓄電池不能長期并列運行。原因：

①當兩組電池并聯用低壓恒壓充電后，由于內阻大的那組電池出現了負充電，而充電所謂終了后，就有兩組電池的不等電動勢。在相同的時間內，兩組蓄電池充入的容量是不相等的，無法使并聯的兩組電池同時達到真正的飽和狀態。

②當兩組電池并聯時就組成電池內部的放電回路。兩組或兩組以上的蓄電池長期并聯，還會造成電池內耗的增加。

另外規定：為了在運行切換時不中斷直流負荷供電，將充電設備接至直流母線。這樣在充電設備正常運行時，可以保證切換時不中斷直流負荷供電。但是在充電設備故障或失電時，切換過程中直流負荷會中斷供電。

（2）對于兩組蓄電池并聯問題，在新版的設計規程中，已更改了原1995版中關于蓄電池不能并聯的說法。在《DL/T5044-2004電力工程直流系統設計技術規程》4.5.1第三條規定：“2組蓄電池的直流系統，應滿足在運行中二段母線切換時不中斷供電的要求。切換過程中允許2組蓄電池短時并列運行。”

兩組蓄電池正常時應是分列運行，考慮到定期充、放電試驗要求和事故處理，為了轉移直流負荷，需要短時并聯運行。在2組蓄電池電壓相差不大，而且時間很短，對蓄電池沒有大的危害是允許的。其實在正常運行的直流系統中，為了保證蓄電池的滿充電，蓄電池處于浮充電狀態，充電裝置的輸出電壓始終高于蓄電池組電壓，使整個直流系統中每段母線的電壓被充電裝置輸出鉗制，如果需要母線負荷切換，此時允許兩組蓄電池短時并聯運行，兩組蓄電池不會形成環流情況。

2.2 設計人員對于國網公司反措要求不了解

設計人員一般都是按照設計規程進行設計，同時會參考一些典型設計。設計人員大都沒有生產運行經驗，不能夠從運行角度進行設計。沒有考慮到各種情況下，直流系統運行和改變運行方式操作中的可靠性。國網反措要求都是通過總結分析近年國網公司系統發生的重大事故的特征，要求制造、設計、安裝、調試、生產等各個單位認真貫徹執行。這些反措要求都是事故教訓換來的，有很強的實際指導作用。

2.3 照搬照抄其它電站設計

查看國網新源系統的天荒坪、張河灣、寶泉、西龍池等抽水蓄能電站直流系統，聯絡開關與蓄電池開關均有閉鎖。都存在兩組蓄電池無法短時聯絡運行設計缺陷。我國從90年代開始大規模新建抽水蓄能電站，許多設計還不夠成熟。部分設計存在抄襲現象，發生雷同錯誤也就在所難免。

3 設計缺陷的改進措施

3.1 接線方式選擇

將原饋電盤輸入刀閘1DZ2、2DZ2由雙投刀閘改為單投刀閘。在1號饋電盤與2號饋電盤母線間加裝直流斷路器DZ。見圖2。

圖2 改進設計接線

同樣情況，若1號充電盤交流電源失電或整套故障，短時無法處理。操作步驟：①將1號充電盤輸出刀閘1DZ1切至“0”位置；②合上1號饋電盤與2號饋電盤聯絡開關DZ；③拉開1號饋電盤輸入刀閘1DZ2；④拉開1號充電盤交流電源開關1K1。1號饋電盤在切換操作中沒有脫開蓄電池組，滿足國網公司反措要求。

3.2 直流斷路器選擇

斷路器額定電流按饋電盤上全部用電回路的計算之和選擇，即

式中：Icc為控制負荷計算電流，A；Icp為保護負荷計算電流，A；Ics為信號負荷計算電流，A；Kc為同時系數，取0.8。

為了保證保護動作選擇性要求，斷路器的額定電流還應大于饋電柜饋線斷路器的額定電流，它們之間電流級差不宜小于四級。

4 結語

直流系統對于電站的可靠運行起著至關重要的作用。各級設計人員從工程設計之初就應嚴格把關，為將來生產運行著想。避免出現電站建成之后再進行技改，浪費投資。

TM910.2

B

1672-5387（2011）02-0059-02

2010-11-02

蔣春鋼（1972-），男，工程師，從事抽水蓄能電站生產運行與管理工作。