沙河抽水蓄能电站直流系统改造

李驰骏，卢 跃

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333）

1 引言

直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其他使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源——蓄电池组继续提供直流电源的重要设备。

相比于其他发电企业，抽水蓄能电站的设备系统、建筑设施以及运行方式等都存在着诸多不同之处，直流系统不仅要为机组LCU、继电保护等设备提供直流电源，且在紧急情况下既要保障厂用电系统的应急照明能正常工作，还需为机组黑启动提供稳定可靠的起励电源，这就对直流系统的稳定性提出了较高的要求。本文结合沙河抽水蓄能电站（以下简称“沙河电站”）直流系统改造前后状况，在直流设备的运行维护、系统配置、优化效果等方面进行研究探讨。

2 改造前直流系统概况

沙河电站直流系统标称电压为220 V，控制负荷和动力负荷合并供电，采用2段单母线接线，两组蓄电池和两套充电装置分接于不同母线段，2段直流母线之间设有联络开关，正常运行时联络开关打开。直流系统配置2组蓄电池，每组蓄电池含104节单体电压2 V容量500 A·h的蓄电池，如图1所示。

图1 改造前直流系统接线图

3 存在的问题

（1）直流系统改造前配置为机组、变电站共用一套直流系统供电，机组、变电站直流系统没有完全独立，不符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全【2014】161号）第22.2.3.2条“发电机组用直流电源系统与发电厂升压站用直流电源系统必须相互独立。”的要求。

（2）直流系统改造前系统为两套充电装置为2段直流母线供电，属于“两电两充”系统配置，未配置备用充电屏，不符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全【2014】161号）第22.2.3.4条“发电厂动力、UPS及应急电源用直流系统，按主控单元，应采用3台充电、浮充电装置，两组蓄电池组的供电方式。每组蓄电池和充电机应分别接于1段直流母线上，第3台充电装置（备用充电装置）可在两段母线之间切换，任一工作充电装置退出运行时，手动投入第3台充电装置。其标称电压应采用220 V。直流电源的供电质量应满足动力、UPS及应急电源的运行要求。”的要求。

（3）直流系统在线绝缘检测装置不具备检测交流电窜直流电的功能，当出现交流窜直流现象时,不能够及时录波或报警，不能为现场分析故障提供第一手可靠的分析依据，且一旦发生交流窜入直流回路极有可能发生发电机组、主变压器、开关站线路继电保护等动作，导致全厂停电事故。不符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全【2014】161号）第22.2.3.22条“严防交流窜入直流故障出现。”的要求。

（4）直流系统蓄电池组核对性放电试验数据逐年下降，投运期间已更换多节蓄电池，电池实际容量已不能满足《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》（DL/T 724-2000）第6.3.3条的要求。

4 改造方案的实施

为有效解决直流系统存在的相关问题，提升机组黑启动的可靠性，满足二十五项反措要求，沙河电站开展了直流系统改造。鉴于改造面临着供电负荷分布全厂、停电影响范围大、改造内容多、工期长、改造场地受限等客观因素，改造分变电站直流系统独立、机组直流系统改造两步实施。

4.1 变电站直流系统独立

220 kV变电站直流电源系统馈线负荷较少，考虑到设备室空间紧张的实际情况，屏柜布置采用充馈一体的紧凑型结构，组3面屏，第3套充电装置独立组屏，位于两面充馈一体屏的中间。每套充电装置额定电流40 A，高频开关电源模块按4×10 A配置。蓄电池采用单体电压2 V的贫液阀控式密封铅酸蓄电池，容量141 A·h。系统内新增QDA-300直流在线绝缘监测装置，当直流系统支路有交流窜入时，可正确报出交流窜入支路，运行稳定。新增220 kV变电站直流系统接线如图2所示。

图2 新增220 kV变电站直流系统接线图

4.2 机组直流系统改造

机组直流电源系统屏柜布置为1号充电屏、1号馈电屏、备用充电屏、2号馈电屏、2号充电屏依次排列，不间断电源屏置于变电站直流系统配电屏侧。每套充电装置额定电流100 A，高频开关电源模块按5×20 A配置。蓄电池采用单体电压2 V的阀控式密封铅酸蓄电池，每组104只，容量由500 A·h优化为300 A·h。新增PM6-JH直流在线绝缘监测装置，可正确检测交流电源窜电、直流电源互窜，并准确定位对应支路，运行稳定。机组直流系统改造后接线图，如图3所示。

图3 改造后机组直流系统接线图

5 设备优化效果

5.1 “两电两充”升级为“两电三充”

通过增设备用充电屏以及备用屏双投开关将直流系统原有的两电两充运行方式改为两电三充运行方式，在1、2号充电装置故障时通过备用屏双投开关可以及时切换使用备用充电屏为直流母线供电，提高了直流系统供电可靠性。

5.2 优化在线绝缘检测装置

直流系统带交流导致直流系统接地，最直观的现象就是直流系统绝缘降低、接地，但其危害远大于单纯的直流接地，同时会造成保护误动、开关误跳拒跳，产生一系列严重后果。为有效预防此类情况的发生，沙河电站在原有的绝缘检测功能基础上增加了交流窜电故障报警以及报警选线功能，使故障发生时可以及时检测到系统的异常情况，确定故障点，提高故障消除的效率和准确性。

5.3 监控传输稳定性提升

直流系统监控系统与上位机后台通信联络线由RS485线变为网络线连接。网络线通信相比较RS485通信抗电磁干扰性强、传输距离远、通信速率高、检测错误数据准确率高，并且在设定地址后可实现多对多通信的功能。

5.4 蓄电池组巡检系统升级

系统配置PM6B-2 V电池巡检单元，可实时检测单体电池电压、环境温度和电池温度，配合拨码开关实现多机并联，通过RS485通信线接入直流系统监控单元。单体电池电压检测误差不超过千分之二，温度误差低于2 ℃，测值准确度较改造前有了显著提升。通过电池巡检单元的升级，可精准及时地观察分析蓄电池组电压实时数据，便于运维人员掌握蓄电池性能变化趋势，保证直流系统后备电源的稳定可靠。

5.5 不间断电源装置更新

将UPS主机与旁路馈线分屏放置，使装置布置在满足规程规范要求的同时，便于维护消缺的开展。将不间断电源装置旁路开关位置设计至柜门内，并加装防护装置，降低了误操作的概率，提高了设备运行的安全性。

5.6 改善设备运行环境

直流系统特别是蓄电池组对运行环境要求较为严格，环境温湿度不达标对蓄电池组寿命存在直接影响。相关规程规定蓄电池室内温度宜保持在5～30℃，最高不应超过35℃，湿度不宜大于90%。沙河电站对蓄电池室运行环境也进行了相关优化改造，克服设备室面积受限的困难，将原运行休息室改造为设备间，放置变电站直流系统蓄电池组。通过在蓄电池室加装空调、通风系统等措施，保证了蓄电池室运行环境温湿度在适宜范围之内，延长了蓄电池组的使用寿命。

6 结语

直流系统作为各类发电企业重要的电源核心，其运行稳定性关系到企业安全生产运行。沙河电站直流系统改造后投运至今，设备运行状况稳定，为电站的安全可靠运行提供了有力的保障。本次改造的成功实施，也为其他发电企业直流系统改造提供借鉴。