李傳闊

【摘 要】直流系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的重要組成部分，它具有持續(xù)、可靠供電的特性，可以在火電廠失去廠用交流電源時(shí)，為電廠提供持續(xù)不斷的直流電源，保證火電廠控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、事故油泵等重要負(fù)荷的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以確保機(jī)組安全停機(jī)。直流系統(tǒng)主要由直流配電屏、充電裝置、蓄電池組、絕緣監(jiān)察裝置等組成，蓄電池在直流系統(tǒng)中占據(jù)舉足輕重的角色，它是直流系統(tǒng)持續(xù)電源的源泉，它的型式和容量都深刻的影響著火電廠的直流系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠 直流系統(tǒng) 蓄電池 型式 容量

火力發(fā)電廠的直流負(fù)荷可分為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷，控制負(fù)荷即為保護(hù)、控制、自動(dòng)裝置等，控制負(fù)荷多為低功率、小容量的電子元件和繼電器等，所以可以考慮采用110V專用蓄電池組。但當(dāng)供電距離較長或負(fù)荷電流過大時(shí)，其電纜截面也相應(yīng)增大，經(jīng)濟(jì)性會(huì)降低?；痣姀S的動(dòng)力負(fù)荷主要指事故油泵、事故照明等，這些負(fù)荷額定功率較大、供電距離長，采用220V的蓄電池組較為合理。因此660MW的火力發(fā)電廠可裝設(shè)3組蓄電池，2 組110V蓄電池給控制負(fù)荷供電，另1組220V蓄電池給動(dòng)力負(fù)荷供電；但從經(jīng)濟(jì)性上考慮，也可裝設(shè)2組220V蓄電池合并供電，減少投資。

1 直流系統(tǒng)的配置

火力發(fā)電廠的直流電源系統(tǒng)主要由交流輸入、充電裝置、饋電屏、蓄電池組、監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)察、蓄電池管理單元等組成。現(xiàn)在直流系統(tǒng)的充電裝置采用高頻開關(guān)電源模塊，可以將交流電源變換成高品質(zhì)的直流電源，一方面供給直流負(fù)荷使用，另一方面滿足蓄電池浮充電運(yùn)行。監(jiān)控單元能根據(jù)直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控高頻開關(guān)電源，綜合分析各種數(shù)據(jù)和信息，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施終直流電源通過直流饋電屏輸送到火力發(fā)電廠的各個(gè)直流負(fù)荷。控制和管理。直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置主要在線檢測(cè)直流系統(tǒng)的對(duì)地絕緣狀況，并自動(dòng)檢出故障回路。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障（正接地、負(fù)接地或正負(fù)同時(shí)接地），絕緣監(jiān)察裝置應(yīng)能顯示和發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且能夠判斷接地極性。蓄電池管理單元的主要檢測(cè)蓄電池組運(yùn)行工況、測(cè)量各節(jié)蓄電池的電壓。

2 蓄電池的選型

火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)常用的蓄電池型式為防酸式鉛酸蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電。防酸式鉛酸蓄電池和閥控式密封鉛酸蓄電池均屬于鉛酸蓄電池，它們具有可靠性高、容量大和承受一定的沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，故被發(fā)電廠廣泛采用。鎘鎳蓄電具有放電倍率高、安裝方便和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但它的單體電池電壓低，使電池?cái)?shù)量增加，需要設(shè)調(diào)壓裝置以及有爬堿等缺點(diǎn)，所以在小型發(fā)電廠和小型直流電源系統(tǒng)中使用。

防酸式鉛酸蓄電池的電極（主要由鉛制成）浸在硫酸溶液中，蓄電池槽與蓄電池蓋之間密封，使蓄電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體只能從防酸栓排出。防酸式鉛酸蓄電池的使用歷史悠長，技術(shù)比較成熟，運(yùn)行中可以加液且便于監(jiān)視，壽命較長，價(jià)格較低，故常在大型發(fā)電廠采用。閥控式密封鉛酸蓄電池在正常使用時(shí)保持氣密和液密狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)部氣壓超過預(yù)定值時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟，釋放氣體，當(dāng)內(nèi)部氣壓降低后安全閥自動(dòng)閉合，同時(shí)防止外部空氣進(jìn)入蓄電池內(nèi)部，使其密封。蓄電池在使用壽命期限內(nèi)，正常使用情況下無需補(bǔ)加電解液，減少了維護(hù)工作，且放電性能好、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，所以閥控式密封鉛酸蓄電池正逐步取代防酸式鉛酸蓄電池，成為火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)的主選。鎘鎳蓄電池是正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由鎘制成的一種堿性蓄電池。由于其單體電池電壓低，所以比較適用小型直流系統(tǒng)。

通過上述各種蓄電池優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，且660MW火力發(fā)電廠的直流負(fù)荷較大，直流電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)產(chǎn)生一定的沖擊，所以火力電廠機(jī)組直流系統(tǒng)的蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池。不僅滿足容量大、耐沖擊、可靠性高的要求，同時(shí)還減少了蓄電池日常的維護(hù)工作。

3 蓄電池容量的選擇

660MW火力發(fā)電廠的機(jī)組直流負(fù)荷中動(dòng)力負(fù)荷占比較大，所以選用2組220V蓄電池合并供電較為經(jīng)濟(jì)。220V直流電源長距離輸送壓降小，可以滿足大功率直流負(fù)荷啟動(dòng)、運(yùn)行的需要?，F(xiàn)在的保護(hù)、控制和自動(dòng)裝置的絕緣性能和耐壓性能普通提高，完全適應(yīng)220V直流電源。2組蓄電池可以合理的分配大功率直流負(fù)荷，并可以互為備用，保證直流供電的可靠性。660MW火力發(fā)電廠典型機(jī)組直流負(fù)荷如表1。

表1 660MW火力發(fā)電廠典型機(jī)組直流負(fù)荷清單

根據(jù)上面火力發(fā)電廠直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況，計(jì)算機(jī)組直流系統(tǒng)的蓄電池容量如下：

（1）蓄電池的個(gè)數(shù)：蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池，按照浮充電運(yùn)行時(shí)保證直流母線電壓為額定電壓的105%選擇蓄電池個(gè)數(shù)。每只蓄電池浮充電壓為2.23V，則蓄電池個(gè)數(shù)n=1.05Un/Uf=103.6只，故蓄電池個(gè)數(shù)選擇104只。式中的Un為直流系統(tǒng)額定電壓220V，Uf為蓄電池浮充電壓2.23V。（2）蓄電池容量的選擇：蓄電池組電壓為220V，采用階梯負(fù)荷法計(jì)算蓄電池組的容量，蓄電池的終止電壓Ufm=1.87，可靠系數(shù)Kk=1.80。

220V #1蓄電池組（不設(shè)端電池）階梯負(fù)荷計(jì)算如下：

第一階段計(jì)算容量 Cc1=Kk×I1/Kc1， Kc1為容量換算系數(shù)，取1.18

I1=844.5A，M1=1，t=1min，Kc1=1.18 1/h。由此得出Cc1=1288.24 AH

第二階段計(jì)算容量Cc2=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2]

I1=844.51A，M1=1，t1=30min，Kc1=0.755 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=29min，Kc2=0.764 1/h。由此得出Cc2=884.93 AH

第三階段計(jì)算容量Cc3=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3]

I1=844.51A，M1=1，t1=60min，Kc1=0.52 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=59 min，Kc2=0.55 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=30min，Kc3=0.755 1/h。由此得出Cc3=1350.04 AH

第四階段計(jì)算容量Cc4=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3+（I4-I3）/Kc4]

I1=844.51A，M1=1，t1=90min，Kc1=0.408 1/h；I2=365.54 A，M2=29，t2=89 min，Kc2=0.413 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=60min，Kc3=0.520 1/h；I4=224.60A，M3=30，t3=30min，Kc3=0.779 1/h。由此得出Cc4=1312.59 AH

第五階段計(jì)算容量Cc5=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3+（I4-I3）/Kc4+（I5-I4）/Kc5]

I1=844.51A，M1=1，t1=180min，Kc1=0.258 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=179 min，Kc2=0.258 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=150min，Kc3=0.296 1/h；I4=224.60A，M3=30，t3=120min，Kc3=0.334 1/h；I5=32.09A，M3=30，t3=90min，Kc3=0.408 1/h。由此得出Cc5=941.39AH

隨機(jī)負(fù)荷時(shí)計(jì)算容量Cr= Ir/ Kcr， IR——隨機(jī)負(fù)荷電流， KCR——隨機(jī)（5s）負(fù)荷的容量換算系數(shù)。Ir=6A，Kcr=1.27，由此得出Cr=4.72 AH將Cr疊加在Cc2、Cc3、Cc4、Cc5上，與Cc2進(jìn)行比較，取最大值，故蓄電池容量為：C10=1354.77 AH。

根據(jù)以上計(jì)算，1#蓄電池組容量選擇為1800 AH。同理可計(jì)算得出2#蓄電池組的容量1557.56 AH，故2#蓄電池組容量選為1800 AH。最終確定兩組蓄電池容量同為1800 AH。

4 結(jié)語

直流系統(tǒng)是火力發(fā)電廠重要的保障電源，它能持續(xù)不斷的供給直流電源。而蓄電池又是直流電源的源泉，蓄電池型式的選擇、容量大小的選擇、數(shù)量的選擇都直接影響著直流系統(tǒng)的可靠性。因此對(duì)于660MW的大型火力發(fā)電廠，蓄電池的選擇應(yīng)采用嚴(yán)密的計(jì)算，選擇合理的容量和數(shù)量；在考慮技術(shù)可靠性的前提下還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性，閥控式密封鉛酸蓄電池就是大型火力發(fā)電廠直流系統(tǒng)不錯(cuò)的選擇，它可靠性高、容量大，能承受一定的負(fù)荷沖擊，可以為大型火力發(fā)電廠提供源源不斷的直流電源。

參考文獻(xiàn)：

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