660MW火力發電廠直流系統蓄電池的選擇

李傳闊

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

【關鍵詞】火力發電廠 直流系統 蓄電池 型式 容量

火力發電廠的直流負荷可分為控制負荷和動力負荷，控制負荷即為保護、控制、自動裝置等，控制負荷多為低功率、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。但當供電距離較長或負荷電流過大時，其電纜截面也相應增大，經濟性會降低。火電廠的動力負荷主要指事故油泵、事故照明等，這些負荷額定功率較大、供電距離長，采用220V的蓄電池組較為合理。因此660MW的火力發電廠可裝設3組蓄電池，2 組110V蓄電池給控制負荷供電，另1組220V蓄電池給動力負荷供電；但從經濟性上考慮，也可裝設2組220V蓄電池合并供電，減少投資。

1 直流系統的配置

火力發電廠的直流電源系統主要由交流輸入、充電裝置、饋電屏、蓄電池組、監控單元、絕緣監察、蓄電池管理單元等組成。現在直流系統的充電裝置采用高頻開關電源模塊，可以將交流電源變換成高品質的直流電源，一方面供給直流負荷使用，另一方面滿足蓄電池浮充電運行。監控單元能根據直流系統運行狀態，監控高頻開關電源，綜合分析各種數據和信息，對整個系統實施終直流電源通過直流饋電屏輸送到火力發電廠的各個直流負荷。控制和管理。直流系統絕緣監察裝置主要在線檢測直流系統的對地絕緣狀況，并自動檢出故障回路。當直流系統發生接地故障（正接地、負接地或正負同時接地），絕緣監察裝置應能顯示和發出報警信號，并且能夠判斷接地極性。蓄電池管理單元的主要檢測蓄電池組運行工況、測量各節蓄電池的電壓。

2 蓄電池的選型

火力發電廠直流系統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荷等優點，故被發電廠廣泛采用。鎘鎳蓄電具有放電倍率高、安裝方便和使用壽命長等優點，但它的單體電池電壓低，使電池數量增加，需要設調壓裝置以及有爬堿等缺點，所以在小型發電廠和小型直流電源系統中使用。

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，使蓄電池內產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，技術比較成熟，運行中可以加液且便于監視，壽命較長，價格較低，故常在大型發電廠采用。閥控式密封鉛酸蓄電池在正常使用時保持氣密和液密狀態，當內部氣壓超過預定值時，安全閥自動開啟，釋放氣體，當內部氣壓降低后安全閥自動閉合，同時防止外部空氣進入蓄電池內部，使其密封。蓄電池在使用壽命期限內，正常使用情況下無需補加電解液，減少了維護工作，且放電性能好、技術指標先進，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，成為火力發電廠直流系統的主選。鎘鎳蓄電池是正極活性物質主要由鎳制成，負極活性物質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。

通過上述各種蓄電池優缺點的對比，且660MW火力發電廠的直流負荷較大，直流電機啟動運行會對直流系統產生一定的沖擊，所以火力電廠機組直流系統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，同時還減少了蓄電池日常的維護工作。

3 蓄電池容量的選擇

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

表1 660MW火力發電廠典型機組直流負荷清單

根據上面火力發電廠直流負荷統計情況，計算機組直流系統的蓄電池容量如下：

（1）蓄電池的個數：蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池，按照浮充電運行時保證直流母線電壓為額定電壓的105%選擇蓄電池個數。每只蓄電池浮充電壓為2.23V，則蓄電池個數n=1.05Un/Uf=103.6只，故蓄電池個數選擇104只。式中的Un為直流系統額定電壓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，采用階梯負荷法計算蓄電池組的容量，蓄電池的終止電壓Ufm=1.87，可靠系數Kk=1.80。

220V #1蓄電池組（不設端電池）階梯負荷計算如下：

第一階段計算容量 Cc1=Kk×I1/Kc1， Kc1為容量換算系數，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

隨機負荷時計算容量Cr= Ir/ Kcr， IR——隨機負荷電流， KCR——隨機（5s）負荷的容量換算系數。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進行比較，取最大值，故蓄電池容量為：C10=1354.77 AH。

根據以上計算，1#蓄電池組容量選擇為1800 AH。同理可計算得出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 結語

直流系統是火力發電廠重要的保障電源，它能持續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、數量的選擇都直接影響著直流系統的可靠性。因此對于660MW的大型火力發電廠，蓄電池的選擇應采用嚴密的計算，選擇合理的容量和數量；在考慮技術可靠性的前提下還應考慮經濟性，閥控式密封鉛酸蓄電池就是大型火力發電廠直流系統不錯的選擇，它可靠性高、容量大，能承受一定的負荷沖擊，可以為大型火力發電廠提供源源不斷的直流電源。

參考文獻：

[1] DL/T 5044-2004，電力工程直流系統設計技術規程.

[2] DL/T 724—2000，電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程.