淺談金河電站直流系統技術改造

阿旺+楊建軍

摘 要：直流系統是保障電力系統安全穩定運行的關鍵，因此直流系統設計、技改要充分考慮設備選型、裝置功能、供電方案等，從而確保電力系統的安全穩定運行。

關鍵詞：電力系統；蓄電池；電壓

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.192

1 前言

直流電源主要用于開關操作、保護、信號、逆變、事故照明和機組的初始勵磁等的電源。直流系統設置的目的是廠用電消失后，蓄電池組仍能夠短時正常供電。近年因直流系統故障出現了多起電網事故，因此水電站的直流系統能否安全、可靠運行直接關系到故障設備能否從系統快速、正確隔離，是電網的“神經系統”。所以水電站直流系統是水電站的重要組成部分，由此可見水電站的直流系統維護、消缺、技改的重要性和必要性。

2 目前金河電站直流系統的運行狀況及存在的問題

金河電站于2004年投產，裝機容量60MW。直流系統采用單母線分段有端電池的220V系統，其中主充機為半橋式可控硅整流器，浮充機為調壓整流器，蓄電池108只2V/250AH閥控式密封鉛酸蓄電池。

金河電站直流系統采用武漢高達電器工程股份有限公司生產的PZD（K） 型直流系統，從2004年運行至今。設備全套系統包括：三面直流裝置屏、六面電池屏。直流系統的正常運行方式為兩組系統各自獨立運行。在一組發生事故的情況下，可以拔下事故系統蓄電池保險，然后投入聯絡開關進行轉帶。

金河電站直流系統為環網供電，查找直流系統接地十分不便，由于絕緣監測儀只能判別接地性質是直接接地，還是絕緣不良或是正極接地還是負極接地。因此判別具體接地點只能采用分割法輪停充電柜、蓄電池組和直流母線進行排查那段母線接地或那組蓄電池的問題，然后再進行拉路法依次斷開饋線通過排除法判斷接地點，但由于是直流環網供電拉路法查找接地停電面廣且不易查找到具體的故障點，金河電站35kV升壓站直流系統曾頻繁出現雨季瞬間接地現象，查找故障大費周折。再一個就是金河電站直流系統已超期運行，蓄電池性能下降，因此金河電站直流系統技改迫在眉睫。

3 為了適應電網發展要求，提高設備運行的安全性和可靠性，2016年金河電站批準實施直流系統技改

3.1 蓄電池選型

蓄電池作為直流系統的儲能元件，是系統可靠運行的核心部件。因此技改中直流系統蓄電池的選型至關重要，關系到使用壽命以及安全可靠、維護工作等方面。由于鎘鎳蓄電池維護量大，故障率較高，現廣泛應用免維護密封鉛酸蓄電池，簡稱閥控蓄電池。故金河電站蓄電池采用閥控式密封鉛酸蓄電池。

3.2 蓄電池容量選擇

水電站的直流系統負荷按其用電特性，可分為經常負荷、事故負荷和沖擊負荷。經常負荷系指在所有運行狀態下，由直流母線不間斷地供電負荷。事故負荷系指水電廠失去交流電源，全廠停電狀態下，必須由直流系統供電的負荷。沖擊負荷系指蓄電池所承受的瞬時沖擊電流。

為滿足以上負荷特性需求，金河電站原蓄電池雙套配置，單套容量為250AH，現改為雙套300AH，2V一只，108只/組。單套蓄電池配置1套高頻開關電源直流系統（20A×5塊/套，220V），充電模塊按N+1備份方式配置，單套蓄電池配置1套蓄電池巡檢儀。兩套蓄電池的直流系統，采用二段單母線接線，蓄電池分別接于不同母線段，二段母線之間設聯絡開關。直流系統饋線改造后均采用輻射型供電。確保供電可靠性和安全性，并考慮適當的裕度。

4 直流系統的基本要求

直流負荷的供電要求，水電站直流負荷的供電應滿足下列基本要求。

（1）在電站正常或事故運行情況下，保證向所有重要的直流可靠而不間斷供電。

（2）在任何情況下，應保證直流系統各負荷的電壓在允許的范圍內。

（3）當蓄電池進行充電或核對性放電時，保證不破壞擁護的供電。

（4）保證能迅速而可靠地找到設備及線路絕緣損壞的地點，并盡量做到能加以隔離。

5 直流系統的額定電壓

水電站直流系統的額定電壓采用220伏。

直流電源系統設備參數（見表1）。

6 絕緣監測裝置

直流系統中的兩點接地可能引起保護和控制誤動的嚴重后果。斷路器跳閘線圈或保護裝置出口繼電器回路接地再伴隨其他一點接地時，斷路器將發生誤動跳閘。為了防止由于兩點接地可能發生的誤動作，必須裝設連續工作且足夠靈敏的絕緣監視繼電器。當220伏直流系統中任何一極絕緣下降時（對220伏直流系統為15～20千歐），絕緣監測裝置應實時監控系統電壓并告警，實時接地回路檢測，回路絕緣預警，接地歷史記錄分析，并對直流系統中各種故障接地故障及時告警及準確選線。同時告警信息通過RS485接口上傳到綜合自動化系統或調度自動化系統上位機。本次金河電站直流系統技改使用成都立牌公司的JYJC-64型絕緣監測裝置。

7 直流系統技改成效

金河電站直流系統通過本次技改取得了預期的效果，各項指標符合規程規定要求。

（1）穩流、穩壓精度、紋波系數、均流等主要指標符合規程規定，并機均流試驗符合規程要求；

（2）保護及報警功能試驗動作正確，顯示及檢測功能試驗正確；

（3）絕緣監察裝置動作正確，直流母線正、負極接地，裝置正確發出聲光報警；

（4）直流電源裝置的工作狀態能傳送到遠方的監控中心，“三遙”功能及報警信號顯示正確、遠傳可靠。

（5）當交流電源失壓（包括斷相）、充電裝置故障、絕緣監察裝置故障或蓄電池組等熔斷器熔斷時，設備應能可靠發出報警信號。

（6）模擬其中一套蓄電池故障時轉帶負荷正常。

8 改進措施

（1）絕緣監測裝置應該配備實時絕緣故障信息打印機，對于瞬間出現的故障為題可以直觀的反映在打印紙上，便于故障梳理和分析。

（2）直流饋線盤柜負荷開關部署不是很合理，存在過于擁擠和配置不夠美觀的問題。

（3）直流系統通訊功能應進一步完善，除除故障報警信息以外還應采集直流母線電壓、浮充電電流以及負荷電流等。

參考文獻：

[1]水電站機電設計手冊（電氣二次）[K].

[2]電力工程電氣設計手冊（電氣二次部分）[K].