水電廠直流系統改造研究

張瑞勇

（黑龍江省電力有限公司牡丹江水力發電總廠，黑龍江 牡丹江 157006）

在水電廠設備中，直流系統在正常情況下為控制信號、繼電保護、自動裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供可靠的直流電源，若交流電源消失事故情況下為事故照明、UPS電源等提供直流電源。直流系統可靠與否對發電廠和變電所的安全運行起著至關重要的作用，是安全運行的保證。

1 直流系統改造前概況

蓮花發電廠于1996年投產發電，共有蓄電池組4套，單體蓄電池232塊，蓄電池采用的是深圳華達電源有限公司生產的3GFM2-830型閥控式密封蓄電池，直流充電設備采用可控硅整流充電裝置，已運行十余年，在兩次核對容量充放電過程中發現220V及24V蓄電池容量嚴重不足，并且蓄電池本體多數電池發生電池鼓脹、正負極接線柱開裂現象，已不能滿足現場安全、穩定、高效的使用要求，更不利于蓮花發電廠設備的運行安全。因此，蓮花發電廠對220V及24V蓄電池組進行了更換改造。按照說明書，蓄電池在正常使用壽命是15年，而蓮花發電廠蓄電池組實際使用13年，蓄電池已不能繼續使用，說明蓮花發電廠在蓄電池以及直流系統的管理上存在著不足。

2 改造前存在的問題

2.1 直流充電設備老舊，蓮花發電廠直流充電設備采用的是可控硅整流充電原理，波紋系數相對較高、抗干擾性能差、體積大、效率低、監控系統不完善。

2.2 調壓裝置復雜、故障幾率多，需要手動調節。

2.3 每套24V蓄電池組各有12塊單體電池組成，每塊單體電池電壓為2.25V，蓄電池組端電壓為27V，但是由于蓄電池組與充電裝置之間存在著較大的電纜壓降，充電裝置的電壓給定值已經達到上限（上限值即為27V），在實際運行中蓄電池組端電壓最高只能達到26.5V左右，無法滿足浮充電壓的要求。

2.4 按照黑龍江省電力有限公司2007年下發的“反措”通知：應將采用可控硅整流原理的充電屏更換為高頻開關電源。

2.5 蓄電池室環境不滿足工作要求，溫度問題嚴重影響蓄電池的使用壽命，不利于蓮花發電廠廠主輔設備的安全運行。

2.6 蓮花發電廠220V、24V直流充電屏的交流電源輸入均為單路，在廠用電檢修或停電時充電屏將失去交流輸入電源，使部分蓄電池組處于放電狀態，公用電3D停電時，220V直流Ⅰ段將失去交流電源。為解決這個問題 ，蓮花發電廠曾經進行過電源改造，從直流室4D7進線引入電纜至公用充電屏，公用電3D停電時，可以由公用電4D7給公用充電屏供電，保持220V直流Ⅰ段及蓄電池組的正常運行。但是存在以下問題：220V直流Ⅱ段充電屏和公用充電屏交流電源均取自公用電4D7，電源單一，不能滿足安全運行的需要。

3 直流系統改造

3.1 設備選型

按照黑龍江省電力有限公司2007年下發的“反措”通知要求，將采用可控硅整流原理的充電屏更換為高頻開關電源系統，裝置由交流電源部分、整流部分、直流饋電部分、監控部分組成。其中交流電源部分主要由交流電源單元組成；整流部分由充電模塊和隔離二極管組成；直流饋電部分由降壓硅鏈、絕緣監測、合閘分路和控制分路組成；監控部分由監控模塊和電源監控組成。高頻開關電源具有安全、可靠、自動化程度高、具有更小的體積和重量、綜合效率高以及噪音低等優點。裝置的監控系統增加了電力電池檢測儀，可實時顯示蓄電池組的電壓、電流、容量，單體電池電壓、最高單體、最低單體等，簡單明了，減輕了運行人員蓄電池單體電池電壓的測量工作量.電壓調節器的作用是自動或受到控制硅堆的投入或退出，用于將合閘母線上的較高電壓降壓后輸出到控制母線上。電壓調節器為手動模式或自動模式。自動模式時，由控制電路控制輸出電壓；解決了以前調壓裝置只能手動運行和24V蓄電池組浮充電壓給定值限制等問題。

3.2 增加交流電源

從廠用電系統3號廠用電和4號廠用電鋪設電纜至直流室，使每套充電屏均為雙路電源。整流裝置的交流電源有兩路輸入，正常時通過交流切換控制電路選擇其中的一路輸入，并通過交流電源單元給各個充電模塊供電。充電模塊將三相交流電轉換為220V的直流，經隔離二極管隔離后并聯輸出，一方面給蓄電池組充電，另一方面通過饋電屏的合閘分路和控制分路給負載提供正常的直流電源。兩路交流電源的選擇可以實現自動切換，也可以進行手動切換，由設置在屏面的電源選擇切換開關實現。自動切換功能相對獨立，無需監控單元參與。

3.3 改善蓄電池室環境

蓄電池室環境應保證清潔、干燥、通風良好、無陽光，長年的溫度保持在15～35℃，最好是25℃。溫度與浮充電壓、均充電壓、容量，壽命密切相關。而蓮花發電廠蓄電池室夏天時陽光充足，屋里悶熱，溫度可達35℃以上，冬季用電暖器保溫，電暖器年久失修發熱量不夠，溫度在10℃左右。為解決環境溫度對蓄電池組的影響，蓮花發電廠采取了如下措施：更換了蓄電池室效率不高的老舊電暖器，增強了冬季供暖；在蓄電池室安裝了空調，增強了夏季通風；給窗戶安裝窗簾，避免陽光引起高溫；并將將蓄電池室內溫度、電暖器、空調運行情況列入到《直流系統運行規程》的巡視檢查項目中，要求運行人員加強巡視檢查，保持蓄電池溫度在20～25℃之間。

結語

綜上所述，直流系統屬于發電廠的重要設備，為信號設備、保護、自動裝置、事故照明、應急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設備，若出現故障會直接影響發電設備的安全運行。蓮花發電廠直流系統經過改造，提高了直流系統的穩定性、安全性，并減輕了運行人員的工作量，取得了很好的效果。

[1]鄭州供電公司.電力系統直流裝置實用技術問答[M].北京：中國電力出版社.2011.

[2]秦鳴峰.蓄電池的使用與維護[M].北京：化學工業出版社.2011.

[3]王錫凡.現代電力系統分析[M].北京：科學出版社.2007.