宝泉抽水蓄能电站直流系统结构及运行方式分析

方书博，娄彦芳

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南省新乡市 453636）

宝泉抽水蓄能电站直流系统结构及运行方式分析

方书博，娄彦芳

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南省新乡市 453636）

宝泉抽水蓄能电站直流系统包括220V直流系统和48V直流系统，本文就宝泉抽水蓄能电站直流系统结构和运行方式进行分析，对运行过程中发现的问题进行分析处理。

直流；运行方式；联络开关；接地；放电

0 引言

宝泉抽水蓄能电站位于河南省辉县市薄壁镇大王庙以上2.4km的峪河上，距新乡市45km，距焦作市约30km，与郑州市直线距离约80km，是一座日调节纯抽水蓄能电站。电站装机容量1200MW，装设4台单机容量为300MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机—发电电动机组。电站2004年6月1日正式开工建设，2011年6月4台机全部投产，以一回500kV出线接入河南电网，在电网中承担迎峰度夏、迎峰度冬、重大节假日及活动保电、黄河调水调沙、事故备用等任务，机组由河南省调负责调度。机组基本运行方式为“两发一抽”，即早晚供电高峰时段发电运行，后夜底谷时段抽水运行。

直流系统由蓄电池组、充电装置、直流屏等设备组成。它的正常与否直接影响电力系统安全可靠运行，因此加强直流系统日常维护对于电站安全运行是十分重要的。

1 直流系统结构

宝泉抽水蓄能电站直流系统包括220V直流系统和48V直流通信系统。

1.1 220V直流系统

220V直流系统包括地下厂房220V直流系统和地面开关站220V直流系统，为全厂提供直流控制电源、黑启动时励磁系统的直流起励电源、直流高压注油泵的电动机电源和事故照明电源。

1.2 48V直流系统

48V直流系统包括地下厂房、地面开关站、上库启闭机楼和中控楼 48V 直流通信系统，为全厂各区域通信设备提供直流电源。

2 直流系统运行方式

2.1 220V直流系统运行方式

宝泉抽水蓄能电站220V直流系统原理接线图，如图1所示。

图1 220V直流系统原理接线图

（1）正常情况下，两条直流母线分段运行，每条直流母线由一套充电装置和一组蓄电池组成。每套充电装置采用N+1冗余并联组合方式供电，有两路交流输入，取自不同交流电源柜，两交流进线开关可自动切换，并设有防雷保护。

（2）充电装置故障，将整流模块退出运行，短时间可由蓄电池带直流负荷。若充电装置短时间无法恢复正常，需将母线切至联络运行。

（3）蓄电池组故障或需退出运行时，需将母线切至联络运行，严禁长时间脱离蓄电池组运行。

2.2 48V直流系统运行方式

48V直流系统有两种接线方式：

一种单母分段，另一种为互联的单母接线。

2.2.1 单母分段运行方式

48V直流系统单母分段运行方式，如图2所示。

（1）正常情况下，两条直流母线独立运行，每条直流母线由一套充电装置和一组蓄电池组成，每套充电装置采用N+1冗余并联组合方式供电。有两路交流输入，取自不同交流电源柜，两交流进线开关可自动切换，并设有防雷保护。

（2）充电装置故障，将整流模块退出运行，由蓄电池带直流负荷。

（3）蓄电池组故障或需退出运行时，由充电装置带直流负荷。

2.2.2 互联的单母接线运行方式

48V直流系统互联的单母接线运行方式，如图3所示。

（1）两组蓄电池设一套公用充电装置，充电装置采用N+1冗余并联组合方式供电，有两路交流输入，两路交流输入从不同交流电源柜分别接入，两交流进线开关可自动切换，并设有防雷保护。

（2）充电装置故障，将整流模块退出运行，由蓄电池带直流负荷，该方式下不允许长时间供电。

（3）单组蓄电池组故障或需退出运行时，由充电装置加一组蓄电池带直流负荷。

图2 48V直流系统单母分段原理接线图

3 直流系统运行过程中存在的问题及改进措施

3.1 220V直流系统运行方式切换造成短时失电问题分析

图4为原220V直流系统原理接线，未增加QS3母线联络开关，母联开关切换瞬间，会造成该段母线暂时失电，不便于运行维护，需对接线方式进行改造。

改进方案：将原来用于蓄电池放电开关改为母线切换用辅助开关，型号改为同充电装置输出开关一样，与充电装置输出开关并接后馈线至相应直流母线，用于母线切换时通过充电装置临时给本段直流母线供电，使得两段母线切换时不中断供电，切换完成后再将之断开，另外重新在屏柜内部增加蓄电池放电开关。

改进前：母联开关切换时，直接操作1QS2开关，切换时造成该段母线短时失电；改进后：将Ⅰ段母线切换至联络运行时，先合上母线联络开关1QS3，再将1QS2切至联络运行位置，最后断开1QS3；将Ⅰ段母线母线由联络运行切至分段运行时，先合上1QS3，再将1QS2切至分段运行位置，最后断开1QS3。上述切换过程不会造成Ⅰ段母线失电。

3.2 直流系统接地故障问题分析

直流系统发生一点接地是常见的异常运行状态，虽然不直接产生恶果，但潜在危险性很大。因此规定当直流系统发生接地后只允许连续运行2h以便使值班员迅速寻找接地点，尽快消除，防止发展成两点接地故障。宝泉抽水蓄能电站原接地巡检装置无法准确确定接地点，需更换新的接地巡检装置。

图3 48V直流系统互联的单母接线原理图

改进前：直流系统发生一点接地时，由于无法确定接地点位置，对不重要的直流电源，采用“瞬时停电法”查找，即拉开某一馈线开关再迅速合上并注意接地是否瞬时消失，若未消失，再依次寻找；对重要的直流电源，采用“转移负载法”，查该支路带回路有无接地故障。

具体接地点拉、合步骤：

（1）二次回路是否有工作造成接地；

（2）在调度同意下依次拉合次序：

1）事故照明，临时工作电源继电保护试验电源试拉、合；

2）热备用、冷备用设备的试拉、合；

3）开关合闸电源试拉、合；

4）退出重合闸，试拉、合重合闸电源；

5）通信电源及远动装置电源试拉、合；

6）故障录波器电源试拉、合；

7）通过调度将主保护改信号后试拉、合其控制电源；

图4 原220V直流系统原理接线图

8）试拉、合充电装置电源；

9）试拉、合蓄电池；

10)在进行上述各项检查选择后仍未查出故障点，则应考虑同极性两点接地。当发现接地在某一回路后，有环路的应先解环，再进一步采用取保险及拆端子的办法，直至找到故障点并消除。

该方法查找过程复杂，造成重要设备停电，且查找时间过长，不便于日常运行维护。

改进后：直流系统改造后采用贵阳新光ZJX6型微机直流系统接地巡检装置作为直流系统接地的监视设备，并结合手持式ZJ5型抗分布电容式直流接地探测器，可有效查找接地并可确定到最小范围内，使查找直流接地变得简单。

具体步骤如下：

（1）查看ZJX6型微机直流系统接地巡检装置显示的接地支路编号及接地方向，并做记录。

（2）连接信号源ZJ5。具体方法是：将ZJX6型微机直流系统接地巡检装置（主屏或分屏）的对地平衡电阻桥接地线断开；检查信号源ZJ5电源开关在“断开”位置，VQ开关在“常规”位置；插入电源插头，然后合上电源开关。

（3）手持器ZJ51与信号源ZJ5进行通信。按下手持器ZJ51“电源开关”，当两个装置启动完毕后，在显示“请将手持器放到信号源上方1m内，然后按下通信红外接收数据”信息后，在手持器上按通信键。手持器显示“请探测接地”后，即可开始查找接地。

（4）查找接地。在信号源处探测总的绝缘，按下探测按钮，显示结果可以与ZJX6型微机直流系统接地巡检装置进行比较，手持器显示的电阻与信号源相近。根据已记录的信息，逐个对接地支路进行探测，注意在探测支路时，钳子尽量同时夹在正负极上或电缆上，以抵消负荷变化干扰，钳子方向指向负荷侧，夹好支路后，按下“探测”按钮。如有接地将显示接地信息及接地方向，如果方向向下，表示接地点在测点下方，如果方向向上，表示接地点在测点上方，直至将接地点缩小到最小范围。

（5）接地电流突然消失或者对地电阻突然增大的测点即为接地点。

该方法可方便快捷查找故障点，及时消除接地故障。

3.3 充电监控模块故障分析

充电监控模块的作用是负责监控整流模块的工作状态。

充电监控模块可实现以下功能：

（1）充电监控模块通过RS485接口与电源系统集中监控模块连接，一方面接受上位监控下发的控制命令，通过调节程控输出电压实现对整流模块的输出控制，或通过继电器输出触点实现对整流模块的开关机控制；另一方面采集上传整流模块的异常告警信号，由电源系统集中监控模块做出相应的告警处理。

（2）充电监控模块通过采集蓄电池回路的充放电电流信号，与上位机监控下发的充电限流给定信号进行比较，当蓄电池的充电电流小于给定的充电限流值时，误差放大信号不起作用；当蓄电池的充电电流大于给定的充电限流值时，误差放大信号通过调节程控输出电压，改变整流模块的均/浮充电压值，实现对蓄电池的自动稳流充电。

（3）软件看门狗时刻监视与上位机监控模块的通信是否正常，当充电监控模块与上位机通信中断时，软件看门狗能自动使充电监控模块按预先设定的安全运行值控制整流模块的输出，实现对蓄电池自动限流充电和正常浮充电的控制。

实例分析：监控报警蓄电池容量低，现地检查发现整流模块输出电压为50.3V，正常输出应为54.3V，进一步检查发现限流模块通信指示灯不亮，初步判断因充电监控模块故障，无法收到上位监控下发的控制命令，无法通过调节程控输出电压控制整流模块，整流模块输出电压低，蓄电池组对外放电，造成蓄电池容量低报警。

处理方法：更换充电监控模块。若无备件，可采取临时措施，将充电监控模块程控输出端子拆除，手动将整流模块输出电压调高，调整时应注意观察并列运行的整流模块输出电压、电流的大小关系，确保每个整流模块均衡供电，人为将整流模块输出电压提高后，可对蓄电池充电，确保蓄电池组容量满足事故备用要求。

3.4 蓄电池组充放电试验分析

宝泉抽水蓄能电站使用的蓄电池均为阀控式电池，阀控蓄电池是一种新的铅酸蓄电池，俗称“免维护蓄电池”被广泛应用于备用电源系统中，这是由于阀控蓄电池内部实现了氧再复合循环，电解液中的水分不会损失，“免维护”仅指无需加水、加酸、换液，而日常的检测和维护工作仍是不可缺少的。因蓄电池在运行中欠充、过充、过放、环境温度过高等都会使蓄电池的性能劣化，所以只有对其进行核对性放电才能客观、准确地测出蓄电池的真实容量，才能保证直流电源系统运行的可靠性。

表1 48V蓄电池组放电数据

图5 1、2号蓄电池放电曲线

以48V蓄电池组放电试验为例，该蓄电池组由4节单节电压12V的蓄电池组成，对其进行10h恒流放电试验，放电量应为额定容量的80%以上。

放电过程中对蓄电池组的现场记录值进行分析，放电过程中随时注意观察蓄电池单体电池电压不得低于10.8V。

试验数据见表1。

由表1可知，2号蓄电池不满足要求，绘制1、2号蓄电池放电曲线如图5所示。

由图5可知，1、2号蓄电池放电初始电压相同，但2号蓄电池电压降低较快，容量未达到额定容量的80%以上，须对整组蓄电池进行更换。

阀控式蓄电池放电时注意事项：

（1）不要对电池强制放电，电池若是在放电过程中，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，电池容量明显下降。

（2）蓄电池因单只容量不够需要更换时，只能一次性全部更换，不能把性能指标不够的蓄电池单独更换，否则会因为蓄电池内阻不平衡而影响整组电池的发挥，缩短整组电池的使用寿命。

（3）蓄电池室通风设备应齐全，并能可靠投入运行。

（4）切勿短路电池，当电池的正负极通过外部物质实现电接触，电池就发生短路，例如放在口袋中的无外包装电池就会因与钥匙或硬币等金属材料接触而产生短路。

4 结束语

直流系统是电厂重要组成部分，对电站正常运行起着重要作用，它的设计方案是否合理、验收是否严格把关、日常维护是否到位直接影响电站运行可靠性。

为防止和杜绝直流系统事故，在日常运维中对直流系统的不足应进一步完善，消除安全隐患，进一步减小发生直流系统事故的可能性，在保证直流系统安全稳定运行的同时也保证了机组及继电保护的可靠运行，确保电网安全。

方书博（1989—），男，本科，主要研究方向：直流系统、监控系统、保护系统的维护、检修。657264546@qq.com

娄彦芳（1986—），女，本科，主要研究方向：直流系统、监控系统的维护、检修。

Analysis of DC System Configuration and Operation Mode at Baoquan Pumped Storage Power Station

FANG Shubo， LOU Yanfang
(State Grid Henan Baoquan Pumped Storage Co. Ltd.，Xinxiang 453636，China）

The DC system of Baoquan Pumped Storage Power Station includes 220V DC system and 48V DC system. This article analyses the DC system configuration and operation mode at Baoquan Pumped Storage Power Station and provides analysis and treatment for the problems found during operation.

DC;Operation;Tie switch;grounding;discharging