發(fā)電廠直流系統(tǒng)故障及改進(jìn)

焦作演馬電力有限責(zé)任公司 王傳軍 張保全

發(fā)電廠直流系統(tǒng)故障及改進(jìn)

焦作演馬電力有限責(zé)任公司 王傳軍 張保全

直流電源是發(fā)電廠運(yùn)行的重要組成部分，供給控制、信號、保護(hù)、自動(dòng)裝置、直流油泵、交流不停電電源及事故照明等的直流用電。它在電廠中是一個(gè)獨(dú)立的電源，不受交流電的影響，在全廠失電的情況下，仍能保證控制、信號、保護(hù)、自動(dòng)裝置等的電源供給以及事故處理工作，是機(jī)組黑啟動(dòng)方式下勵(lì)磁零起升壓的起勵(lì)電源。因此它的可靠性直接影響到發(fā)電廠的安全運(yùn)行。

焦作演馬電力有限責(zé)任公司配有1臺(tái)25MW機(jī)組，1套220V完全獨(dú)立的直流系統(tǒng)裝置，于2002年投產(chǎn)使用。該直流電源的主要負(fù)荷不僅是電廠內(nèi)最重要的控制、保護(hù)設(shè)備，而且還為相鄰的35kV演馬升壓站的控制、保護(hù)設(shè)備提供直流電源。

二、直流系統(tǒng)存在的問題及分析

1.直流系統(tǒng)的運(yùn)行方式影響控制設(shè)備的安全運(yùn)行。演馬電力公司這套直流系統(tǒng)由1組600Ah的蓄電池組和充電模塊等組成的單母分段系統(tǒng)單組供電，系統(tǒng)沒有冗余電源（圖1）。

由于系統(tǒng)采用的是單母分段的運(yùn)行方式，所有的負(fù)荷根據(jù)負(fù)荷大小的不同分布在兩段母線上，實(shí)際上這些直流負(fù)荷都沒有備用電源。在這種運(yùn)行方式下，一旦是電源出現(xiàn)故障或者是直流母線出現(xiàn)故障，所有的直流負(fù)荷都不能正常工作，這將導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)甚至更大的事故的發(fā)生。

2.直流接地故障查找困難。如果在其中的任一個(gè)盤柜內(nèi)發(fā)生直流接地故障，首先就要求運(yùn)行人員逐個(gè)地拉開各直流分配電屏的每一路負(fù)荷開關(guān)。在確定某一路負(fù)荷開關(guān)上有接地故障后，再由檢修人員根據(jù)該負(fù)荷開關(guān)后的每一路跳線逐個(gè)解線進(jìn)行故障查找。但是，如果同時(shí)發(fā)生多點(diǎn)接地，拉負(fù)荷開關(guān)也難于確定位置，查起故障來就更困難，而且風(fēng)險(xiǎn)很大，極有可能造成誤跳開關(guān)或機(jī)組，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來了極大的安全隱患。

3.蓄電池放電試驗(yàn)不方便。原有系統(tǒng)的充電裝置設(shè)計(jì)制造時(shí)考慮不周，不具備逆變功能，使得在進(jìn)行蓄電池核對性放電試驗(yàn)時(shí)需要外接負(fù)載，試驗(yàn)工作極為不便。由于放電電流大、時(shí)間長，放電的持續(xù)電流為60A，時(shí)間為10h，一般的負(fù)載承受不了大電流長時(shí)間的發(fā)熱而燒毀。在改造時(shí)，由廠家專門提供了一套放電裝置才基本解決了這一問題，但放電試驗(yàn)時(shí)仍要多次倒換開關(guān)和接線。

4.元件趨于老化。設(shè)備在正常投入使用5年以上往往會(huì)出現(xiàn)元器件老化問題而影響整個(gè)裝置的正常運(yùn)行。2008以來，直流系統(tǒng)各裝置中經(jīng)常出現(xiàn)元件如接觸器、繼電器因老化而發(fā)生故障，影響了直流充電裝置的正常投入使用。

二、直流系統(tǒng)設(shè)備改造

由于系統(tǒng)存在以上問題，對其進(jìn)行改造是非常必要和迫切的。該公司利用機(jī)組大修期間在原有一組蓄電池供電基礎(chǔ)上另外新增設(shè)安裝同類型蓄電池103只，增加一面蓄電池聯(lián)絡(luò)屏，內(nèi)有母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)，SPC100A監(jiān)控器1塊，開關(guān)電源采用高頻模塊，采用全接插件，支持熱插拔，在設(shè)備正常運(yùn)行情況下，不需要停電，也不影響設(shè)備運(yùn)行。同時(shí)增加電池巡檢箱1只，內(nèi)設(shè)有電池巡檢單元1塊，安裝于蓄電池架上，用于監(jiān)視蓄電池組的電壓、電流及單只電池的電壓。改造后的運(yùn)行方式采用分段式運(yùn)行，母線切換設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，用兩組獨(dú)立充放電源系統(tǒng)對兩組蓄電池組進(jìn)行充電。同時(shí)裝設(shè)蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)，主要對蓄電池組電源及模塊輸出的技術(shù)指標(biāo)、電壓電流及供電回路的運(yùn)行情況、參數(shù)進(jìn)行分析判斷、監(jiān)控管理，為系統(tǒng)供電提供安全、穩(wěn)定、可靠的直流電源。

經(jīng)過改造后的直流系統(tǒng)操作方便、直觀，故障查找準(zhǔn)確，切換速度快，直流母線檢修時(shí)也能將負(fù)荷集中轉(zhuǎn)移而退出母線，兩段母線既互為備用，又相互獨(dú)立運(yùn)行。特別是在兩段直流輸出側(cè)各加裝了防環(huán)流逆止回流保護(hù)裝置，有效地保護(hù)了直流間可能發(fā)生的電壓波動(dòng)，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的環(huán)流損壞系統(tǒng)元件、蓄電池等設(shè)備，從根本上確保了直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行（圖2）。

采用的此種運(yùn)行方式，兩組模塊各控制一組蓄電池，兩段母線可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以并聯(lián)運(yùn)行，設(shè)備容量增加一倍，提高了事故放電能力，增加系統(tǒng)的冗余能力，并且兩段母線的充電與運(yùn)行相互獨(dú)立并互相備用，使系統(tǒng)的檢修與備用能夠相互切換運(yùn)行，大大提高了設(shè)備的機(jī)動(dòng)能力。蓄電池采用的是免維護(hù)蓄電池，智能型微機(jī)全自動(dòng)監(jiān)控器，監(jiān)控器內(nèi)帶有自我診斷功能，若設(shè)備有故障，在監(jiān)控器內(nèi)均可顯示出故障類型、部位以及發(fā)生故障時(shí)間等信息，并可存儲(chǔ)，方便查詢。如果主監(jiān)控器有故障，高頻開關(guān)電源模塊內(nèi)部自帶CPU，可以脫離監(jiān)控器自行工作，這樣的運(yùn)行方式，增大了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

通過對直流系統(tǒng)的技術(shù)改造，直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了很大的提高，正負(fù)母線絕緣正常，確保了發(fā)電機(jī)組、升壓站及控制保護(hù)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。