蒲石河抽水蓄能电站直流系统设计缺陷分析与改进

蒋春钢，李长胜

（辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118216）

蒲石河抽水蓄能电站直流系统设计缺陷分析与改进

蒋春钢，李长胜

（辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118216）

对蒲石河抽水蓄能电站地下厂房、开关站等两段直流母线在操作切换中，存在短时中断供电情况的设计缺陷进行分析，提出改进措施。

抽水蓄能电站；直流母线；设计缺陷

蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁宽甸县境内，下水库建在鸭绿江支流蒲石河上。设计总装机容量为1200MW，安装4台300MW单级、立轴、混流可逆式水泵水轮机组。首台机组计划于2011年12月投入商业运行。建成之后是东北电网担任调频调峰和事故备用的重要电源点。

1 直流系统设计缺陷分析

抽水蓄能电站的直流系统是继电保护、自动装置和断路器正确动作的重要设备，其稳定运行对防止系统破坏性事故扩大和设备严重损坏至关重要。其地位随着机组容量的不断增大显得更为重要。

蒲石河抽水蓄能电站直流系统组成：蓄电池采用法国STECO GRANIT A系列免维护阀控铅酸蓄电池。防渗漏措施严密，散热条件良好，具有自动开启、关闭的安全阀；蓄电池巡检子机可以监测20节电池电压以及1个环境温度可在线检测蓄电池组内有无电池发生短路或开路现象，其报警接点引至微机直流监控装置显示处理；EEP2-20/220V高频开关电源模块，EEP整流模块为抽屉式结构，可带电更换，采用n+1冗余组合热备份方式，具有按照阀控式密封铅酸蓄电池的特性自动充电及活化电池的功能；EK-04C微机监控模块硬件由双32位CPU的工控主板为核心组成的触摸屏，可对直流系统中的交流配电单元、高频开关整流模块、微机绝缘监测装置、蓄电池巡检装置、直流隔离电压变送模块和霍耳电流变送模块、蓄电池环境温度检测模块等下级监测控制设备实施数据采集并显示，并可根据系数的各种设置数据进行告警处理和历史数据管理，同时对这些处理结果加以判断，根据不同的情况实行电池智能管理、输出控制等操作。

电厂在组织直流系统运行规程编写讨论时发现，电站地下厂房、开关站和中控楼直流系统在一组交流充电装置失电，需将该段直流母线联络至另一直流母线运行操作时，存在短时中断供电情况。

地下厂房、开关站为“2+2”配置（开关站为“3+2”）。见图1。若1号充电盘交流电源失电或整套故障，短时无法处理，必须尽快将1号馈电盘联络至2号馈电盘运行。操作步骤：①将1号充电盘输出刀闸1DZ1切至“0”位置；②将1号馈电盘输入刀闸1DZ2切至“联络”位置；③拉开1号充电盘交流电源开关1K1。由于1DZ2为双投刀闸，在1DZ2切至“联络”位置过程中，1号馈电盘会脱开1号蓄电池组，所代直流负荷短时失电。可能造成机组跳机，保护、自动装置误动。

图1 原设计接线

查阅《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》，防止直流系统事故13.3.2.2条规定：“直流母线在正常运行和改变运行方式的操作中，严禁脱开蓄电池组。”本设计显然不符合这一要求。

2 设计缺陷的发生原因

2.1 设计人员沿袭旧规程，不熟悉新规程

根据《DL/T 5044-95火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》4.1.2规定：“采用单母线接线的直流系统，2组单母线间应实现联络，并应有防止2组蓄电池并联运行的闭锁措施。宜采用联络开关与蓄电池组电源开关机械闭锁或电气闭锁。但系统接线应考虑在运行切换时不中断直流负荷供电的要求，将1组充电设备接至直流母线。”

（1）1995年版设计规程规定：任何条件不允许两组蓄电池并列运行。实际上两组蓄电池不能长期并列运行。原因：

①当两组电池并联用低压恒压充电后，由于内阻大的那组电池出现了负充电，而充电所谓终了后，就有两组电池的不等电动势。在相同的时间内，两组蓄电池充入的容量是不相等的，无法使并联的两组电池同时达到真正的饱和状态。

②当两组电池并联时就组成电池内部的放电回路。两组或两组以上的蓄电池长期并联，还会造成电池内耗的增加。

另外规定：为了在运行切换时不中断直流负荷供电，将充电设备接至直流母线。这样在充电设备正常运行时，可以保证切换时不中断直流负荷供电。但是在充电设备故障或失电时，切换过程中直流负荷会中断供电。

（2）对于两组蓄电池并联问题，在新版的设计规程中，已更改了原1995版中关于蓄电池不能并联的说法。在《DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程》4.5.1第三条规定：“2组蓄电池的直流系统，应满足在运行中二段母线切换时不中断供电的要求。切换过程中允许2组蓄电池短时并列运行。”

两组蓄电池正常时应是分列运行，考虑到定期充、放电试验要求和事故处理，为了转移直流负荷，需要短时并联运行。在2组蓄电池电压相差不大，而且时间很短，对蓄电池没有大的危害是允许的。其实在正常运行的直流系统中，为了保证蓄电池的满充电，蓄电池处于浮充电状态，充电装置的输出电压始终高于蓄电池组电压，使整个直流系统中每段母线的电压被充电装置输出钳制，如果需要母线负荷切换，此时允许两组蓄电池短时并联运行，两组蓄电池不会形成环流情况。

2.2 设计人员对于国网公司反措要求不了解

设计人员一般都是按照设计规程进行设计，同时会参考一些典型设计。设计人员大都没有生产运行经验，不能够从运行角度进行设计。没有考虑到各种情况下，直流系统运行和改变运行方式操作中的可靠性。国网反措要求都是通过总结分析近年国网公司系统发生的重大事故的特征，要求制造、设计、安装、调试、生产等各个单位认真贯彻执行。这些反措要求都是事故教训换来的，有很强的实际指导作用。

2.3 照搬照抄其它电站设计

查看国网新源系统的天荒坪、张河湾、宝泉、西龙池等抽水蓄能电站直流系统，联络开关与蓄电池开关均有闭锁。都存在两组蓄电池无法短时联络运行设计缺陷。我国从90年代开始大规模新建抽水蓄能电站，许多设计还不够成熟。部分设计存在抄袭现象，发生雷同错误也就在所难免。

3 设计缺陷的改进措施

3.1 接线方式选择

将原馈电盘输入刀闸1DZ2、2DZ2由双投刀闸改为单投刀闸。在1号馈电盘与2号馈电盘母线间加装直流断路器DZ。见图2。

图2 改进设计接线

同样情况，若1号充电盘交流电源失电或整套故障，短时无法处理。操作步骤：①将1号充电盘输出刀闸1DZ1切至“0”位置；②合上1号馈电盘与2号馈电盘联络开关DZ；③拉开1号馈电盘输入刀闸1DZ2；④拉开1号充电盘交流电源开关1K1。1号馈电盘在切换操作中没有脱开蓄电池组，满足国网公司反措要求。

3.2 直流断路器选择

断路器额定电流按馈电盘上全部用电回路的计算之和选择，即

式中：Icc为控制负荷计算电流，A；Icp为保护负荷计算电流，A；Ics为信号负荷计算电流，A；Kc为同时系数，取0.8。

为了保证保护动作选择性要求，断路器的额定电流还应大于馈电柜馈线断路器的额定电流，它们之间电流级差不宜小于四级。

4 结语

直流系统对于电站的可靠运行起着至关重要的作用。各级设计人员从工程设计之初就应严格把关，为将来生产运行着想。避免出现电站建成之后再进行技改，浪费投资。

TM910.2

B

1672-5387（2011）02-0059-02

2010-11-02

蒋春钢（1972-），男，工程师，从事抽水蓄能电站生产运行与管理工作。