發電廠直流系統蓄電池充電模塊燒壞原因分析及改進措施

周　明　李志軍

?

發電廠直流系統蓄電池充電模塊燒壞原因分析及改進措施

周明1李志軍2

（1. 廣州市旺隆熱電有限公司，廣州 510340；2. 廣州永興環保能源有限公司，廣州 510410）

本文對一起發電廠直流系統蓄電池充電模塊燒壞的現象，分析查找故障原因。通過對充電模塊增容改造和對電源開關加裝失壓脫扣保護功能，避免此類事故的再次發生，提高了設備運行的可靠性。

直流系統；蓄電池；充電模塊

直流系統為發電廠發電機組繼電保護、自動裝置、斷路器分合閘等提供可靠的直流電源。當發生全廠廠用電中斷事故時，其為事故照明、UPS和汽輪機潤滑油泵等提供直流電源，以保障汽輪機安全停定。直流系統可靠運行，有著舉足輕重的作用，是整個發電廠安全運行的保證。

發電廠直流系統一般由蓄電池、充電裝置、直流母線、開關和刀閘等主要部分組成。本文介紹了旺隆電廠直流系統的構成，并對發生了的一起蓄電池充電模塊燒壞的現象進行研究分析。

1 集控直流系統構成

旺隆電廠2×100MW機組單元機組共配置3套直流系統。其中，機組集控配置兩套直流系統，集控#1、#2組直流系統分別對#1、2機組供電。機組集控直流系統蓄電池采用浮充電運行方式，由一組高頻開關整流裝置與一組蓄電池并列運行，為保障直流系統的穩定，機組集控直流系統配置了三組高頻開關整流裝置。

機組集控直流母線正常工作電壓220V，單組蓄電池由104個電池組成，容量為1500Ah，配置的高頻開關充電裝置額定容量為200A，配有10個充電模塊，每個模塊額定輸出電流為20A，采用三相380V交流輸入，直流輸出為220V。

機組集控直流系統正常運行方式：#1高頻開關對#1蓄電池充電；#2高頻開關對#2蓄電池充電；#3高頻開關備用。

機組集控直流系統接線方式如圖1所示。

2 故障現象

某日13∶25，旺隆電廠旺洲甲、乙線跳閘導致旺隆#2機組跳閘，#1機組帶廠用電運行，13∶56 #1機組跳閘，全廠廠用電中斷。14∶07恢復全廠廠用電供電，#2高頻開關4個充電模塊有燒壞的痕跡，如圖2所示。

圖1 直流系統接線方式圖

圖2 充電模塊燒壞現場圖

從圖2中可以看出，第3排第4個模塊插座直流出線熔斷，模塊插箱匯流母線引出線部分熔斷；對4個模塊進行拆解，3個模塊基本完好，1個模塊直流輸出部分印制板銅皮熔化，但主電路完好，由此可以認為故障是由外部電路引起的。

3 原因分析

旺隆電廠自2004年投產以來，直流系統運行一直比較穩定，經過近年來年設備更新和環境的改善，充電裝置運行應該更加可靠。作為應急電源，在全廠廠用電中斷的事故情況下，卻發生了集控#2充電裝置因模塊燒壞導致退出運行，嚴重威脅著主機組設備安全。通過對現場勘測和分析，引起充電模塊燒壞的原因如下：

1）當全廠廠用電中斷時，高頻開關整流裝置交流電源失壓，直流油泵起動運行，運行電流為150A，由#2蓄電池組供電。當380V#2廠用母線恢復對集控#2高頻開關380V電源時，此時#2高頻開關同時對#2蓄電池充電，又對直流油泵等直流負荷供電，輸出電流接近300A左右，超出#2高頻開關額定容量的50%。由于各模塊限流功能固有的差異，導致部分模塊過負荷嚴重，造成燒壞。

2）由于導線接頭或連接件有氧化現象，導致設備存在接觸不良、接觸電阻變大的現象，在大電流運行時容易局部發熱。本次事故發生時，全廠交流失電，模塊處于超負荷運行狀態，出現嚴重局部過熱現象，引起導線絕緣破壞，從而引發非接觸性短路。短路發生后，蓄電池通過匯流母線放電，電流急劇增大，發熱量也急劇上升，從而導致模塊輸出端子直流部分及匯流母線熔斷。

4 改進措施

直流電源作為發電廠重要的應急電源，必須保障其可靠性。經過深入地分析，主要從設備容量、維護和交流輸入電源回路進行改進，具體措施如下：

1）增加高頻開關額定容量至300A，配置15臺充電模塊。按照1500Ah蓄電池0.1C10充電，充電電流至少需150A，直流油泵工作電流約150A。目前高頻開關額定容量為200A，在這種事故情況下，滿足不了現場負荷需要，易造成高頻開關過載發熱。

2）做好設備維護，定期檢查所有輸入輸出端子接觸情況，發現嚴重氧化及接觸不良等現象時及時處理，避免因接觸不了導致設備過熱。

3）增加高頻開關交流輸入開關失壓脫扣保護，當母線電壓低于70%額定工作電壓時，交流輸入開關自動跳閘，如圖3所示。

在直流油泵停下后，再投入高頻開關對蓄電池進行充電，以減輕高頻開關的負荷。

圖3 帶失壓脫扣的電源開關示意圖

5 結論

發電廠直流系統的可靠與否對電廠安全運行起著至關重要的作用，特別在事故情況下，直流系統作為保證機組安全和避免設備損壞的重要電源，在任何時候都應保證其正常工作。

本文描述的事故具有特殊性和典型性，在電廠日常生產中容易受到忽視。本文對其中的原因分析和采用的解決辦法，值得借鑒。

[1] 蘇艷萍, 栗磊, 楊曉龍. 直流系統設計及運行管理中的若干問題探討[J]. 電氣傳動自動化, 2015(2): 27-30.

[2] 李永臣, 夏東偉. 智能化多功能直流屏用充電電源研制[J]. 電力電子技術, 2004, 38(3): 61-62.

[3] 馮作標. 飛來峽水電廠直流系統技術改造[J]. 廣東水利電力職業技術學院學報, 2005, 3(1): 61-64.

[4] 楊定才. 電站直流系統及技術改造[J]. 化工設備與防腐蝕, 2001(5): 2-5.

[5] 白忠敏, 於崇干, 劉百震. 電力工程直流系統設計手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 1999.

[6] 宮貴朝. 白水峪電站直流系統改造[J]. 湖北水力發電, 2005(1): 62-64.

[7] 許火炬, 繆希仁. 通信用-48V直流配電系統及其短路分析[J]. 電氣技術, 2016, 17(3): 1-5.

[8] 辛永生, 張震, 樊榮, 等. 變電站高頻開關整流模塊熱備份的實現與應用[J]. 電氣技術, 2016, 17(11): 146-150.

[9] 王煒信, 段建東, 張潤松, 等. 孤島電網中多儲能設備SOC一致性優化策略[J]. 電工技術學報, 2015, 30(23): 126-135.

[10] 郭芳, 鄧長虹, 廖毅, 等. 功率平滑用電池儲能系統的功率響應特性研究[J]. 電工技術學報, 2015, 30(12): 434-440.

周 明（1982-），男，工程碩士，電氣工程師，從事電廠生產和運行管理工作。