300MW火电厂直流系统改造工程的研究

屠本烨 范春菊 李岩峰

摘 要：分析了某300MW火电机组直流系统现存的问题以及进行改造的必要性。从三个方面切入，论述了该系统改造工程中对于非常规情况的特殊处理的必要性：第一为直流系统充电器的选择，第二为降压装置的取舍，第三为蓄电池出口的隔离保护措施。通过实例分析，改造结果对于300MW的火电厂的直流系统改造工程具有指导意义，为相似工程提供了参考。

关键词：直流系统；改造工程；非常规

火电厂老厂改造常常需要依照规程完成。但是，在某些特殊情况下，非常规的做法是无法避免的，老厂直流系统改造的实例说明了特殊处理的必要性。某300MW火电机组，110V直流系统已使用30年，采用单母，双机组带联络的接线方式。目前存在的问题有：相控开关以及直流开关等老化，已无法满足正常运行需求，其中相控开关，由于效率较低，功率因素不高，适应能力不强，噪音较大，目前已几乎退出电厂主流直流系统；硅降压装置，在直流系统存在隐患，一旦硅降压装置故障，将会影响直流系统的供电；由于最新改造蓄电池，而未更新计算硅降压装置带给系统电压的影响，而且由于并联两组蓄电池，内阻变小，短路电流加大，原有的开关容量已经无法满足保护要求。

本次改造范围具体包括：机组及公用充电器，充电器交流侧开关，充电器直流侧开关，硅降压装置，机组蓄电池出口隔离保护设备等。

1 直流系统充电器的选择

原有系统接线如图1所示。相控开关已使用30年，而相控开关技术性低于高频开关，故规程[2]建议，充电装置宜采用高频开关。根据直流计算书[1]中的计算结果，充电器额定输出电流应选择为900A。

1.1 充电器改造方案

1.1.1 模块数量、布置比较

由于额定输出电流需求较大，目前各直流厂家的高频开关额定输出电流，最大为50A，工程应用较为广泛；另经调研，有最新推出100A模块的厂家，但尚未投入工程应用。于是重点对这两种模块进行比较。根据规程[2]，当模块额定电流为50A时，模块数量设置的计算如公式（1）：

（1）

模块布置见图2，由于布局过于紧凑，不利于散热。充电器1屏布置8块高频开关模块，配备一台直流系统监控设备；充电器2屏布置10块高频开关模块。老厂反应此种布置方式下，正常的设备检修有困难。

根据规程[2]，当模块额定电流为100A时，模块数量设置的计算如公式（2）：

（2）

配置模块数量为9块。同时按照高于规程要求选择N+1个模块，10块作为充电模块数。模块布置见图3布局合理，老厂反应此种布置方式下，消谐装置等可以充分利用剩余空间，缓解了原有屏柜布置的压力。

1.1.2 充电模块参数比较

对于充电模块的参数，必须满足规程[2]要求，表为100A模块和50A模块的比较数据。

模块技术参数比较表

技术指标 规程[2] 100A模块 50A模块

稳压精度 ≤±0.5% ≤±0.5% ≤（±0.3%～±0.5%）

稳流精度 ≤±1% ≤±0.5% ≤（±0.5%～±1%）

纹波系数 ≤±0.5% （有效值）≤±0.1%

（峰-峰值）≤±0.35% ≤（±0.1%～±0.2%）

效率 ≥90% ≥93% ≥（94%～95%）

噪声 ≤55dB 自然冷却≤45dB

智能风冷≤55dB ≤（50dB～55dB）

据上表可知，100A模块是完全满足规程要求的。

1.2 充电器改造后的效果

从技术参数上而言，100A以及50A模块都能满足充电器部分改造要求；从模块数量以及布置上而言，100A更优。目前充电器已投入使用，且运行情况良好，今后需大电流充电器的工程可选用100A模块。

2 降压装置的取舍

2.1 降压装置改造的原因

图1中，原有蓄电池出口母线到配电母线上具有降压装置。根据电厂提供的蓄电池参数，原有的蓄电池在改造之前为54节，浮充电压Uf，均充电压Uc以及放电终止电压Um分别为2.23V，2.33 V以及1.85V。对于原有54节蓄电池而言，几种状态下的电压值分别为公式（3）、（4）、（5）所示。

正常浮充狀态：

（3）

均衡充电状态：

（4）

放电终止状态：

（5）

其中，n 为模块数，Un为系统额定电压110V。

根据规程[2]要求，控制动力混装负荷，需满足公式（6）要求。

（6）

通过上式可知，54节的蓄电池无法满足正常浮充及均衡充电要求，因此需要配备降压装置。故根据规程[2]规定，在有端电池或者镍铬电池的时候才需要增加降压装置。对于图1中的蓄电池采用阀控铅酸电池，且在电池改造中已将端电池取消，电池从54节减为52节；另外图1中降压装置的位置处于蓄电池充电器母线和馈线母线之间，一旦故障则直流系统无法正常供电。

2.2 降压装置的改造方法

由于降压装置在机组事故时候的额定电流较大，即使按照原有接线连接降压装置仍旧会有问题。根据调研，由于降压装置仅在有端电压或者镍铬电池使用，并且用于较小容量，直流系统厂家生产的额定电流不大。根据调研结果，即使安装之后，事故情况依法无法保障正常供电，于是本次工程根据以往新工程的接线参考，决定取消降压装置。而新换电池已经按照未装端电池做法改造，计算见公式（6）、（7）、（8）。

对于现有的52节蓄电池而言，

正常浮充状态：

（7）

均衡充电状态：