煉鋼廠10 kV 系統(tǒng)直流屏升級改造實(shí)踐

□ 張 偉

直流屏是直流電源操作系統(tǒng)的簡稱，是一種全新的數(shù)字化控制、保護(hù)、管理、測量的直流系統(tǒng)，為控制、信號、繼電保護(hù)、自動裝置及事故照明等提供可靠的直流電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ)，具有高保護(hù)性和高智能化的特點(diǎn)。直流屏主要由機(jī)柜、整流模塊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、絕緣監(jiān)測單元、電池巡檢單元、開關(guān)量檢測單元、降壓單元，以及一系列交流輸入、直流輸出、電壓顯示、電流顯示等配電單元組成。直流系統(tǒng)可靠與否，對供配電系統(tǒng)能否安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。本文將對河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠10 kV系統(tǒng)直流屏升級改造情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

一、改造前狀況

河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠10 kV系統(tǒng)直流屏由邯鄲五一八自動化有限公司設(shè)計(jì)提供，該直流屏帶有高壓設(shè)備的控制電源、合閘電源，以及測控裝置電源、通訊管理設(shè)備電源等。自2007年上線以來該系統(tǒng)已運(yùn)行多年，在其運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題：一是直流屏出現(xiàn)電壓飄移嚴(yán)重、輸出電壓不穩(wěn)定、絕緣檢測裝置故障及元器件老化等情況，設(shè)備內(nèi)的一些配件已經(jīng)嚴(yán)重落后，無法滿足現(xiàn)階段的使用要求；二是原直流屏設(shè)計(jì)的紋波系數(shù)、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度等技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)重滯后，這些指標(biāo)直接關(guān)系著直流屏運(yùn)行狀況和使用壽命；三是原有直流屏使用的充電模塊和監(jiān)控裝置已經(jīng)停產(chǎn)多年，一旦出現(xiàn)故障，將只能報廢或花高價購買市場已經(jīng)淘汰的產(chǎn)品；四是直流屏的其他輔料配件損壞后無法購買備件，會導(dǎo)致其不能正常工作，給煉鋼廠供配電系統(tǒng)及電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來極大的安全隱患。鑒于以上情況直流屏系統(tǒng)升級改造工作已迫在眉睫。

二、改造方案設(shè)計(jì)

原直流屏的相控電源在紋波系數(shù)、穩(wěn)壓精度等技術(shù)指標(biāo)上已經(jīng)明顯落后，由圖1可以看出，現(xiàn)階段的主流技術(shù)是具有智能化、模塊化、微機(jī)化、數(shù)字化、體積小、重量輕等優(yōu)勢的高頻開關(guān)電源。因此，煉鋼廠10 kV系統(tǒng)直流屏在升級改造時要充分保留直流屏內(nèi)仍有價值的輔件，保留屏柜骨架，盡量減少老產(chǎn)品的元器件報廢，用最低的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)改造。改造中使用電力模塊、微機(jī)監(jiān)控器、電池巡檢儀等先進(jìn)核心元件，替換原有的傻大笨器件，延長直流屏使用期限，為煉鋼廠10 kV系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交直流電源。

圖1 直流屏示意

1.監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造

由以前的藍(lán)屏監(jiān)控升級成高清彩色觸摸屏監(jiān)控，升級后的彩色觸摸屏是1套以嵌入式低功率CPU為核心的高性能一體化工控機(jī)。面板采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏。同時，還預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)施多任務(wù)操作系統(tǒng)WINCE.NET和嵌入式組態(tài)軟件。這使得監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠，人機(jī)節(jié)目更清楚，操作更便捷，速度更流暢，擴(kuò)展孔可外接USB鼠標(biāo)鍵盤，配有標(biāo)準(zhǔn)RS232/485串行接口和以太網(wǎng)接口。

升級后的新監(jiān)控系統(tǒng)可直觀顯示交直流信息、充電模式、各功能單元盒的通訊狀態(tài)、系統(tǒng)工作狀態(tài)等。通過點(diǎn)擊觸摸屏“參數(shù)設(shè)置”進(jìn)入“權(quán)限管理”界面，輸入密碼進(jìn)入相應(yīng)界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置修改，且只有進(jìn)行正確密碼輸入才能進(jìn)入絕緣監(jiān)測、開關(guān)狀態(tài)、電池巡檢、充電模塊等相關(guān)內(nèi)容的查詢。當(dāng)直流屏監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)時，啟動聲光報警，提醒維檢人員查看報警信息，及時排除故障。新監(jiān)控系統(tǒng)具有遙控、遙信、遙測功能和遠(yuǎn)程通訊接口，可通過該接口設(shè)定和修改運(yùn)行狀態(tài)和定值，滿足電力自動化和電力系統(tǒng)無人值守的要求。

2.充電模塊的升級改造

原直流屏電池老化嚴(yán)重的主要原因是充電部分沒有采用活化式充電方式。長期偏低電壓充電，連浮充電壓值都沒有達(dá)到。升級新款的充電模塊由高頻開關(guān)電路組成，自控程度高，技術(shù)指標(biāo)好，具備完善的輸入、輸出保護(hù)措施及電池自動均充、浮充轉(zhuǎn)換，并具有溫度補(bǔ)償功能。其運(yùn)行參數(shù)設(shè)置好以后，一般就無需再改動。充電模塊由開關(guān)電源和監(jiān)控2個部分組成。開關(guān)電源模塊的排熱風(fēng)扇、監(jiān)視信號燈狀態(tài)一目了然，模塊輸出電壓、電流數(shù)值顯示明顯。電路、風(fēng)扇積灰是影響開關(guān)電源電路穩(wěn)定工作的重要因素，定期進(jìn)行清除。同時，在直流屏室內(nèi)加裝空調(diào)系統(tǒng)，以保證設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境溫度，提高設(shè)備的使用壽命。

直流屏正常運(yùn)行時，交流電源通過整流器模塊對蓄電池進(jìn)行充電，以保證交流電源故障時蓄電池能提供可靠的操作電源。一旦整流器模塊發(fā)生故障，輸出的電壓不可控制，極易出現(xiàn)蓄電池充電電壓過高導(dǎo)致電池發(fā)熱甚至鼓包的現(xiàn)象。為避免安全隱患，通過在充電模塊與電池間加裝過壓保護(hù)裝置，對煉鋼廠直流屏蓄電池充電系統(tǒng)進(jìn)行過電壓保護(hù)改造，能夠有效避免充電電壓過高造成的設(shè)備損害，為高壓室后續(xù)用電操作和供電運(yùn)行提供可靠保障。

3.蓄電池的升級改造

蓄電池是直流系統(tǒng)的重要組成部分。其主要功能是儲存電能，為電力系統(tǒng)中的合閘線圈及事故工況下的控制、保護(hù)、信號和照明提供能量，保障失電時信息的準(zhǔn)確上傳，確保信息無丟失。煉鋼廠10 kV系統(tǒng)直流屏已上線運(yùn)行多年，蓄電池嚴(yán)重老化，假如交流失電，電池供電不足，高壓操控就無法工作，煉鋼廠供電系統(tǒng)將極度危險，為保證高壓供電安全，必須更換蓄電池。

更換直流屏蓄電池之前首先要確保安全，如果負(fù)荷不能停電，那么要確保充電模塊工作正常后，關(guān)掉電池回路的開關(guān)，并把電池回路的熔斷器拔出方能更換，而且更換過程中要避免短路。如果出現(xiàn)接線打火的現(xiàn)象，可能是蓄電池開關(guān)沒有斷開。更換完畢后，利用直流屏自檢系統(tǒng)和萬用表定期檢查單只電池電壓，發(fā)現(xiàn)電壓過低或沒有電壓的電池應(yīng)及時更換。要保證蓄電池串聯(lián)聯(lián)接，不得擅自改變蓄電池?cái)?shù)目。進(jìn)行電池容量活化放電時也應(yīng)檢查每只電池電壓，這樣能更有效地判別出損壞的電池。及時更換不良蓄電池能有效保證蓄電池組的使用效果，但是對于已超過規(guī)定年限的電池組，單只更換只能作為應(yīng)急處理措施，待條件具備時應(yīng)進(jìn)行整組更換。

三、改造實(shí)施步驟

1.準(zhǔn)備工作

改造中可能存在新款充電模塊與舊款充電模塊的尺寸、接口均不一致的情況，因此需現(xiàn)場施工改造。如新款模塊比舊款模塊尺寸小，需要改動原直流屏面板，改造完畢后有類似打補(bǔ)丁的效果，不太美觀；但其優(yōu)點(diǎn)在于改造速度快，不用重新定做面板，能速效解決現(xiàn)場問題。考慮到原直流屏3個充電模塊均需要升級，因此在設(shè)備改造前就需要把類似的補(bǔ)丁支撐面板根據(jù)實(shí)際情況提前制作出來，待更換模塊時直接安裝使用，縮短輔料加工的時間。

2.原直流屏元件撤除

用標(biāo)示膠帶標(biāo)示好原直流屏輸出負(fù)載電纜的起始點(diǎn)及用途，并標(biāo)明正負(fù)極；斷開電池回路保險，然后撤去原有的電池連接線，并搬出舊電池；待全部電池移除完成后，斷開并撤去直流屏的交流輸入電源，斷開充電模塊之間的連接線，拔掉監(jiān)控舊屏連接線；最后，移除全部充電模塊和監(jiān)控舊屏。

3.新直流屏元件安裝

將18塊新電池搬入直流屏，先擺放好全部電池，再串聯(lián)連接各個電池，將電池組接入電池回路。安裝充電模塊時需根據(jù)現(xiàn)場尺寸加裝補(bǔ)丁支撐面板，確保固定牢靠后，再連接充電模塊之間的連接線。安裝監(jiān)控系統(tǒng)新屏?xí)r，需根據(jù)圖紙對連接線進(jìn)行優(yōu)化重組。最后，將合母電源和控母電源空開與相應(yīng)的負(fù)載電纜對應(yīng)連接。

所有安裝工作結(jié)束后，對新組裝的直流屏進(jìn)行調(diào)試，期間要注意蓄電池過放電的嚴(yán)重性。過放電嚴(yán)重時會造成整組電池報廢。為避免事故的發(fā)生，可以先把直流屏電池回路上2個保險拔下來。待調(diào)試完畢正式送電后再插上，確保蓄電池正常運(yùn)行。

四、改造成果及經(jīng)濟(jì)效益

本次改造升級將原有的舊設(shè)備拆除更換，在原有基礎(chǔ)上安裝新直流系統(tǒng)1套觸摸屏、3塊充電模塊和1套蓄電池組。相對于以前只有1套直流系統(tǒng)，改造升級后成為雙電源直流系統(tǒng)，若其中1套出現(xiàn)故障或需要檢修維護(hù)時，可以相互切換使用，增加了直流系統(tǒng)的安全性、可靠性。改造后的直流屏采用一體化設(shè)計(jì)，將交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、電力UPS電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。通過網(wǎng)絡(luò)通信、設(shè)計(jì)優(yōu)化和系統(tǒng)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)煉鋼廠站用電源安全化、網(wǎng)絡(luò)智能化。直流屏在煉鋼廠供配電系統(tǒng)中將更好地發(fā)揮其不可或缺的作用。

通過對直流屏內(nèi)各套系統(tǒng)的升級改造，目前煉鋼廠直流屏系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，自動化運(yùn)維模式更加優(yōu)化，降低了設(shè)備儀表的采購和維護(hù)，有效提升了蓄電池組的運(yùn)維效率。通過蓄電池實(shí)時監(jiān)控和定期核容測試，可即時發(fā)現(xiàn)故障電池并指導(dǎo)精準(zhǔn)定位更換，減少人工排查工作量，降低因蓄電池故障導(dǎo)致的電源事故發(fā)生率。同時，蓄電池組自動均衡，保障蓄電池浮充電壓偏差值在50 MV內(nèi)，避免電池串聯(lián)使用中存在的“木桶效應(yīng)”，整體提升了電池組性能，延長了其使用壽命?！?/p>