電力工程直流電源系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)用

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摘要：為了保證系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置、事故照明、直流電動(dòng)機(jī)和交流不間斷電源裝置、控制、信號(hào)、保護(hù)等的用電，需要可靠的直流電源提供保證，所以直流蓄電池組便成為解決發(fā)電廠和110kV及以上變電所直流電源的簡單可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)系統(tǒng)電壓等級(jí)、蓄電池組、充電裝置、接線方式、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析計(jì)算，把直流負(fù)荷進(jìn)行分類并且統(tǒng)計(jì)，滿足系統(tǒng)保護(hù)、測量和監(jiān)控信號(hào)要求的情況下，對(duì)蓄電池組、充電裝置、電纜、直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備等進(jìn)行選擇。

關(guān)鍵詞：直流電源；蓄電池；操作電源；工程應(yīng)用；二次回路

無論是在火力發(fā)電廠還是水力發(fā)電廠，或者是新能源發(fā)電廠及各電壓級(jí)別的大中小型變電所中，為了保證系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置、事故照明、直流電動(dòng)機(jī)和交流不間斷電源裝置、控制、信號(hào)、保護(hù)等的用電，都需要可靠的直流電源提供保證，因此直流蓄電池組便成為解決發(fā)電廠和110kV及以上變電所直流電源的簡單可靠的解決方案。對(duì)110kV以下的終端變電所也可用復(fù)式整流電源或電容儲(chǔ)能直流電源解決直流電源的問題［1－3］。

1設(shè)計(jì)原則

直流操作系統(tǒng)接線要求安全可靠、接線簡單、供電范圍明確、操作方便。在設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)系統(tǒng)電壓等級(jí)、蓄電池組、充電裝置、接線方式、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析計(jì)算，把直流負(fù)荷進(jìn)行分類并且統(tǒng)計(jì)，滿足系統(tǒng)保護(hù)、測量和監(jiān)控信號(hào)要求的情況下，對(duì)以下設(shè)備進(jìn)行選擇：蓄電池組、充電裝置、電纜、蓄電池試驗(yàn)放電裝置、直流斷路器、熔斷器、隔離開關(guān)、降壓裝置、直流柜、直流電源成套裝置、DC／DC變換裝置、直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備。在設(shè)備選擇后，再對(duì)設(shè)備布置及專用蓄電池室相關(guān)專業(yè)提出要求。本文不對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程、手冊(cè)條文進(jìn)行論述，僅總結(jié)項(xiàng)目實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

2項(xiàng)目實(shí)用舉例

2．1設(shè)計(jì)輸入條件

某4×250MW火力發(fā)電廠單臺(tái)機(jī)組裝設(shè)3組蓄電池，其中控制負(fù)荷采用2組110V蓄電池供電，動(dòng)力負(fù)荷采用另一組220V蓄電池供電。4臺(tái)機(jī)組的220V直流系統(tǒng)間設(shè)聯(lián)絡(luò)線。選用閥控式密封鉛酸蓄電池（貧液形式，單體電壓2V）作為該發(fā)電廠蓄電池，均衡充電電壓取2．30V，浮充電電壓選擇2．23V。現(xiàn)已知每臺(tái)機(jī)組直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如下：汽輪機(jī)氫側(cè)直流備用泵（起動(dòng)電流倍數(shù)按2設(shè)計(jì)）負(fù)荷額定容量5kVA、功率因數(shù)cosφ＝0．8，汽輪機(jī)空側(cè)直流備用泵（起動(dòng)電流倍數(shù)按2設(shè)計(jì)）負(fù)荷容量20kVA、cosφ＝0．5，汽輪機(jī)直流事故潤滑油泵（起動(dòng)電流倍數(shù)按2設(shè)計(jì)）容量27．5kVA、cosφ＝0．8，UPS設(shè)備負(fù)荷額定容量96kVA、cosφ＝0．8，電氣控制電源額定容量10kVA，保護(hù)電源容量5kVA，熱控控制經(jīng)常負(fù)荷容量18．75kVA、cosφ＝0．8，熱控控制事故初期沖擊負(fù)荷容量10kVA、cosφ＝0．5，熱控控制事故初期沖擊負(fù)荷（用作事故負(fù)荷）容量25kVA、cosφ＝0．8、負(fù)荷系數(shù)取0．6，直流長明燈負(fù)荷容量4kVA、cosφ＝0．75，6kV電壓等級(jí)廠用電低電壓跳閘負(fù)荷容量80kVA、cosφ＝0．5，400V電壓等級(jí)低電壓跳閘負(fù)荷容量50kVA、cosφ＝0．5，廠用電電源恢復(fù)時(shí)高壓廠用斷路器合閘負(fù)荷容量5kVA、cosφ＝0．6，勵(lì)磁控制單元負(fù)荷容量1．25kVA、cosφ＝0．8，變壓器冷卻器控制電源容量1kVA、cosφ＝1。

2．2應(yīng)用討論

按照浮充電運(yùn)行，選擇220V蓄電池個(gè)數(shù)，依據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》［1］（DL／T5044—2014）附錄C．1．1公式C．1．1，取103個(gè)均衡充電電壓校驗(yàn)，依據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL／T5044—2014）附錄C．1．2，對(duì)于動(dòng)力負(fù)荷，蓄電池的充電電壓為2．3V＜2．38V，滿足均衡充電要求。同理，可以計(jì)算求得110V蓄電池個(gè)數(shù)選擇52個(gè)，110V單體蓄電池的事故放電末期終止電壓為1．85V，220V單體蓄電池的事故放電末期終止電壓為1．87V。依據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，對(duì)直流系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表1。110V蓄電池組用于控制，故只統(tǒng)計(jì)控制負(fù)荷。結(jié)合實(shí)際，表中序號(hào)10和11計(jì)算6kV廠用電低電壓跳閘和400V低電壓跳閘時(shí)不滿足要求，可以參照《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》表4．2．5序號(hào)2以高電壓跳閘看待。綜上，110V蓄電池組的正常負(fù)荷有電氣控制電源、保護(hù)電源、熱控控制單元、勵(lì)磁控制單元，依據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》表4．2．6查出這4項(xiàng)正常負(fù)荷對(duì)應(yīng)的系數(shù)分別為0．6、0．6、0．6、0．6，計(jì)算得到110V蓄電池組的正常負(fù)荷為174．55A，根據(jù)4．2．1條·031·第43卷S2人民黃河Vol．43，Sup．22021年12月YELLOWRIVERDec．，20211款，每組蓄電池組帶全部控制負(fù)荷，即174．55A。負(fù)荷統(tǒng)計(jì)需要注意：①蓄電池組用作控制和動(dòng)力專用設(shè)備供電或混合供電要明確（詳見表1），分別統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷；②直流的性質(zhì)分為經(jīng)常、事故初期1min、事故持續(xù)（0．5h、1．0h、1．5h、…）、事故隨機(jī)5s，要區(qū)分清楚［2］；③計(jì)算過程中要考慮《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中表4．2．6。負(fù)荷系數(shù)同理，220V蓄電池帶動(dòng)力負(fù)荷情況不再重復(fù)敘述。220V蓄電池組事故放電初期0～1min的事故放電電流可以按照以下方法得到：依據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》表4．2．5及表4．2．6，220V蓄電池為動(dòng)力專用，具體統(tǒng)計(jì)為表1“直流系統(tǒng)負(fù)荷表”中序號(hào)1、5、6、7、8、9。統(tǒng)計(jì)初期1min負(fù)荷電流時(shí)除了恢復(fù)供電高壓斷路器合閘，其他項(xiàng)目都統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。直流負(fù)荷對(duì)應(yīng)功率因數(shù)為1，UPS負(fù)荷系數(shù)為0．5，汽機(jī)氫側(cè)直流備用泵和汽機(jī)空側(cè)直流備用泵在事故時(shí)啟用，需要統(tǒng)計(jì)，考慮起動(dòng)電流倍數(shù)2，220V蓄電池組初期1min放電電流為668．18A。如該電廠選用一組1600Ah容量的220V蓄電池組，配置一組高頻開關(guān)電源模塊（單個(gè)電流25A）［2］，220V蓄電池組動(dòng)力經(jīng)常負(fù)荷為直流長明燈，額定電流為13．64A，依據(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》附錄D公式D．1．1－5、D．2．1－1、D．2．1－2、D．2．1－3、D．2．1－4計(jì)算得到需要蓄電池8．95～10．55個(gè)，選型時(shí)取10個(gè)。同理，110V蓄電池組高頻開關(guān)模塊選擇不再重復(fù)敘述。假設(shè)蓄電池出口與直流配電柜連接的電纜長度為25m，該電纜截面依據(jù)《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第E．1．2條、表E．2．1－1中蓄電池回路公式A．3．6－1及其參數(shù)說明，計(jì)算得到回路電壓降電流為880A＞668．18A，依據(jù)表E．2－2中蓄電池回路，0．5％≤ΔUp（壓降損失百分?jǐn)?shù)）≤1％，采用公式E．1．1－2計(jì)算得到電纜截面Scac＝368mm2。

3結(jié)語

本文僅對(duì)直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的部分元件選擇進(jìn)行了論述，這些元件的正確選擇對(duì)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性非常重要。交流操作系統(tǒng)選擇同樣能夠供給控制、合閘和分勵(lì)信號(hào)等回路使用，但不適用于本文討論的方法

參考文獻(xiàn)：

［1］國家能源局．電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程：DL／T5044—2014［S］．北京：中國計(jì)劃出版社，2014：50，14，15，66，69．

［2］中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司．工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［S］．4版．北京：中國電力出版社，2016：664，662．

［3］能源部西北電力設(shè)計(jì)院．電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)－電氣二次部分［M］．北京：中國電力出版社，1991：265．

作者:張寶喜 張婉璐 劉謀 單位:天津渤化工程有限公司 三門峽黃河明珠（集團(tuán)）有限公司