300MW火電廠直流系統(tǒng)改造工程的研究

屠本燁 范春菊 李巖峰

摘 要：分析了某300MW火電機(jī)組直流系統(tǒng)現(xiàn)存的問題以及進(jìn)行改造的必要性。從三個方面切入，論述了該系統(tǒng)改造工程中對于非常規(guī)情況的特殊處理的必要性：第一為直流系統(tǒng)充電器的選擇，第二為降壓裝置的取舍，第三為蓄電池出口的隔離保護(hù)措施。通過實例分析，改造結(jié)果對于300MW的火電廠的直流系統(tǒng)改造工程具有指導(dǎo)意義，為相似工程提供了參考。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；改造工程；非常規(guī)

火電廠老廠改造常常需要依照規(guī)程完成。但是，在某些特殊情況下，非常規(guī)的做法是無法避免的，老廠直流系統(tǒng)改造的實例說明了特殊處理的必要性。某300MW火電機(jī)組，110V直流系統(tǒng)已使用30年，采用單母，雙機(jī)組帶聯(lián)絡(luò)的接線方式。目前存在的問題有：相控開關(guān)以及直流開關(guān)等老化，已無法滿足正常運(yùn)行需求，其中相控開關(guān)，由于效率較低，功率因素不高，適應(yīng)能力不強(qiáng)，噪音較大，目前已幾乎退出電廠主流直流系統(tǒng)；硅降壓裝置，在直流系統(tǒng)存在隱患，一旦硅降壓裝置故障，將會影響直流系統(tǒng)的供電；由于最新改造蓄電池，而未更新計算硅降壓裝置帶給系統(tǒng)電壓的影響，而且由于并聯(lián)兩組蓄電池，內(nèi)阻變小，短路電流加大，原有的開關(guān)容量已經(jīng)無法滿足保護(hù)要求。

本次改造范圍具體包括：機(jī)組及公用充電器，充電器交流側(cè)開關(guān)，充電器直流側(cè)開關(guān)，硅降壓裝置，機(jī)組蓄電池出口隔離保護(hù)設(shè)備等。

1 直流系統(tǒng)充電器的選擇

原有系統(tǒng)接線如圖1所示。相控開關(guān)已使用30年，而相控開關(guān)技術(shù)性低于高頻開關(guān)，故規(guī)程[2]建議，充電裝置宜采用高頻開關(guān)。根據(jù)直流計算書[1]中的計算結(jié)果，充電器額定輸出電流應(yīng)選擇為900A。

1.1 充電器改造方案

1.1.1 模塊數(shù)量、布置比較

由于額定輸出電流需求較大，目前各直流廠家的高頻開關(guān)額定輸出電流，最大為50A，工程應(yīng)用較為廣泛；另經(jīng)調(diào)研，有最新推出100A模塊的廠家，但尚未投入工程應(yīng)用。于是重點對這兩種模塊進(jìn)行比較。根據(jù)規(guī)程[2]，當(dāng)模塊額定電流為50A時，模塊數(shù)量設(shè)置的計算如公式（1）：

（1）

模塊布置見圖2，由于布局過于緊湊，不利于散熱。充電器1屏布置8塊高頻開關(guān)模塊，配備一臺直流系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備；充電器2屏布置10塊高頻開關(guān)模塊。老廠反應(yīng)此種布置方式下，正常的設(shè)備檢修有困難。

根據(jù)規(guī)程[2]，當(dāng)模塊額定電流為100A時，模塊數(shù)量設(shè)置的計算如公式（2）：

（2）

配置模塊數(shù)量為9塊。同時按照高于規(guī)程要求選擇N+1個模塊，10塊作為充電模塊數(shù)。模塊布置見圖3布局合理，老廠反應(yīng)此種布置方式下，消諧裝置等可以充分利用剩余空間，緩解了原有屏柜布置的壓力。

1.1.2 充電模塊參數(shù)比較

對于充電模塊的參數(shù)，必須滿足規(guī)程[2]要求，表為100A模塊和50A模塊的比較數(shù)據(jù)。

模塊技術(shù)參數(shù)比較表

技術(shù)指標(biāo) 規(guī)程[2] 100A模塊 50A模塊

穩(wěn)壓精度 ≤±0.5% ≤±0.5% ≤（±0.3%～±0.5%）

穩(wěn)流精度 ≤±1% ≤±0.5% ≤（±0.5%～±1%）

紋波系數(shù) ≤±0.5% （有效值）≤±0.1%

（峰-峰值）≤±0.35% ≤（±0.1%～±0.2%）

效率 ≥90% ≥93% ≥（94%～95%）

噪聲 ≤55dB 自然冷卻≤45dB

智能風(fēng)冷≤55dB ≤（50dB～55dB）

據(jù)上表可知，100A模塊是完全滿足規(guī)程要求的。

1.2 充電器改造后的效果

從技術(shù)參數(shù)上而言，100A以及50A模塊都能滿足充電器部分改造要求；從模塊數(shù)量以及布置上而言，100A更優(yōu)。目前充電器已投入使用，且運(yùn)行情況良好，今后需大電流充電器的工程可選用100A模塊。

2 降壓裝置的取舍

2.1 降壓裝置改造的原因

圖1中，原有蓄電池出口母線到配電母線上具有降壓裝置。根據(jù)電廠提供的蓄電池參數(shù)，原有的蓄電池在改造之前為54節(jié)，浮充電壓Uf，均充電壓Uc以及放電終止電壓Um分別為2.23V，2.33 V以及1.85V。對于原有54節(jié)蓄電池而言，幾種狀態(tài)下的電壓值分別為公式（3）、（4）、（5）所示。

正常浮充狀態(tài)：

（3）

均衡充電狀態(tài)：

（4）

放電終止?fàn)顟B(tài)：

（5）

其中，n 為模塊數(shù)，Un為系統(tǒng)額定電壓110V。

根據(jù)規(guī)程[2]要求，控制動力混裝負(fù)荷，需滿足公式（6）要求。

（6）

通過上式可知，54節(jié)的蓄電池?zé)o法滿足正常浮充及均衡充電要求，因此需要配備降壓裝置。故根據(jù)規(guī)程[2]規(guī)定，在有端電池或者鎳鉻電池的時候才需要增加降壓裝置。對于圖1中的蓄電池采用閥控鉛酸電池，且在電池改造中已將端電池取消，電池從54節(jié)減為52節(jié)；另外圖1中降壓裝置的位置處于蓄電池充電器母線和饋線母線之間，一旦故障則直流系統(tǒng)無法正常供電。

2.2 降壓裝置的改造方法

由于降壓裝置在機(jī)組事故時候的額定電流較大，即使按照原有接線連接降壓裝置仍舊會有問題。根據(jù)調(diào)研，由于降壓裝置僅在有端電壓或者鎳鉻電池使用，并且用于較小容量，直流系統(tǒng)廠家生產(chǎn)的額定電流不大。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，即使安裝之后，事故情況依法無法保障正常供電，于是本次工程根據(jù)以往新工程的接線參考，決定取消降壓裝置。而新?lián)Q電池已經(jīng)按照未裝端電池做法改造，計算見公式（6）、（7）、（8）。

對于現(xiàn)有的52節(jié)蓄電池而言，

正常浮充狀態(tài)：

（7）

均衡充電狀態(tài)：