浅谈柴河水电站直流系统的改造

2019-03-06

中国水能及电气化 2019年2期

(辽宁省柴河水库管理局有限责任公司，辽宁铁岭 112000)

柴河水库电站为坝后式电站，坐落于铁岭市城东12km，地理位置为东经124°12′、北纬42°16′，是柴河水库主体工程的重要组成部分。该电站于1976年正式建成发电，总装机容量为7030kW。该电站原配直流系统额定电压为110V。采用58个300Ah的固定式铅酸蓄电池，以浮充电方式运行，充电与浮充电是合用一台GCA-30/0-160型硅整流器。另外，为维持蓄电池充放电时直流母线电压恒定，在蓄电池回路中装有端电池调整器(KYZ0-600型蓄电池控制器)。蓄电池供给该电站的继电保护、自动装置、操作信号回路，断路器合闸以及事故照明电源，对于发电机组的少油断路器和66kV少油断路器合闸还可以由GKA型硅整流器供电。

1 改造的必要性

由于设备老化、年久失修，再加上受早期技术水平的限制，原直流系统已不能满足在紧急事故状况下对电站供电安全可靠的需求，主要存在以下问题：电站原有直流系统为固定式铅酸蓄电池，该电池维护工作繁琐；需专门的蓄电池室，严重浪费厂房资源；目前电站多数设备要求的电压等级都是220V，而原直流系统仍为110V；原蓄电池组运行年限将至，再加上一些自动化元件布置在常年阴暗潮湿的水轮机层，整个直流系统的绝缘水平很低，且存在漏酸甚至爆炸等安全隐患。

鉴于以上诸多安全隐患，柴河水电站直流系统改造任务迫在眉急。

2 新直流系统的描述及特点

柴河水电站改造后的直流系统由交流配电、充电模块、直流馈电、监控模块、绝缘监测、蓄电池组、电池监测、机柜等部分组成(见图1)。

图1 接线原理图

新的智能型高频开关直流电源系统是针对电力系统高可靠性以及高性能的要求，以及供电智能程度不断加大而设计出的新一代电源产品，它拥有现在最先进的智能化高频开关电源技术、模块化的设计，且具有很高的稳压精度、稳流精度，很小的纹波系数等优点。

2.1 蓄电池

改造后的直流系统，以阀控式铅蓄电池作为后备电源。其额定电压由原先的110V更变为220V，采用18节SP12-200型阀控式铅蓄电池。其额定电压为12V/节，额定容量为200Ah(见图2)。

图2 电池连接示意图

该蓄电池比之前的固定铅酸蓄电池有以下几个优点：阀控式铅蓄电池是全密封的，因此不会漏酸，而且在充放电时不会像老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备、污染环境；密封程度高，电解液像凝胶一样被吸收在高孔率的隔离板内，不会轻易流动，因此电池可以横放；阀控式密封铅酸蓄电池的极板栅采用无锑铅合金，电池的自放电系数很小；电池的正负极板完全被隔离板包围，有效物质不易脱落，使用寿命长；阀控式密封铅酸蓄电池的体积比老式电池小，而容量却比老式电池高；电池在长期运行中无需补充任何液体，同时在使用过程中不会产生酸雾、气体，维护工作量极小；电池的内阻较小，大电流放电的特性好。

2.2 充电模块

改造后的直流系统充电模块系采用N+1的设计，这种模式下系统的充电可靠性强且充电模块可以带电热插拔，平均维护时间大幅度减少。它的主要工作流程是：输入的三相交流电首先经过防雷和滤波处理，经整流转换成高压直流电，经高频移相全桥PWM电路软开关逆变转换为高频交流电，再经高频变压器隔离降压全桥整流LC滤波后整流输出。该模块有很好的防雷效果，采用无源PFC技术，可使功率因数达到0.9以上，采用的高频软开关技术，可以使模块的转换效率提高到94%。

2.3 逆变电源

改造后的智能型专用逆变电源，采用智能化微机CPU控制技术，当设备正常运转时，市电经滤波整流成直流电，再经逆变器转换为交流电，经变压器、隔离静态开关、滤波器送至用户；当市电中断时，则由直流输入迅速给逆变器供电，再经变压器、隔离静态开关、滤波器送至用户。即无论外界环境发生怎样的变化，它都能快速响应并实时提供不间断的高品质的交流输出。它具有先进的控制理论和成熟稳定的高频逆变模式，该逆变电源还具备开机自检功能，带载能力强、负载兼容性好。内置旁路开关，提高了逆变电源供电的可靠性、连续性。通过外接SNMP适配器，实现逆变电源的上网功能，达到网络监控和管理的目的。

3 改造后的运行状况

柴河水电站增效扩容改造后的直流系统自2015年投入使用后，运行一直都可靠安全，保证了电站的平稳运行。当然期间也出现过一些小问题，如当厂内机组停电倒闸时，主站监控电脑也随之断电，经与设计沟通将主站电源接线重新接至UPS电源装置中，此现象消除。运行期间充电模块通信中断，经检查是由于充电模块地线连接不良导致的，重新紧固连接线，此故障消除。总体来说，改造后的直流系统运行稳定、智能、高效；从资源利用角度来说，改造后的直流系统还为该电站节约出了一个职工休息室，使职工能够在更加舒适的环境中为电站的生产运行发光发热。