石灰石—石膏濕法脫硫工程的直流及UPS系統計算

薄海濤

（武漢龍凈環保工程有限公司,武漢 430070）

1 前言

《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-2003 頒布實施后，國家制訂出臺了一系列的法律法規、規劃、技術政策，對“十五”期間的環境保護工作提出了更高的要求。在《大氣污染防治法》和《燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策》中均明文規定：“新建、擴建和改建火電機組必須同步安裝脫硫裝置或采取其他脫硫措施”。如何計算脫硫裝置電氣中直流與UPS系統，已經引起眾多脫硫島總承包公司的關注。

2 脫硫島中直流與UPS系統的作用

脫硫島內每兩臺機組基本設置一套直流系統，采用一電一充或兩電兩充等的方式，具體根據招標文件要求。也有電廠主機的直流系統已經考慮脫硫島直流的余量，在脫硫島內只需要設置直流分屏即可，此處暫且不提。設置直流系統主要為脫硫島內電氣控制、信號、繼電保護和斷路器操作等負荷供電。

脫硫島內每兩臺機組基本設置一套UPS系統，UPS系統為脫硫島內DCS系統、變送器、火災報警系統及其它一些重要負荷供電。

3 直流及UPS系統的計算方法

3.1 直流系統的計算方法

（1）蓄電池個數計算： 按正常浮充電運行時，直流母線電壓應為直流系統標稱電壓的105%。

式中：n —蓄電池個數；Un —直流系統標稱電壓，V；Uf —單體蓄電池浮充電電壓，V；

（2）蓄電池均衡充電電壓選擇：

式中：Uc—單體蓄電池均衡充電電壓，V；Un —直流系統標稱電壓，V；n—蓄電池個數；

（3）蓄電池終止放電電壓選擇：

式中：Um—單體蓄電池放電末期終止電壓，V；Un—直流系統標稱電壓，V；n—蓄電池個數；

（4）蓄電池容量選擇（階梯計算法）

1）直流負荷統計。

2）計算各階段容量(脫硫系統基本要求事故放電時間為1小時,故計算到第三階段)。

第一階段計算容量：Cc1=Kk×I1/Kc

式中：Cc1—蓄電池10h放電率第一階段的計算容量，AH；Kk—可靠系數；取1.4；I1—第一階段的負荷電流，A；Kc—t=1min時的容量換算系數，1/h；查表,一般為1.24。

第二階段計算容量： Cc2≥Kk×[I1/Kc1+I2/Kc2-I1/Kc2]

式中：Cc2—蓄電池10h放電率第二階段的計算容量，AH；Kk—可靠系數；Kc1—t=30min時的容量換算系數，1/h；Kc2—t=29min時的容量換算系數，1/h；I1—第一階段的負荷電流，A；I2—第二階段的負荷電流，A；

第三階段計算容量：

式中：Cc3—蓄電池10h放電率第三階段的計算容量，AH；Kk—可靠系數；Kc1—t=60min時的容量換算系數，1/h；Kc2—t=59min時的容量換算系數，1/h；Kc3—t=30min時的容量換算系數，1/h；I1—第一階段的負荷電流，A；I2—第二階段的負荷電流，A；I3—第三階段的負荷電流，A；

隨機(5s)負荷計算容量：Cr=Ir/Kcr

式中：Cr——隨機(5s)負荷計算容量,AH；Ir—隨機(5s)負荷電流；Kcr—隨機(5s)負荷的容量換算系數，1/h；

蓄電池的容量選擇,選Cr疊加在Cc2與Cc3的最大階段上,然后與Cc1進行比較,取較大者即為蓄電池容量。

5）高頻開關電源模塊配置和數量選擇：n=n1+n2

式中：n—高頻開關電源模塊數量；n1—基本模塊數量；n2—附加模塊數量；I10—鉛酸蓄電池10h放電率電流，A；Ijc—經常負荷電流，A；Ime—單個模塊額定電流，A。

3.2 UPS系統的計算方法

式中：P1—DCS負荷容量，kVA；P2—變送器及火災報警裝置負荷容量，kVA；Sc—UPS計算容量，kVA。

4 直流及UPS系統計算實例

以某2×300MW脫硫工程為例，按照以上介紹的計算原則和方法，計算出直流及UPS系統的容量。

4.1 直流系統的計算方法

4.1.1 蓄電池個數計算

按正常浮充電運行時，直流母線電壓應為直流系統標稱電壓的105%。

蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池（貧液），每只蓄電池浮充電壓為2.23V/只。

n： 蓄電池個數； 103.59 Un： 直流系統標稱電壓，V； 220 Uf： 單體蓄電池浮充電電壓，V； 2.23

選擇蓄電池個數為104只

4.1.2 蓄電池均衡充電電壓選擇

根據蓄電池個數及直流母線電壓允許的最高值選擇單體蓄電池均衡充電電壓值。

當均衡充電運行情況下，直流母線電壓應不高于直流系統標稱電壓的110%。

Uc： 單體蓄電池均衡充電電壓，V； 2.33 Un： 直流系統標稱電壓，V； 220 n： 蓄電池個數； 104

選擇單體蓄電池均衡充電電壓為2.33V

4.1.3 蓄電池終止放電電壓選擇

根據蓄電池個數及直流母線電壓允許的最低值選擇單體蓄電池事故放電末期終止電壓值。

在事故放電情況下，蓄電池出口端電壓應不低于直流系統標稱電壓的87.5%。

U m： 單體蓄電池放電末期終止電壓，V； 1.85 U n： 直流系統標稱電壓，V； 220 n： 蓄電池個數； 104

選擇單體蓄電池放電末期終止電壓為1.85V

4.1.4 蓄電池容量選擇（階梯計算法）

（1）直流負荷統計表

220V 直流負荷統計表 （按1小時事故放電）

（2）計算各階段容量

第一階段計算容量：

Cc1： 蓄電池10h放電率第一階段的計算容量，AH； 196.55 Kk： 可靠系數； 1.4 I1： 第一階段的負荷電流，A； 174.09 Kc： t=1min時的容量換算系數，1/h； 1.24

第二階段計算容量：

Cc2： 蓄電池10h放電率第二階段的計算容量，AH； 193.15 Kk： 可靠系數； 1.4 Kc1： t=30min時的容量換算系數，1/h； 0.78 Kc2： t=29min時的容量換算系數，1/h； 0.80 I1： 第一階段的負荷電流，A； 174.09 I2： 第二階段的負荷電流，A； 105.91

第三階段計算容量：

Cc3： 蓄電池10h放電率第三階段的計算容量，AH； 133.43 Kk： 可靠系數； 1.4 Kc1： t=60min時的容量換算系數，1/h； 0.54 Kc2： t=59min時的容量換算系數，1/h； 0.558

Kc3： t=30min時的容量換算系數，1/h； 0.78 I1： 第一階段的負荷電流，A； 174.09 I2： 第二階段的負荷電流，A； 105.91 I3： 第三階段的負荷電流，A； 24.09

隨機(5s)負荷計算容量

Cr: 隨機(5s)負荷計算容量,AH； 2.24 Ir： 隨機(5s)負荷電流； 3.00 Kcr： 隨機(5s)負荷的容量換算系數，1/h； 1.34

蓄電池的計算容量

Cc： 蓄電池的計算容量，AH； 135.67 Cr： 隨機(5s)負荷計算容量,AH； 2.24 Cc3： 蓄電池10h放電率第二階段的計算容量，AH； 133.43

Cc1＞Cc，當蓄電池終止電壓為1.85V時，蓄電池計算容量為Cc=196.55Ah，選用200Ah的蓄電池。

高頻開關電源模塊配置和數量選擇

每組蓄電池配置一組高頻開關電源模塊，其模塊選擇方法如下：

n: 高頻開關電源模塊數量； 3 n 1： 基本模塊數量； 2 n 2： 附加模塊數量； 1 I 10: 鉛酸蓄電池10 h放電率電流，A； 20.00 I j c： 經常負荷電流，A； 24.09 I m e： 單個模塊額定電流，A； 20

選取20A的高頻開關電源模塊2+1個。

4.2 UPS系統的計算方法

（1）DCS負荷容量S1=12KVA（兩臺爐設一套DCS）；

（2）變送器及脫硫島火災報警裝置負荷容量S2=6KVA。

當UPS負荷率為不大于60%時

Sc: UPS計算容量，kVA； 30.00 P1： DCS負荷容量，kVA； 12 P2： 變送器及火災報警裝置負荷容量，kVA； 6

選取UPS的額定容量為 30kVA

5 直流及UPS系統的計算結論

根據以上脫硫工程的實例計算，我公司300MW機組脫硫工程的脫硫裝置直流系統選用一電一充模式，電池容量為200Ah，選取20A的高頻開關電源模塊2+1個，UPS容量為30kVA，UPS系統由直流系統供給直流電源。

[1]《電力工程直流系統設計技術規程》DL/T 5044-2004[S].

[2]《火力發電廠廠用電設計技術規定》DL-T5153-2002[S].

[3]《火力發電廠廠用電設計技術規定》DL-T5153-2002[S].