寶泉抽水蓄能電站直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式分析

方書博，婁彥芳

（河南國網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司，河南省新鄉(xiāng)市 453636）

寶泉抽水蓄能電站直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式分析

方書博，婁彥芳

（河南國網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司，河南省新鄉(xiāng)市 453636）

寶泉抽水蓄能電站直流系統(tǒng)包括220V直流系統(tǒng)和48V直流系統(tǒng)，本文就寶泉抽水蓄能電站直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式進(jìn)行分析，對運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析處理。

直流；運(yùn)行方式；聯(lián)絡(luò)開關(guān)；接地；放電

0 引言

寶泉抽水蓄能電站位于河南省輝縣市薄壁鎮(zhèn)大王廟以上2.4km的峪河上，距新鄉(xiāng)市45km，距焦作市約30km，與鄭州市直線距離約80km，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。電站裝機(jī)容量1200MW，裝設(shè)4臺單機(jī)容量為300MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機(jī)—發(fā)電電動機(jī)組。電站2004年6月1日正式開工建設(shè)，2011年6月4臺機(jī)全部投產(chǎn)，以一回500kV出線接入河南電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)迎峰度夏、迎峰度冬、重大節(jié)假日及活動保電、黃河調(diào)水調(diào)沙、事故備用等任務(wù)，機(jī)組由河南省調(diào)負(fù)責(zé)調(diào)度。機(jī)組基本運(yùn)行方式為“兩發(fā)一抽”，即早晚供電高峰時段發(fā)電運(yùn)行，后夜底谷時段抽水運(yùn)行。

直流系統(tǒng)由蓄電池組、充電裝置、直流屏等設(shè)備組成。它的正常與否直接影響電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，因此加強(qiáng)直流系統(tǒng)日常維護(hù)對于電站安全運(yùn)行是十分重要的。

1 直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

寶泉抽水蓄能電站直流系統(tǒng)包括220V直流系統(tǒng)和48V直流通信系統(tǒng)。

1.1 220V直流系統(tǒng)

220V直流系統(tǒng)包括地下廠房220V直流系統(tǒng)和地面開關(guān)站220V直流系統(tǒng)，為全廠提供直流控制電源、黑啟動時勵磁系統(tǒng)的直流起勵電源、直流高壓注油泵的電動機(jī)電源和事故照明電源。

1.2 48V直流系統(tǒng)

48V直流系統(tǒng)包括地下廠房、地面開關(guān)站、上庫啟閉機(jī)樓和中控樓 48V 直流通信系統(tǒng)，為全廠各區(qū)域通信設(shè)備提供直流電源。

2 直流系統(tǒng)運(yùn)行方式

2.1 220V直流系統(tǒng)運(yùn)行方式

寶泉抽水蓄能電站220V直流系統(tǒng)原理接線圖，如圖1所示。

圖1 220V直流系統(tǒng)原理接線圖

（1）正常情況下，兩條直流母線分段運(yùn)行，每條直流母線由一套充電裝置和一組蓄電池組成。每套充電裝置采用N+1冗余并聯(lián)組合方式供電，有兩路交流輸入，取自不同交流電源柜，兩交流進(jìn)線開關(guān)可自動切換，并設(shè)有防雷保護(hù)。

（2）充電裝置故障，將整流模塊退出運(yùn)行，短時間可由蓄電池帶直流負(fù)荷。若充電裝置短時間無法恢復(fù)正常，需將母線切至聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。

（3）蓄電池組故障或需退出運(yùn)行時，需將母線切至聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，嚴(yán)禁長時間脫離蓄電池組運(yùn)行。

2.2 48V直流系統(tǒng)運(yùn)行方式

48V直流系統(tǒng)有兩種接線方式：

一種單母分段，另一種為互聯(lián)的單母接線。

2.2.1 單母分段運(yùn)行方式

48V直流系統(tǒng)單母分段運(yùn)行方式，如圖2所示。

（1）正常情況下，兩條直流母線獨(dú)立運(yùn)行，每條直流母線由一套充電裝置和一組蓄電池組成，每套充電裝置采用N+1冗余并聯(lián)組合方式供電。有兩路交流輸入，取自不同交流電源柜，兩交流進(jìn)線開關(guān)可自動切換，并設(shè)有防雷保護(hù)。

（2）充電裝置故障，將整流模塊退出運(yùn)行，由蓄電池帶直流負(fù)荷。

（3）蓄電池組故障或需退出運(yùn)行時，由充電裝置帶直流負(fù)荷。

2.2.2 互聯(lián)的單母接線運(yùn)行方式

48V直流系統(tǒng)互聯(lián)的單母接線運(yùn)行方式，如圖3所示。

（1）兩組蓄電池設(shè)一套公用充電裝置，充電裝置采用N+1冗余并聯(lián)組合方式供電，有兩路交流輸入，兩路交流輸入從不同交流電源柜分別接入，兩交流進(jìn)線開關(guān)可自動切換，并設(shè)有防雷保護(hù)。

（2）充電裝置故障，將整流模塊退出運(yùn)行，由蓄電池帶直流負(fù)荷，該方式下不允許長時間供電。

（3）單組蓄電池組故障或需退出運(yùn)行時，由充電裝置加一組蓄電池帶直流負(fù)荷。

圖2 48V直流系統(tǒng)單母分段原理接線圖

3 直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題及改進(jìn)措施

3.1 220V直流系統(tǒng)運(yùn)行方式切換造成短時失電問題分析

圖4為原220V直流系統(tǒng)原理接線，未增加QS3母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，母聯(lián)開關(guān)切換瞬間，會造成該段母線暫時失電，不便于運(yùn)行維護(hù)，需對接線方式進(jìn)行改造。

改進(jìn)方案：將原來用于蓄電池放電開關(guān)改為母線切換用輔助開關(guān)，型號改為同充電裝置輸出開關(guān)一樣，與充電裝置輸出開關(guān)并接后饋線至相應(yīng)直流母線，用于母線切換時通過充電裝置臨時給本段直流母線供電，使得兩段母線切換時不中斷供電，切換完成后再將之?dāng)嚅_，另外重新在屏柜內(nèi)部增加蓄電池放電開關(guān)。

改進(jìn)前：母聯(lián)開關(guān)切換時，直接操作1QS2開關(guān)，切換時造成該段母線短時失電；改進(jìn)后：將Ⅰ段母線切換至聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時，先合上母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)1QS3，再將1QS2切至聯(lián)絡(luò)運(yùn)行位置，最后斷開1QS3；將Ⅰ段母線母線由聯(lián)絡(luò)運(yùn)行切至分段運(yùn)行時，先合上1QS3，再將1QS2切至分段運(yùn)行位置，最后斷開1QS3。上述切換過程不會造成Ⅰ段母線失電。

3.2 直流系統(tǒng)接地故障問題分析

直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地是常見的異常運(yùn)行狀態(tài)，雖然不直接產(chǎn)生惡果，但潛在危險(xiǎn)性很大。因此規(guī)定當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地后只允許連續(xù)運(yùn)行2h以便使值班員迅速尋找接地點(diǎn)，盡快消除，防止發(fā)展成兩點(diǎn)接地故障。寶泉抽水蓄能電站原接地巡檢裝置無法準(zhǔn)確確定接地點(diǎn)，需更換新的接地巡檢裝置。

圖3 48V直流系統(tǒng)互聯(lián)的單母接線原理圖

改進(jìn)前：直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時，由于無法確定接地點(diǎn)位置，對不重要的直流電源，采用“瞬時停電法”查找，即拉開某一饋線開關(guān)再迅速合上并注意接地是否瞬時消失，若未消失，再依次尋找；對重要的直流電源，采用“轉(zhuǎn)移負(fù)載法”，查該支路帶回路有無接地故障。

具體接地點(diǎn)拉、合步驟：

（1）二次回路是否有工作造成接地；

（2）在調(diào)度同意下依次拉合次序：

1）事故照明，臨時工作電源繼電保護(hù)試驗(yàn)電源試?yán)⒑希?/p>

2）熱備用、冷備用設(shè)備的試?yán)⒑希?/p>

3）開關(guān)合閘電源試?yán)⒑希?/p>

4）退出重合閘，試?yán)⒑现睾祥l電源；

5）通信電源及遠(yuǎn)動裝置電源試?yán)⒑希?/p>

6）故障錄波器電源試?yán)⒑希?/p>

7）通過調(diào)度將主保護(hù)改信號后試?yán)⒑掀淇刂齐娫矗?/p>

圖4 原220V直流系統(tǒng)原理接線圖

8）試?yán)⒑铣潆娧b置電源；

9）試?yán)⒑闲铍姵兀?/p>

10)在進(jìn)行上述各項(xiàng)檢查選擇后仍未查出故障點(diǎn)，則應(yīng)考慮同極性兩點(diǎn)接地。當(dāng)發(fā)現(xiàn)接地在某一回路后，有環(huán)路的應(yīng)先解環(huán)，再進(jìn)一步采用取保險(xiǎn)及拆端子的辦法，直至找到故障點(diǎn)并消除。

該方法查找過程復(fù)雜，造成重要設(shè)備停電，且查找時間過長，不便于日常運(yùn)行維護(hù)。

改進(jìn)后：直流系統(tǒng)改造后采用貴陽新光ZJX6型微機(jī)直流系統(tǒng)接地巡檢裝置作為直流系統(tǒng)接地的監(jiān)視設(shè)備，并結(jié)合手持式ZJ5型抗分布電容式直流接地探測器，可有效查找接地并可確定到最小范圍內(nèi)，使查找直流接地變得簡單。

具體步驟如下：

（1）查看ZJX6型微機(jī)直流系統(tǒng)接地巡檢裝置顯示的接地支路編號及接地方向，并做記錄。

（2）連接信號源ZJ5。具體方法是：將ZJX6型微機(jī)直流系統(tǒng)接地巡檢裝置（主屏或分屏）的對地平衡電阻橋接地線斷開；檢查信號源ZJ5電源開關(guān)在“斷開”位置，VQ開關(guān)在“常規(guī)”位置；插入電源插頭，然后合上電源開關(guān)。

（3）手持器ZJ51與信號源ZJ5進(jìn)行通信。按下手持器ZJ51“電源開關(guān)”，當(dāng)兩個裝置啟動完畢后，在顯示“請將手持器放到信號源上方1m內(nèi)，然后按下通信紅外接收數(shù)據(jù)”信息后，在手持器上按通信鍵。手持器顯示“請?zhí)綔y接地”后，即可開始查找接地。

（4）查找接地。在信號源處探測總的絕緣，按下探測按鈕，顯示結(jié)果可以與ZJX6型微機(jī)直流系統(tǒng)接地巡檢裝置進(jìn)行比較，手持器顯示的電阻與信號源相近。根據(jù)已記錄的信息，逐個對接地支路進(jìn)行探測，注意在探測支路時，鉗子盡量同時夾在正負(fù)極上或電纜上，以抵消負(fù)荷變化干擾，鉗子方向指向負(fù)荷側(cè)，夾好支路后，按下“探測”按鈕。如有接地將顯示接地信息及接地方向，如果方向向下，表示接地點(diǎn)在測點(diǎn)下方，如果方向向上，表示接地點(diǎn)在測點(diǎn)上方，直至將接地點(diǎn)縮小到最小范圍。

（5）接地電流突然消失或者對地電阻突然增大的測點(diǎn)即為接地點(diǎn)。

該方法可方便快捷查找故障點(diǎn)，及時消除接地故障。

3.3 充電監(jiān)控模塊故障分析

充電監(jiān)控模塊的作用是負(fù)責(zé)監(jiān)控整流模塊的工作狀態(tài)。

充電監(jiān)控模塊可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）充電監(jiān)控模塊通過RS485接口與電源系統(tǒng)集中監(jiān)控模塊連接，一方面接受上位監(jiān)控下發(fā)的控制命令，通過調(diào)節(jié)程控輸出電壓實(shí)現(xiàn)對整流模塊的輸出控制，或通過繼電器輸出觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對整流模塊的開關(guān)機(jī)控制；另一方面采集上傳整流模塊的異常告警信號，由電源系統(tǒng)集中監(jiān)控模塊做出相應(yīng)的告警處理。

（2）充電監(jiān)控模塊通過采集蓄電池回路的充放電電流信號，與上位機(jī)監(jiān)控下發(fā)的充電限流給定信號進(jìn)行比較，當(dāng)蓄電池的充電電流小于給定的充電限流值時，誤差放大信號不起作用；當(dāng)蓄電池的充電電流大于給定的充電限流值時，誤差放大信號通過調(diào)節(jié)程控輸出電壓，改變整流模塊的均/浮充電壓值，實(shí)現(xiàn)對蓄電池的自動穩(wěn)流充電。

（3）軟件看門狗時刻監(jiān)視與上位機(jī)監(jiān)控模塊的通信是否正常，當(dāng)充電監(jiān)控模塊與上位機(jī)通信中斷時，軟件看門狗能自動使充電監(jiān)控模塊按預(yù)先設(shè)定的安全運(yùn)行值控制整流模塊的輸出，實(shí)現(xiàn)對蓄電池自動限流充電和正常浮充電的控制。

實(shí)例分析：監(jiān)控報(bào)警蓄電池容量低，現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)整流模塊輸出電壓為50.3V，正常輸出應(yīng)為54.3V，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)限流模塊通信指示燈不亮，初步判斷因充電監(jiān)控模塊故障，無法收到上位監(jiān)控下發(fā)的控制命令，無法通過調(diào)節(jié)程控輸出電壓控制整流模塊，整流模塊輸出電壓低，蓄電池組對外放電，造成蓄電池容量低報(bào)警。

處理方法：更換充電監(jiān)控模塊。若無備件，可采取臨時措施，將充電監(jiān)控模塊程控輸出端子拆除，手動將整流模塊輸出電壓調(diào)高，調(diào)整時應(yīng)注意觀察并列運(yùn)行的整流模塊輸出電壓、電流的大小關(guān)系，確保每個整流模塊均衡供電，人為將整流模塊輸出電壓提高后，可對蓄電池充電，確保蓄電池組容量滿足事故備用要求。

3.4 蓄電池組充放電試驗(yàn)分析

寶泉抽水蓄能電站使用的蓄電池均為閥控式電池，閥控蓄電池是一種新的鉛酸蓄電池，俗稱“免維護(hù)蓄電池”被廣泛應(yīng)用于備用電源系統(tǒng)中，這是由于閥控蓄電池內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了氧再復(fù)合循環(huán)，電解液中的水分不會損失，“免維護(hù)”僅指無需加水、加酸、換液，而日常的檢測和維護(hù)工作仍是不可缺少的。因蓄電池在運(yùn)行中欠充、過充、過放、環(huán)境溫度過高等都會使蓄電池的性能劣化，所以只有對其進(jìn)行核對性放電才能客觀、準(zhǔn)確地測出蓄電池的真實(shí)容量，才能保證直流電源系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

表1 48V蓄電池組放電數(shù)據(jù)

圖5 1、2號蓄電池放電曲線

以48V蓄電池組放電試驗(yàn)為例，該蓄電池組由4節(jié)單節(jié)電壓12V的蓄電池組成，對其進(jìn)行10h恒流放電試驗(yàn)，放電量應(yīng)為額定容量的80%以上。

放電過程中對蓄電池組的現(xiàn)場記錄值進(jìn)行分析，放電過程中隨時注意觀察蓄電池單體電池電壓不得低于10.8V。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

由表1可知，2號蓄電池不滿足要求，繪制1、2號蓄電池放電曲線如圖5所示。

由圖5可知，1、2號蓄電池放電初始電壓相同，但2號蓄電池電壓降低較快，容量未達(dá)到額定容量的80%以上，須對整組蓄電池進(jìn)行更換。

閥控式蓄電池放電時注意事項(xiàng)：

（1）不要對電池強(qiáng)制放電，電池若是在放電過程中，超過電池放電的終止電壓值，還繼續(xù)放電時就可能會造成電池內(nèi)壓升高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的可逆性遭到損壞，電池容量明顯下降。

（2）蓄電池因單只容量不夠需要更換時，只能一次性全部更換，不能把性能指標(biāo)不夠的蓄電池單獨(dú)更換，否則會因?yàn)樾铍姵貎?nèi)阻不平衡而影響整組電池的發(fā)揮，縮短整組電池的使用壽命。

（3）蓄電池室通風(fēng)設(shè)備應(yīng)齊全，并能可靠投入運(yùn)行。

（4）切勿短路電池，當(dāng)電池的正負(fù)極通過外部物質(zhì)實(shí)現(xiàn)電接觸，電池就發(fā)生短路，例如放在口袋中的無外包裝電池就會因與鑰匙或硬幣等金屬材料接觸而產(chǎn)生短路。

4 結(jié)束語

直流系統(tǒng)是電廠重要組成部分，對電站正常運(yùn)行起著重要作用，它的設(shè)計(jì)方案是否合理、驗(yàn)收是否嚴(yán)格把關(guān)、日常維護(hù)是否到位直接影響電站運(yùn)行可靠性。

為防止和杜絕直流系統(tǒng)事故，在日常運(yùn)維中對直流系統(tǒng)的不足應(yīng)進(jìn)一步完善，消除安全隱患，進(jìn)一步減小發(fā)生直流系統(tǒng)事故的可能性，在保證直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時也保證了機(jī)組及繼電保護(hù)的可靠運(yùn)行，確保電網(wǎng)安全。

方書博（1989—），男，本科，主要研究方向：直流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)的維護(hù)、檢修。657264546@qq.com

婁彥芳（1986—），女，本科，主要研究方向：直流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、檢修。

Analysis of DC System Configuration and Operation Mode at Baoquan Pumped Storage Power Station

FANG Shubo， LOU Yanfang
(State Grid Henan Baoquan Pumped Storage Co. Ltd.，Xinxiang 453636，China）

The DC system of Baoquan Pumped Storage Power Station includes 220V DC system and 48V DC system. This article analyses the DC system configuration and operation mode at Baoquan Pumped Storage Power Station and provides analysis and treatment for the problems found during operation.

DC;Operation;Tie switch;grounding;discharging