浅谈水电站直流系统优化

来源：职称驿站所属分类：电力论文
发布时间：2013-02-21浏览：25次

　　摘要：在许多中小型水电站中,存在直流系统接地问题,较轻的能继续维持整个发电系统的正常运行,严重的会使整个直流系统崩溃,使全厂机组失去控制保护而出现各种严重的事故。因此,直流系统是维持电站正常运行的首要条件。

　　关键词：水电站直流系统,存在问题,系统优化

　　随着我国水电站的迅速发展，综合自动化、数字水电站的持续大规模新建、改造，站内设备装置、监控系统等对直流电源系统的提出了更高的要求;同时，科学技术的进步，设备制造工艺的完善，为直流电源系统的改进提供了技术条件。就目前变电站直流电源系统的应用现状，本文介绍了系统的主要问题，然后对系统进行优化，进而探讨直流系统的发展方向和有待进一步深入研究加以解决的问题。

　　1.水电站直流系统存在的问题

　　1.1根据主要技术参数和接线原理分析可知, 当直流系统蓄电池组由19只蓄电池组成时, 在正常运行情况下, 由于充电装置输出供蓄电池组浮充的浮充电压设定为255 V, 在不计1 R、1W 和2 PA 所消耗压降的情况下, 单体蓄电池分得的电压仅为255 /19= 13. 42(V ) , 距蓄电池运行特性参数要求的单体蓄电池正常浮充电压范围的下限13. 5 V 还低0. 1 V, 长期运行将会造成蓄电池欠充电, 进而影响蓄电池组的容量。现场实际运行过程中, 当某次浮充电流表指示为160 mA时, 测量1 R、1W 和2 PA 所消耗的总压降为11V 左右, 说明到达蓄电池组的电压实际只有255- 11= 244( V) , 单体蓄电池分得的浮充电压仅为244 /19= 12. 84( V) , 距蓄电池运行特性参数要求的单体蓄电池正常浮充电压范围13. 5~ 13. 8 V相差甚远。

　　1.2另一方面, 在充电装置的直流输出端始终并接着蓄电池和负载, 以恒压充电方式工作。正常运行时, 充电装置在承担经常负荷的同时向蓄电池补充充电, 以补充蓄电池的自放电损失, 使蓄电池以满容量的状态处于备用。当合闸母线上瞬时接入大容量冲击负载(如发电机起励)时, 所需的大电流小部分由充电装置浮充回路提供(浮充限流设定为16 A) , 其余部分均由蓄电池通过放电来完成, 这样一来, 蓄电池组的容量和端电压都会下降。而蓄电池放电所消耗的能量必须迅速得到补充, 这势必会造成充电装置输出的浮充电流远远超过200 mA。在这种情况下, 1R、1W 和2PA 上所消耗的总压降将会在相当长的一段时间里远大于11 V, 意味着到达蓄电池组两端的电压仅不到244 V。随着蓄电池容量逐步得到补充, 浮充电流将会越来越小。直到充电装置又向蓄电池补充充电, 以补充蓄电池的自放电损失时, 浮充电流If才可能不超过200mA。所以, 在直流系统正常运行时, 通过人为调整浮充电流调节电位器1W 使得浮充电流不大于200 mA 是不合理的。

　　2.水电站直流系统的优化措施

　　2.1 直流系统接线形式的优化

　　水电站直流系统中大多只配置单套蓄电池组，蓄电池组的维护和检修，在一定程度上影响了系统的可靠性。根据原国电公司发布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》(以下简称《二十五项》)中“直流母线应采用分段运行方式，每段母线应分别采用独立的蓄电池组供电”的要求，首先在直流系统中增设一套全容量蓄电池组，保证当一套蓄电池组因任何原因退出运行时，由另一套全容量蓄电池组承担全站的直流负荷;另外，还优化了蓄电池组的放电实验回路，使对蓄电池的充放电实验不影响直流母线的正常工作。优化后的水电站直流系统接线模式。

　　2.2直流馈线网络的优化

　　《二十五项》中对超高压线路保护和元件保护均提出了完全双重化的要求，而装置的直流工作电源的双重化正是其中的一部分。为此，我们改为采用辐射式直流系统馈线网络，由直流系统以大量单独馈线直接向220kV 及以上线路和主变的元件的每套保护和控制单元供电。在电压等级较多，规模较大的水电站中，还可以采用带就地直流分屏的辐射式馈线网络。即由直流系统两条总母线各引一路电源到各直流分屏并向分屏上的两段直流分母线供电，再由直流分屏以辐射方式就近向各套保护装置提供两回相互独立的直流电源。此方式的运用，既简化了直流馈线网络，便于运行管理，又降低了投资。

　　2.3直流设备选型和布置的优化

　　2.3.1蓄电池组的优化

　　新型阀控式全密封铅酸蓄电池与传统的防酸式铅酸蓄电池相比较，具有体积小、热容量小、装配紧凑、不产生酸雾污染环境，正常使用情况下无需补加电解液的特点。阀控式蓄电池具有明显的优越性，但其对充电装置和运行环境的要求更高，从某种角度来看，阀控式蓄电池虽然减少了运行维护的工作量，但需要更为精细的维护和管理。基于无酸雾排放阀控式蓄电池的使用，我们可以考虑将蓄电池直接组屏安装于控制继保室内。这样布置，既可改善蓄电池的运行环境条件，降低直流系统建设投资和运行费用;同时也拉近了直流电源系统内设备和直流系统与直流负荷之间的电气距离，便于直流系统和直流馈线网络的组成和配合。

　　2.3.2充电装置的优化

　　高频开关充电装置在稳压精度、稳流精度和纹波系数等指标上，远优于其它充电装置而更适用于阀控式蓄电池，同时由于软开关切换技术的应用，使装置损耗降低、整机效率高，进一步降低了装置运行时的温升和工作噪声。高频开关充电装置采用模块化结构，一套充电装置由多个同容量的充电模块组成，且模块按照“Ⅳ+1”或“Ⅳ+2”的原则配置;单个模块发生故障将不影响直流系统的正常运行。无需全容量备用，进而降低了系统的投资，同时也提高了系统的可靠性，这是该充电装置优越性所在。高频开关充电装置常配合相应的专用直流系统微机监控器一起使用。通过监控器的控制，可以实现充电装置对蓄电池组的自动充电和定期充电等功能;另外，当微机监控器故障时，高频开关各充电模块可自动转为均充状态工作，不影响系统的正常运行。

　　2.4直流回路中保护装置的优化

　　采用专用直流断路器对直流系统各回路进行保护。相比保护功能单一、动作特性的离散性较大的直流熔断器，具有速断、过流和限流等功能的直流断路器，在动作特性曲线稳定性和瞬动区间与延时动作区间界线明确等方面具有优势，有利于直流回路上下级断路器之间的动作级差配合，提高了直流系统故障时保护动作的选择性。

　　2.5与微机监控系统的关系

　　通过直流微机监控装置，可以将直流系统的各类遥测、遥信量上传到全站监控系统。上述信息采集和上传，需要直流监控装置具有必要的串行口通信硬件设备和相应通信规约软件的配合。

　　2.6专用交流UPS 系统的设置

　　为适应水电站内的大量智能装置对高质量交流不停电电源的要求，我们设置了水电站专用UPS 系统。此UPS 系统，不设置自己独立的蓄电池组，而由站用电和直流系统分别提供交直流电源，有利于系统的统一管理和运行维护。系统中设置了主、从两个UPS 装置，正常工作时由主UPS 向负荷供电，主UPS 退出运行时由从UPS 接替工作，主从装置不考虑并列运行。

　　3.结束语

　　直流系统是水电厂安全稳定运行的“神经网络”, 它的可靠运行直接关系到电站机组的安全运行。通过直流系统的优化, 能够消除许多不安全隐患, 在很大程度上提高了整个直流系统工作的可靠性, 具有明显的安全效益和经济效益。

《浅谈水电站直流系统优化》

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