李传阔

【摘 要】直流系统是火力发电厂的重要组成部分，它具有持续、可靠供电的特性，可以在火电厂失去厂用交流电源时，为电厂提供持续不断的直流电源，保证火电厂控制系统、保护系统、事故油泵等重要负荷的继续运转，以确保机组安全停机。直流系统主要由直流配电屏、充电装置、蓄电池组、绝缘监察装置等组成，蓄电池在直流系统中占据举足轻重的角色，它是直流系统持续电源的源泉，它的型式和容量都深刻的影响着火电厂的直流系统。

【关键词】火力发电厂 直流系统 蓄电池 型式 容量

火力发电厂的直流负荷可分为控制负荷和动力负荷，控制负荷即为保护、控制、自动装置等，控制负荷多为低功率、小容量的电子元件和继电器等，所以可以考虑采用110V专用蓄电池组。但当供电距离较长或负荷电流过大时，其电缆截面也相应增大，经济性会降低。火电厂的动力负荷主要指事故油泵、事故照明等，这些负荷额定功率较大、供电距离长，采用220V的蓄电池组较为合理。因此660MW的火力发电厂可装设3组蓄电池，2 组110V蓄电池给控制负荷供电，另1组220V蓄电池给动力负荷供电；但从经济性上考虑，也可装设2组220V蓄电池合并供电，减少投资。

1 直流系统的配置

火力发电厂的直流电源系统主要由交流输入、充电装置、馈电屏、蓄电池组、监控单元、绝缘监察、蓄电池管理单元等组成。现在直流系统的充电装置采用高频开关电源模块，可以将交流电源变换成高品质的直流电源，一方面供给直流负荷使用，另一方面满足蓄电池浮充电运行。监控单元能根据直流系统运行状态，监控高频开关电源，综合分析各种数据和信息，对整个系统实施终直流电源通过直流馈电屏输送到火力发电厂的各个直流负荷。控制和管理。直流系统绝缘监察装置主要在线检测直流系统的对地绝缘状况，并自动检出故障回路。当直流系统发生接地故障（正接地、负接地或正负同时接地），绝缘监察装置应能显示和发出报警信号，并且能够判断接地极性。蓄电池管理单元的主要检测蓄电池组运行工况、测量各节蓄电池的电压。

2 蓄电池的选型

火力发电厂直流系统常用的蓄电池型式为防酸式铅酸蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池和镉镍蓄电。防酸式铅酸蓄电池和阀控式密封铅酸蓄电池均属于铅酸蓄电池，它们具有可靠性高、容量大和承受一定的冲击负荷等优点，故被发电厂广泛采用。镉镍蓄电具有放电倍率高、安装方便和使用寿命长等优点，但它的单体电池电压低，使电池数量增加，需要设调压装置以及有爬碱等缺点，所以在小型发电厂和小型直流电源系统中使用。

防酸式铅酸蓄电池的电极（主要由铅制成）浸在硫酸溶液中，蓄电池槽与蓄电池盖之间密封，使蓄电池内产生的气体只能从防酸栓排出。防酸式铅酸蓄电池的使用历史悠长，技术比较成熟，运行中可以加液且便于监视，寿命较长，价格较低，故常在大型发电厂采用。阀控式密封铅酸蓄电池在正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，释放气体，当内部气压降低后安全阀自动闭合，同时防止外部空气进入蓄电池内部，使其密封。蓄电池在使用寿命期限内，正常使用情况下无需补加电解液，减少了维护工作，且放电性能好、技术指标先进，所以阀控式密封铅酸蓄电池正逐步取代防酸式铅酸蓄电池，成为火力发电厂直流系统的主选。镉镍蓄电池是正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由镉制成的一种碱性蓄电池。由于其单体电池电压低，所以比较适用小型直流系统。

通过上述各种蓄电池优缺点的对比，且660MW火力发电厂的直流负荷较大，直流电机启动运行会对直流系统产生一定的冲击，所以火力电厂机组直流系统的蓄电池选用阀控式密封铅酸蓄电池。不仅满足容量大、耐冲击、可靠性高的要求，同时还减少了蓄电池日常的维护工作。

3 蓄电池容量的选择

660MW火力发电厂的机组直流负荷中动力负荷占比较大，所以选用2组220V蓄电池合并供电较为经济。220V直流电源长距离输送压降小，可以满足大功率直流负荷启动、运行的需要。现在的保护、控制和自动装置的绝缘性能和耐压性能普通提高，完全适应220V直流电源。2组蓄电池可以合理的分配大功率直流负荷，并可以互为备用，保证直流供电的可靠性。660MW火力发电厂典型机组直流负荷如表1。

表1 660MW火力发电厂典型机组直流负荷清单

根据上面火力发电厂直流负荷统计情况，计算机组直流系统的蓄电池容量如下：

（1）蓄电池的个数：蓄电池选用阀控式密封铅酸蓄电池，按照浮充电运行时保证直流母线电压为额定电压的105%选择蓄电池个数。每只蓄电池浮充电压为2.23V，则蓄电池个数n=1.05Un/Uf=103.6只，故蓄电池个数选择104只。式中的Un为直流系统额定电压220V，Uf为蓄电池浮充电压2.23V。（2）蓄电池容量的选择：蓄电池组电压为220V，采用阶梯负荷法计算蓄电池组的容量，蓄电池的终止电压Ufm=1.87，可靠系数Kk=1.80。

220V #1蓄电池组（不设端电池）阶梯负荷计算如下：

第一阶段计算容量 Cc1=Kk×I1/Kc1， Kc1为容量换算系数，取1.18

I1=844.5A，M1=1，t=1min，Kc1=1.18 1/h。由此得出Cc1=1288.24 AH

第二阶段计算容量Cc2=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2]

I1=844.51A，M1=1，t1=30min，Kc1=0.755 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=29min，Kc2=0.764 1/h。由此得出Cc2=884.93 AH

第三阶段计算容量Cc3=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3]

I1=844.51A，M1=1，t1=60min，Kc1=0.52 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=59 min，Kc2=0.55 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=30min，Kc3=0.755 1/h。由此得出Cc3=1350.04 AH

第四阶段计算容量Cc4=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3+（I4-I3）/Kc4]

I1=844.51A，M1=1，t1=90min，Kc1=0.408 1/h；I2=365.54 A，M2=29，t2=89 min，Kc2=0.413 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=60min，Kc3=0.520 1/h；I4=224.60A，M3=30，t3=30min，Kc3=0.779 1/h。由此得出Cc4=1312.59 AH

第五阶段计算容量Cc5=Kk×[I1/Kc1+（ I2-I1）/ Kc2+（I3-I2）/ Kc3+（I4-I3）/Kc4+（I5-I4）/Kc5]

I1=844.51A，M1=1，t1=180min，Kc1=0.258 1/h；I2=365.54A，M2=29，t2=179 min，Kc2=0.258 1/h；I3=365.54A，M3=30，t3=150min，Kc3=0.296 1/h；I4=224.60A，M3=30，t3=120min，Kc3=0.334 1/h；I5=32.09A，M3=30，t3=90min，Kc3=0.408 1/h。由此得出Cc5=941.39AH

随机负荷时计算容量Cr= Ir/ Kcr， IR——随机负荷电流， KCR——随机（5s）负荷的容量换算系数。Ir=6A，Kcr=1.27，由此得出Cr=4.72 AH将Cr叠加在Cc2、Cc3、Cc4、Cc5上，与Cc2进行比较，取最大值，故蓄电池容量为：C10=1354.77 AH。

根据以上计算，1#蓄电池组容量选择为1800 AH。同理可计算得出2#蓄电池组的容量1557.56 AH，故2#蓄电池组容量选为1800 AH。最终确定两组蓄电池容量同为1800 AH。

4 结语

直流系统是火力发电厂重要的保障电源，它能持续不断的供给直流电源。而蓄电池又是直流电源的源泉，蓄电池型式的选择、容量大小的选择、数量的选择都直接影响着直流系统的可靠性。因此对于660MW的大型火力发电厂，蓄电池的选择应采用严密的计算，选择合理的容量和数量；在考虑技术可靠性的前提下还应考虑经济性，阀控式密封铅酸蓄电池就是大型火力发电厂直流系统不错的选择，它可靠性高、容量大，能承受一定的负荷冲击，可以为大型火力发电厂提供源源不断的直流电源。

参考文献：

[1] DL/T 5044-2004，电力工程直流系统设计技术规程.

[2] DL/T 724—2000，电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程.