发电机组直流电源系统应用及维护

颜建民，毕刚芝

(锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江 417500)

小型余热发电机组直流电源稳定可靠的运行是整个发电系统正常运行的基础，是发电机组突发紧急状况下的重要安全保障，也是供电系统恢复正常的关键。因此，电源的配置设计必须科学、合理、规范，同时正常的日常点检维护十分重要，整个系统的管理工作必不可少。文章对现有电源系统结合发电机组的具体实际需求，设计改造的全方位电源系统进行了介绍。

1 直流系统概况

发电站直流电源对汽轮机组直流油泵、DCS系统(汽轮机组集散控制系统)、MTC系统(电站管理监控系统)、信号系统、事故照明、电气等设备，提供紧急后备供给电源。由于直流系统是一个不间断的直流电源，配置蓄电池组，蓄电池组是一种独立的电源，不受交流电源的影响。因而交流失电、紧急事故发生时，蓄电池继续给各负载供电，保证各关键设备的正常停用。电站直流电源系统在整个系统中有着至关重要的作用。

锡矿山闪星锑业有限责任公司设计电站直流电源系统除了一般普通的电气设备、继电保护、电脑监控、事故照明等功能外，新增加了汽轮机直流油泵系统，它是保证机组在紧急或突发事故中安全运行的最后一道防护线，避免汽轮机轴承缺油烧毁，出力突降引起的飞车。还设计一套大功率电力逆变器，为系统设备提供紧急的交流220 V电源，为厂供电系统设备在无电状态下提供各种保护，同时为锅炉运行提供监测数据。

2 直流系统运行的组成及原理

2.1 直流系统运行组成

发电站的直流电源系统主要由直流充电柜、直流馈电柜、蓄电池组三大部分构成，其中直流充电柜的主要组件有充电模块、监控模块、交流配电单元、降压硅链单元。直流馈电柜主要组件有馈电单元、切换单元、配电监控单元、绝缘监测单元及各输出配置。蓄电池组由18节12 V直流免维护蓄电池组成，总输出为216 V 3 600 AH，为所有直流保安设备提供纯净直流电源。直流电源系统原理流程图如图1所示。

图1 直流电源系统原理流程图

2.2 直流系统运行原理

由厂供电三相交流380 V经交流配电单元，分别输入4组艾默生HD22010－3充电模块，艾默生PSM－E10监控模块控制充电模块的输出直流电压及电流，按充电曲线完成对蓄电池均充、浮充的全过程。蓄电池组作为供电电源，供给直流油泵、自动装置、信号系统、事故照明、电气设备，以及开关站内高压屏的合闸母线电源。开关站控制回路母线电源由充电模块后经降压硅链后供电。充电模块退出或交流停电时，一路直接由蓄电池组供给各直流负载，另一路经电力逆变器可供给最大5 kW的单相交流电源，提供给DCS系统、MTC系统。以确保汽轮发电机组安全度过故障停电时间。

直流油泵的启停机，由DCS系统控制启停，同时可手动操作。当出现紧急情况时，汽轮机组保护停机，当机组从运行转速降至4 800 r/min时，机组主轴上的主油泵停止工作，DCS系统根据油管路的润滑油压高低先后发指令给离心油泵、齿轮油泵，由于无市电，DCS会立即发指令给直流油泵，启动油泵，维持汽轮机组各轴承、轴瓦中油润滑，确保汽轮机平稳停机。当市电恢复后，离心油泵启动，停用直流油泵。

3 直流电源系统启动及保护

3.1 直流系统启动的条件

在如下三种情况下启动直流系统:

1.遭遇突发的雷击事件，造成厂供电网高压受雷击跳闸，发电机过负荷保护跳闸，汽轮机连锁紧急停机。

2.厂供电网低压侧故障跳闸，造成循环水泵、冷凝水泵失压停机，汽轮机组真空度急骤下降，系统保护停机。

3.整个系统电网停电，发电机弧网运行没有及时建立，机组停机。

3.2 直流系统保护对象

直流系统保护以下对象:

1.首先是在紧急状态下，保护汽轮机发电机组平稳减速停机。当机组在高速运转5 560 r/min时，遭遇紧急情况停机，汽轮机主轴及轴瓦瞬间缺油，需要立即启动直流油泵，向各转动部分正常供油，以保证主轴与轴瓦充分润滑，防止干磨烧毁，主轴变形，保护的供油点有推力轴瓦、位移轴瓦、汽轮机轴瓦、变速箱轴瓦及发电机轴瓦。同时，直流油泵运行后还起到降轴瓦温度的作用。示意图如图2所示。

图2 直流电源保护供给示意图

2.保证机组控制监控系统正常运行。当市电已经停止供电后，主要保证中控DCS系统及MTC系统的正常运行，因为机组所有的关键设备，如锅炉、汽轮机组、发电机组、6 kV开关站等都需要及时监控其状态，跟踪其运行趋势，以便操作员根据监控数据及时、有效地进行调节，以确保整个系统的安全。

3.控制机房的监控电脑正常工作。机房有各类电脑监控7台，每台都有其作用，缺一不可，包括工程机监控，汽轮机监控，发电机监控，开关站监控，锅炉监控，汽包监控，以上监控作为操作员进行紧急工作时的重要依据。

4.开关站内各控制母线电源与合闸母线电源。虽然控母与合母一直是由直流系统供给，但在无电状态下同样更需要及时操作高压进线开关，以确保厂内尽快恢复正常供电。

5.机房直流事故照明。为控制室和汽轮机房提供应急照明。

4 直流电源系统日常运行及维护

4.1 蓄电池

蓄电池在直流电源系统中占据核心地位，该发电站使用的是免维护密封式铅酸蓄电池，占据直流电源系统总成本的1/3之多。免维护电池虽然是内环境无需维护，但不是可以任意使用，实际维修也表明，约有50%以上直流电源故障与电池有关。因此，在使用和维修直流电源系统，正确使用电池就显得尤其重要。

1.为了保证电池良好的工作状态，对蓄电池必须每隔一定时间放充电一次，以达到激活电池的目的，恢复电池原有的容量数，发电站对电池的充放电规定为每年进行一次。

2.制定电池巡查点检制度，并做相关记录。内容包括蓄电池的单体电压值、连接处有无松动和腐蚀现象、壳体有无渗漏和变形、极柱与安全阀周围是否有酸雾溢出、蓄电池温度是否过高等，根据现场实际情况，定期对电池组作外壳清洁工作。

3.对电池来说，温度亦是一个非常主要的因素，当环境温度每升高8℃时，电池的寿命会降低一半，而在使用时，当环境温度下降时，电池所提供利用的容量，即AH也会明显地下降，在发电站控制室装设空调及排汽风扇，保证环境温度在25℃左右。

4.2 充电装置

1.应定期对充电装置进行如下检查:交流输入电压、直流输出电压、直流输出电流等各表计显示是否正确，运行噪声有无异常，各保护信号是否正常，绝缘状态是否良好。

2.交流电源中断，蓄电池组将不间断地向直流母线供电，应及时调整控制母线电压，确保控制母线电压值的稳定。

3.维护人员应定期对充电装置输出电压和电流精度、整定参数、指示仪表进行校对。定期进行稳压、稳流、纹波系数和高频开关电源型充电装置的均流不平衡度等参数测试。

4.3 直流油泵

直流油泵日常运行及维护是关键。由于该泵一般是停止状态，使用机率很少，但要保证在紧急情况发挥作用，该站规定直流油泵每周要进行在线试机一次，定期对电机进行碳刷清理，接线螺丝紧固，转动部分检查，油泵检查，进出阀门检查等，确保正常运转。

4.4 后台监控电脑

1.运行中直流电源装置的微机监控装置，应通过操作按钮切换检查有关功能和参数，其各项参数的整定应有权限设置和监督措施。

2.定期对电脑进行清灰，严禁监控电脑安装无关软件，严禁在监控电脑上连接可疑外设，如U盘、移动硬盘，实时清理电脑里的临时文件，对磁盘做定期整理。

5 案例分析

2011年8月10日，天气为大雨伴有雷击，早上8时30分，一个强雷击在厂供进线上，254#、208#进线因对外反供电过流保护跳闸，发电机组形成弧网运行，厂部分高压分开关也因保护停供，使之发电机组出力与负载形成短时间平衡。8时52分，负载侧高压风机启动，发电机组出力突增跳闸，全厂停电，汽轮机连锁紧急停机。直流电源系统立即发挥作用，DCS系统指令直流油泵启动，以保证汽轮机组平稳停机。电力逆变器输出以保证监控系统正常工作，合母与控母电源以保证随后的开关站高压屏操作。及时地倒切线路，对厂进行供电。由以上看出，各直流电源系统设备的正常投运，是此次突发事件机组能安全停机的重要保障。

6 结语

直流电源系统是保证发电机组安全稳定运行，是电气和热工、保护系统的控制、信号、保护、自动装置和某些执行机构重要电源，同时也是电磁操作机构、事故照明装置、直流润滑油泵的重要电源，对整个发电站电力系统的安全稳定运行起着极为重要的作用。通过对直流系统运行、维护、试验的有效管理规范，使全机组系统有机协调部署，正确有效地发挥作用，保证厂供电网和机组安全稳定地运行。安全、稳定、可靠的直流电源系统为电站的稳定运行及高效发电提供了可靠的技术保障，使余热汽轮发电机组为公司带来最大的经济效益。

［1］ 徐海明，王全胜.变电站直流电源设备使用与维护［M］.北京:中国电力出版社，2007.

［2］ 国家电网.直流电源系统管理规范［M］.北京:中国电力出版社，2006.

［3］ 张和生.新型蓄电池原理与应用［M］.北京:商务印书馆，2006.