9F燃氣輪機發電廠直流系統介紹及常見故障處理

吳森飚

摘 要

隨著國家西氣東輸工程的建設以及電網對調峰調谷發電機組的需求，9F級燃氣蒸汽聯合循環發電廠的發展已經成為一種趨勢。在這類發電廠中直流系統也是重要組成部分，直流系統是否安全可靠直接影響著整個電廠是否能夠正常運行，因此對直流系統的常見的故障進行分析、解決，對9F燃氣輪機發電廠的安全運行起著很重要的意義。

【關鍵詞】9F燃氣輪機 直流系統 接地故障 蓄電池 故障處理

1 9F燃氣輪機發電廠直流系統簡介

某9F燃機聯合循環發電廠每臺機組設兩段110V直流母線，兩組蓄電池，采用單母線分段接線，供給本臺機組熱工，電氣控制、信號、繼電保護和自動裝置等負荷；每臺機組設一段220V直流母線，一組蓄電池，兩臺機的220V直流母線相互聯絡、互為“暗備用”，供給直流油泵、事故照明、不停電電源系統（UPS）等負荷。GIS升壓站設兩段110V直流母線，兩組蓄電池，采用單母線分段接線，以滿足繼保裝置主保護和后備保護由兩套獨立直流系統供電的雙重化配置原則。每段直流母線均采用閥控免維護鉛酸蓄電池及成套高頻開關電源充電裝置，還有直流饋電單元、絕緣監測裝置、監控單元等部分組成，直流系統是確保機組在失去廠用電的時候能夠安全停運的必要設備。

1.1 高頻開關電源

高頻開關電源是采用高頻功率半導體器件和脈寬調制（PWM）技術的新型功率變換技術，不僅有利于充電裝置的小型化和高效化，而且穩壓穩流特性好，蓄電池充電快速。雙路交流自投電源由工作段及保安段供電，經過兩個接觸器選擇一路供電，充電模塊采用（N+2）冗余方式供電，輸出穩定的電壓電流，為負荷提供工作電流的同時，對蓄電池進行浮充。

1.2 直流饋電單元

直流饋電單元通過專用直流負荷開關連接用電設備，開關分斷能力強，當負荷側發生故障時能可靠斷開，同時與上下級開關相匹配，以保證保護動作的選擇性。

1.3 絕緣監測裝置

絕緣監測裝置的作用是對直流母線、各支路的對地絕緣狀況進行在線監測，當出現直流絕緣強度降低或者過電壓、欠電壓等異常情況時，發出聲光報警，并傳送到集控室DCS系統。

1.4 監控單元

監控器的作用是實現直流系統的“四遙”功能，主要通過對母線、電池、充電模塊、絕緣監測裝置等進行實時監控，并與主機設備通信。

2 9F燃氣輪機發電廠直流系統的常見故障

2.1 蓄電池故障

未及時對蓄電池進行定檢或檢查周期太長，導致蓄電池在使用過程中不斷老化，容量減少，外殼不斷臌脹，電池出口熔斷器燒壞，甚至電池起火。另外目前對單體蓄電池的檢測手段有限，使得對電池中的內阻、充電和放電過程中化學物質的變化等參數無法全面檢測，包括蓄電池在運行中內部的溫度情況。

2.2 同一廠家的電池壽命相同

直流系統在設計時之初都使用同一廠家的電池，但由于相同批次的電池使用壽命也會幾乎相同，一旦達到一定的時間，電池問題就會因為同時暴露出來而失去互為冗余備用的情況。選裝不同廠家的電池可解決該問題。

2.3 充電裝置故障

當直流系統發生蓄電池故障、熔斷器熔斷或者過流保護動作時均可導致充電裝置故障退出，實際運行中進線交流接觸器的故障率較高，由此引發的充電裝置退出后，應及時調整兩段直流母線電壓相等，合上母線聯絡開關，將兩段母線并列運行。

2.4 直流母線電壓異常

運行中直流母線電壓過高或過低等故障也是經常發生的，可將充電裝置切換開關由“自動”切至“手動”進行調整。發生直流母線電壓消失故障時，很可能是充電裝置、電池出口或者母線發生短路，也有可能是饋線短路而保險未熔斷造成，需拉開直流母線各電源側和分路刀閘進行測絕緣。

2.5 直流動力母線失壓

動力直流母線最重要的負荷為直流潤滑油泵和直流密封油泵，一旦動力直流母線失壓，在廠用電失去的情況下，9F燃氣輪機聯合循環機組就會發生斷油燒瓦、發電機漏氫氣等嚴重事故，給電廠造成極大的經濟損失甚至人身事故。

3 9F燃氣輪機發電廠直流系統接地故障

3.1 絕緣監測裝置應用

直流系統發生一點接地的危害并不大，但是很難找出，如果同時出現另外一點接地，就會引起直流系統的保險熔斷，繼保誤動，設備的安全運行就會受到嚴峻的考驗。絕緣監察裝置采用非平衡電橋原理，一般直流系統發生接地，裝置都能夠確定對地電壓和絕緣電阻等數據的大小并發出報警，如果裝置未能正確顯示，則應先檢查正極還是負極接地，直流回路有無檢修工作等等。

3.2 瞬時斷電法

在直流系統出現故障的時候如果確認各個支路可以臨時停電，可以采用瞬時斷電的方法，因為接地回路一旦從系統中脫離出來，母線對地的電壓就會恢復正常，據此可確定故障具體發生在哪個支路，此法操作原則是由兩人進行，一人斷電一人觀察絕緣變化情況，先斷次要負荷，后斷重要負荷，一旦找到接地點時要及時消除。當故障發生在某一充電模塊時，可以先暫時先隔離該充電模塊后進行檢查。而在實際運行過程中，9F燃氣輪機發電廠的直流系統接地故障多發于燃機直流控制屏這一支路，因為該支路下有很多是給到熱控的信號，這些觸點極易發生因臟污或松動而接地的情況。

4 9F燃氣輪機發電廠直流系統的運維規定

4.1 蓄電池的運維規定

蓄電池新舊不能混用，每年應進行核對放電及定檢，測試電池電阻和電壓，評估電池容量。正常按浮充方式運行，放電后應及時投入均充。單個電池電壓浮充應保持在2.23V，短時大電流放電電壓允許降低至2V，放電時間不得少于2小時，單個電池電壓不低于1.8V。

4.2 直流系統的運維規定

直流系統母線電壓在85%～110%，絕緣電阻值不應低于50MΩ，充電裝置絕緣電阻不得低于1MΩ，搖測時應將可控硅短接，退出低壓元件，使用500V搖表。直流系統不允許在蓄電池無并聯情況下，由充電裝置單獨向重要負荷供電，即使事故情況下，也應考慮盡快與另一蓄電池并列。

5 結束語

9F燃氣輪機發電廠直流系統出現的故障，較之傳統電廠有一定的區別，應不斷總結故障原因，優化處理措施，才能做好直流系統的維護和管理。

參考文獻

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[2]趙建新.淺析發電廠直流系統接地故障分析與處理[J].科技信息，2008.

[3]李鶴峰.直流系統的接地原因及處理[J].黑龍江電力，2009.

作者單位

廣州珠江天然氣發電有限公司 廣東省廣州市 511457