蔣春鋼，李長(zhǎng)勝

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

蒲石河抽水蓄能電站直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷分析與改進(jìn)

蔣春鋼，李長(zhǎng)勝

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

對(duì)蒲石河抽水蓄能電站地下廠房、開(kāi)關(guān)站等兩段直流母線在操作切換中，存在短時(shí)中斷供電情況的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施。

抽水蓄能電站；直流母線；設(shè)計(jì)缺陷

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧寬甸縣境內(nèi)，下水庫(kù)建在鴨綠江支流蒲石河上。設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量為1200MW，安裝4臺(tái)300MW單級(jí)、立軸、混流可逆式水泵水輪機(jī)組。首臺(tái)機(jī)組計(jì)劃于2011年12月投入商業(yè)運(yùn)行。建成之后是東北電網(wǎng)擔(dān)任調(diào)頻調(diào)峰和事故備用的重要電源點(diǎn)。

1 直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷分析

抽水蓄能電站的直流系統(tǒng)是繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和斷路器正確動(dòng)作的重要設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)防止系統(tǒng)破壞性事故擴(kuò)大和設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞至關(guān)重要。其地位隨著機(jī)組容量的不斷增大顯得更為重要。

蒲石河抽水蓄能電站直流系統(tǒng)組成：蓄電池采用法國(guó)STECO GRANIT A系列免維護(hù)閥控鉛酸蓄電池。防滲漏措施嚴(yán)密，散熱條件良好，具有自動(dòng)開(kāi)啟、關(guān)閉的安全閥；蓄電池巡檢子機(jī)可以監(jiān)測(cè)20節(jié)電池電壓以及1個(gè)環(huán)境溫度可在線檢測(cè)蓄電池組內(nèi)有無(wú)電池發(fā)生短路或開(kāi)路現(xiàn)象，其報(bào)警接點(diǎn)引至微機(jī)直流監(jiān)控裝置顯示處理；EEP2-20/220V高頻開(kāi)關(guān)電源模塊，EEP整流模塊為抽屜式結(jié)構(gòu)，可帶電更換，采用n+1冗余組合熱備份方式，具有按照閥控式密封鉛酸蓄電池的特性自動(dòng)充電及活化電池的功能；EK-04C微機(jī)監(jiān)控模塊硬件由雙32位CPU的工控主板為核心組成的觸摸屏，可對(duì)直流系統(tǒng)中的交流配電單元、高頻開(kāi)關(guān)整流模塊、微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置、蓄電池巡檢裝置、直流隔離電壓變送模塊和霍耳電流變送模塊、蓄電池環(huán)境溫度檢測(cè)模塊等下級(jí)監(jiān)測(cè)控制設(shè)備實(shí)施數(shù)據(jù)采集并顯示，并可根據(jù)系數(shù)的各種設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行告警處理和歷史數(shù)據(jù)管理，同時(shí)對(duì)這些處理結(jié)果加以判斷，根據(jù)不同的情況實(shí)行電池智能管理、輸出控制等操作。

電廠在組織直流系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程編寫(xiě)討論時(shí)發(fā)現(xiàn)，電站地下廠房、開(kāi)關(guān)站和中控樓直流系統(tǒng)在一組交流充電裝置失電，需將該段直流母線聯(lián)絡(luò)至另一直流母線運(yùn)行操作時(shí)，存在短時(shí)中斷供電情況。

地下廠房、開(kāi)關(guān)站為“2+2”配置（開(kāi)關(guān)站為“3+2”）。見(jiàn)圖1。若1號(hào)充電盤(pán)交流電源失電或整套故障，短時(shí)無(wú)法處理，必須盡快將1號(hào)饋電盤(pán)聯(lián)絡(luò)至2號(hào)饋電盤(pán)運(yùn)行。操作步驟：①將1號(hào)充電盤(pán)輸出刀閘1DZ1切至“0”位置；②將1號(hào)饋電盤(pán)輸入刀閘1DZ2切至“聯(lián)絡(luò)”位置；③拉開(kāi)1號(hào)充電盤(pán)交流電源開(kāi)關(guān)1K1。由于1DZ2為雙投刀閘，在1DZ2切至“聯(lián)絡(luò)”位置過(guò)程中，1號(hào)饋電盤(pán)會(huì)脫開(kāi)1號(hào)蓄電池組，所代直流負(fù)荷短時(shí)失電?？赡茉斐蓹C(jī)組跳機(jī)，保護(hù)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)。

圖1 原設(shè)計(jì)接線

查閱《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》，防止直流系統(tǒng)事故13.3.2.2條規(guī)定：“直流母線在正常運(yùn)行和改變運(yùn)行方式的操作中，嚴(yán)禁脫開(kāi)蓄電池組?！北驹O(shè)計(jì)顯然不符合這一要求。

2 設(shè)計(jì)缺陷的發(fā)生原因

2.1 設(shè)計(jì)人員沿襲舊規(guī)程，不熟悉新規(guī)程

根據(jù)《DL/T 5044-95火力發(fā)電廠、變電所直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》4.1.2規(guī)定：“采用單母線接線的直流系統(tǒng)，2組單母線間應(yīng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)，并應(yīng)有防止2組蓄電池并聯(lián)運(yùn)行的閉鎖措施。宜采用聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與蓄電池組電源開(kāi)關(guān)機(jī)械閉鎖或電氣閉鎖。但系統(tǒng)接線應(yīng)考慮在運(yùn)行切換時(shí)不中斷直流負(fù)荷供電的要求，將1組充電設(shè)備接至直流母線?！?/p>

（1）1995年版設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定：任何條件不允許兩組蓄電池并列運(yùn)行。實(shí)際上兩組蓄電池不能長(zhǎng)期并列運(yùn)行。原因：

①當(dāng)兩組電池并聯(lián)用低壓恒壓充電后，由于內(nèi)阻大的那組電池出現(xiàn)了負(fù)充電，而充電所謂終了后，就有兩組電池的不等電動(dòng)勢(shì)。在相同的時(shí)間內(nèi)，兩組蓄電池充入的容量是不相等的，無(wú)法使并聯(lián)的兩組電池同時(shí)達(dá)到真正的飽和狀態(tài)。

②當(dāng)兩組電池并聯(lián)時(shí)就組成電池內(nèi)部的放電回路。兩組或兩組以上的蓄電池長(zhǎng)期并聯(lián)，還會(huì)造成電池內(nèi)耗的增加。

另外規(guī)定：為了在運(yùn)行切換時(shí)不中斷直流負(fù)荷供電，將充電設(shè)備接至直流母線。這樣在充電設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，可以保證切換時(shí)不中斷直流負(fù)荷供電。但是在充電設(shè)備故障或失電時(shí)，切換過(guò)程中直流負(fù)荷會(huì)中斷供電。

（2）對(duì)于兩組蓄電池并聯(lián)問(wèn)題，在新版的設(shè)計(jì)規(guī)程中，已更改了原1995版中關(guān)于蓄電池不能并聯(lián)的說(shuō)法。在《DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》4.5.1第三條規(guī)定：“2組蓄電池的直流系統(tǒng)，應(yīng)滿足在運(yùn)行中二段母線切換時(shí)不中斷供電的要求。切換過(guò)程中允許2組蓄電池短時(shí)并列運(yùn)行?！?/p>

兩組蓄電池正常時(shí)應(yīng)是分列運(yùn)行，考慮到定期充、放電試驗(yàn)要求和事故處理，為了轉(zhuǎn)移直流負(fù)荷，需要短時(shí)并聯(lián)運(yùn)行。在2組蓄電池電壓相差不大，而且時(shí)間很短，對(duì)蓄電池沒(méi)有大的危害是允許的。其實(shí)在正常運(yùn)行的直流系統(tǒng)中，為了保證蓄電池的滿充電，蓄電池處于浮充電狀態(tài)，充電裝置的輸出電壓始終高于蓄電池組電壓，使整個(gè)直流系統(tǒng)中每段母線的電壓被充電裝置輸出鉗制，如果需要母線負(fù)荷切換，此時(shí)允許兩組蓄電池短時(shí)并聯(lián)運(yùn)行，兩組蓄電池不會(huì)形成環(huán)流情況。

2.2 設(shè)計(jì)人員對(duì)于國(guó)網(wǎng)公司反措要求不了解

設(shè)計(jì)人員一般都是按照設(shè)計(jì)規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)會(huì)參考一些典型設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員大都沒(méi)有生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，不能夠從運(yùn)行角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。沒(méi)有考慮到各種情況下，直流系統(tǒng)運(yùn)行和改變運(yùn)行方式操作中的可靠性。國(guó)網(wǎng)反措要求都是通過(guò)總結(jié)分析近年國(guó)網(wǎng)公司系統(tǒng)發(fā)生的重大事故的特征，要求制造、設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)等各個(gè)單位認(rèn)真貫徹執(zhí)行。這些反措要求都是事故教訓(xùn)換來(lái)的，有很強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)作用。

2.3 照搬照抄其它電站設(shè)計(jì)

查看國(guó)網(wǎng)新源系統(tǒng)的天荒坪、張河灣、寶泉、西龍池等抽水蓄能電站直流系統(tǒng)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)與蓄電池開(kāi)關(guān)均有閉鎖。都存在兩組蓄電池?zé)o法短時(shí)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行設(shè)計(jì)缺陷。我國(guó)從90年代開(kāi)始大規(guī)模新建抽水蓄能電站，許多設(shè)計(jì)還不夠成熟。部分設(shè)計(jì)存在抄襲現(xiàn)象，發(fā)生雷同錯(cuò)誤也就在所難免。

3 設(shè)計(jì)缺陷的改進(jìn)措施

3.1 接線方式選擇

將原饋電盤(pán)輸入刀閘1DZ2、2DZ2由雙投刀閘改為單投刀閘。在1號(hào)饋電盤(pán)與2號(hào)饋電盤(pán)母線間加裝直流斷路器DZ。見(jiàn)圖2。

圖2 改進(jìn)設(shè)計(jì)接線

同樣情況，若1號(hào)充電盤(pán)交流電源失電或整套故障，短時(shí)無(wú)法處理。操作步驟：①將1號(hào)充電盤(pán)輸出刀閘1DZ1切至“0”位置；②合上1號(hào)饋電盤(pán)與2號(hào)饋電盤(pán)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)DZ；③拉開(kāi)1號(hào)饋電盤(pán)輸入刀閘1DZ2；④拉開(kāi)1號(hào)充電盤(pán)交流電源開(kāi)關(guān)1K1。1號(hào)饋電盤(pán)在切換操作中沒(méi)有脫開(kāi)蓄電池組，滿足國(guó)網(wǎng)公司反措要求。

3.2 直流斷路器選擇

斷路器額定電流按饋電盤(pán)上全部用電回路的計(jì)算之和選擇，即

式中：Icc為控制負(fù)荷計(jì)算電流，A；Icp為保護(hù)負(fù)荷計(jì)算電流，A；Ics為信號(hào)負(fù)荷計(jì)算電流，A；Kc為同時(shí)系數(shù)，取0.8。

為了保證保護(hù)動(dòng)作選擇性要求，斷路器的額定電流還應(yīng)大于饋電柜饋線斷路器的額定電流，它們之間電流級(jí)差不宜小于四級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

直流系統(tǒng)對(duì)于電站的可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。各級(jí)設(shè)計(jì)人員從工程設(shè)計(jì)之初就應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，為將來(lái)生產(chǎn)運(yùn)行著想。避免出現(xiàn)電站建成之后再進(jìn)行技改，浪費(fèi)投資。

TM910.2

B

1672-5387（2011）02-0059-02

2010-11-02

蔣春鋼（1972-），男，工程師，從事抽水蓄能電站生產(chǎn)運(yùn)行與管理工作。