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茂名熱電廠直流系統(tǒng)屏更新改造設(shè)計方案淺析
1、老式直流系統(tǒng)屏存在的缺點
茂名熱電廠原用的直流系統(tǒng)屏為老式直流系統(tǒng)屏(同一屏為雙母線結(jié)線,采用直流發(fā)電機及硅充電裝置)。從超過30 a的運行情況來看,主要存在的缺點或不足之處如下。
1.1雙工作母線結(jié)線布置復(fù)雜
因直流屏采用雙工作母線結(jié)線,6根直流母線水平布置于屏頂上(根據(jù)控制、信號音響的需要,直流母線上還設(shè)有8根小母線)。在同一塊屏上,有兩組母線的饋線回路或電源與饋線回路相混合布置。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)接觸不良等缺陷時,往往因結(jié)線復(fù)雜和設(shè)備間距小,而使缺陷難以處理。
1.2儀表和燈光信號難以維護(hù)
老式的直流屏,其屏的正面都不采用活動門的型式。這樣,裝于屏面上的儀表、信號燈等設(shè)備,往往損壞后不能更換。
1.3直流發(fā)電機維護(hù)工作量和耗能大
茂名熱電廠原使用同軸電動直流發(fā)電機組及GVA型硅整流裝置擔(dān)負(fù)直流系統(tǒng)經(jīng)常負(fù)荷及作為蓄電池的核對性充電設(shè)備。配有1臺Z2-17,15kW的直流發(fā)電機,由J2-62-4,17kW的電動機帶動,當(dāng)直流電機持續(xù)運行時,電動機月耗電量約12MWh,影響節(jié)能降耗,且整流子碳刷易冒火花,需經(jīng)常維護(hù)。當(dāng)使用GVA型硅充電裝置擔(dān)負(fù)直流系統(tǒng)的經(jīng)常負(fù)荷時,由于硅整流裝置不能自動調(diào)節(jié)輸出,直流系統(tǒng)負(fù)荷突變時(如汽機啟動直流油泵),若不及時調(diào)整硅裝置的輸出,將會導(dǎo)致母線電壓偏低,致使蓄電池過放電,嚴(yán)重時影響繼電保護(hù)裝置的正常工作。當(dāng)蓄電池進(jìn)行核對性放電時,因硅裝置為不可逆式,無法作為蓄電池的放電負(fù)載,蓄電池須在空母線的前提下另接電阻作負(fù)載進(jìn)行放電,而母線的倒閘操作較復(fù)雜,容易出現(xiàn)錯漏。
1.4絕緣監(jiān)察裝置動作靈敏度低
老式直流系統(tǒng)屏采用電磁式絕緣監(jiān)察裝置反映直流系統(tǒng)的接地狀況。從茂名熱電廠多年的運行情況來看,該裝置能正確反映單極明顯的接地現(xiàn)象,但當(dāng)兩極的絕緣都下降時,卻不能準(zhǔn)確反映。
2、新直流屏的設(shè)計原則
茂名熱電廠為早期發(fā)電廠,機組控制模式采用原蘇聯(lián)早期形式,即電氣系統(tǒng)采用集中控制,60年代投運的1號、2號機組,機、爐采用分散控制,70年代的3號、4號機組,機、爐采用集中控制。因此,對于現(xiàn)代機組普通采用的單元機組獨立的直流系統(tǒng)方式將無法實現(xiàn),只能根據(jù)該廠的實際情況,采用全廠統(tǒng)一布置的直流系統(tǒng)方式。
2.1、接線方式
新的直流屏采用單母線分段的接線方式,兩組蓄電池經(jīng)聯(lián)絡(luò)刀開關(guān)進(jìn)行連接。為防止兩組蓄電池并列運行,聯(lián)絡(luò)刀開關(guān)與蓄電池電源刀開關(guān)之間應(yīng)設(shè)有閉鎖措施。
2.2、屏上設(shè)備布置
做到簡單清晰,電源(充電設(shè)備和蓄電池)、饋線、事故照明裝置布置于各自的屏上。帶有儀表及燈光信號的屏面,使用活動門的型式。
2.3、充電裝置
選用可控可逆式硅充裝置,實行負(fù)荷自動跟蹤,保證直流母線的電壓質(zhì)量。當(dāng)蓄電池進(jìn)行核對性放電時,硅裝置工作于整流的逆變狀態(tài),蓄電池不用另接電阻作為放電負(fù)載。
2.4、蓄電池組
原則上選用免維護(hù)密封式蓄電池,當(dāng)原GGM-800型蓄電池組經(jīng)校驗后,仍滿足直流系統(tǒng)的要求時,可暫不更換。
2.5、絕緣監(jiān)察裝置和饋線開關(guān)
原則上選用90年代技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠的設(shè)備。例如,選用由CMOS集成電路組成的ZJJ-1型絕緣監(jiān)察裝置,該裝置在直流兩極絕緣均等下降時都能正確動作發(fā)信。
3、新直流系統(tǒng)屏的設(shè)備選型
3.1直流系統(tǒng)負(fù)荷
經(jīng)統(tǒng)計,直流系統(tǒng)各類負(fù)荷如表1.
因茂名熱電廠為中型火力發(fā)電廠,且與系統(tǒng)相連,所以蓄電池事故放電時間考慮為1 h.對于汽輪機潤滑油泵,因為是高溫、高壓機組,故其事故計算時間為1.0h,直流潤滑油泵的K值取0.8,密封油泵的K值取0.7計算。沖擊負(fù)荷考慮為1臺最大合閘電流的斷路器合閘。
3.2蓄電池組的選擇
3.2.1按事故持續(xù)放電狀態(tài)選擇
tj=KkQsg/Isg=1.1×307 Ah/306 A=1.1 h
式中 tj——GGM型蓄電池假想時間,h;Kk——可靠因數(shù),取1.1;Qsg——事故負(fù)荷計算容量,Ah;Isg——事故放電電流,A.查《電力工程設(shè)計手冊》(西北電力設(shè)計院、東北電力設(shè)計院主編)中P769曲線表,得Idj=16.8 A,則
Qe≥36Isg/Idj=(36×306/16.8)Ah=658 Ah
式中Qe——蓄電池的10 h放電容量,Ah;Idj——單位容量蓄電池在放電假想時間內(nèi)所允許的放電電流,A.選用720 Ah的蓄電池即可。原選用的蓄電池為GGM-800型可滿足要求。
3.2.2按最大沖擊電流選擇
Qe≥0.78(Isg+Ich)=[0.78×(306+235)] Ah=422 Ah
根據(jù)計算結(jié)果,蓄電池的容量按事故持續(xù)放電狀態(tài)下計算選擇。原運行的GGM-800型蓄電池組仍滿足負(fù)荷的要求。
3.2.3直流電壓水平校驗(以GGM-800型為例)
a)按事故放電初期,蓄電池突然承受放電電流的電壓水平驗算:
Kcho=Iso/C10=609 A/800 Ah=0.76 h-1
式中 Kcho——單位容量蓄電池放電初期放電系數(shù),h-1.查GGM型蓄電池短時沖擊放電曲線表得:
Kcho=0.76 h-1 時,Ucho=1.86 V,則直流母線電壓為N.Ucho=106×1.86 V=197.16 V>0.85Ue
式中 Ucho——單位容量電池沖擊負(fù)荷初期端電壓,V;N ——浮充電池個數(shù);Ue ——直流母線額定電壓,V. b)按事故放電末期,蓄電池再承受沖擊負(fù)荷時的電壓驗算:
Km=Is/C10=306 A/800 Ah=0.38 h-1
Kchm=Ich/C10=235 A/800 Ah=0.29 h-1
式中Km ——單位容量蓄電池持續(xù)放電系數(shù),h-1;Kchm——單位容量蓄電池沖擊放電末期放電系數(shù),h-1.查有關(guān)曲線得Uchm=1.72 V,則直流母線電壓為
N.Uchm=106×1.72 V=182.32 V
0.80Ue<N.Uchm<0.85 Ue
式中 Uchm——單位容量蓄電池沖擊負(fù)荷末期端電壓,V.
從計算結(jié)果來看,選取蓄電池為800 Ah時,按事故放電的末期,蓄電池再承受沖擊負(fù)荷時,母線電壓為182.32 V,能滿足斷路器的合閘電壓要求,但難以滿足直流油泵的運行要求(直流油泵運行允許電壓范圍為(-10%~+10%)Ue間)。蓄電池的容量應(yīng)選大一級為宜,即C10=1 000 Ah.但上述校驗為運行中的極端情況,運行中出現(xiàn)的概率極少,當(dāng)出現(xiàn)時可通過調(diào)整蓄電池組的放電個數(shù)來滿足直流油泵的運行。故原選用的GGM-800 型蓄電池可滿足要求。但原用的GGM-800 型 Ⅰ、Ⅱ組蓄電池運行時間已達(dá)10 a以上,受蓄電池自放電、過放電及電極純化等影響,蓄電池陰、陽極板脫落滲液嚴(yán)重,電池難以滿足充電,可靠性大大降低。因此,利用改造機會將Ⅰ、Ⅱ組蓄電池更換為英國進(jìn)口的VH34-1000 型免維護(hù)蓄電池。
3.2.4蓄電池的個數(shù)
蓄電池個數(shù)為: N=230/1.85=124,其中基本電池數(shù)為88個,端電池數(shù)為36個。
3.3充電設(shè)備的選擇
3.3.1核對性充電設(shè)備
3.3.1.1充電設(shè)備的額定電流
a)按事故放電后進(jìn)行充電的要求選擇充電設(shè)備,計算公式為:
Ic=1.1Qsg/t+Ijc=1.1×307 Ah/12 h+33A=61 A
式中 Ijc——浮充電設(shè)備的工作電流,A;Ic——充電設(shè)備應(yīng)具備的輸出電流,A. b)考慮核對性充放電,按最大充電電流選擇,
Ic=0.1Qe+Ijc=(0.1×800+33)A=113 A
故充電設(shè)備的額定輸出電流應(yīng)大于113 A.
3.3.1.2充電設(shè)備的輸出電壓范圍
對有端電池的直流系統(tǒng),充電設(shè)備的電壓應(yīng)滿足蓄電池充電末期的電壓選擇。即:
Uc=N×Ucm=124×2.4 V=297.6 V
式中Uc ——充電設(shè)備輸出電壓,V;Ucm——蓄電池滿充電端電壓,V.取最大一級,即360 V.充電設(shè)備容量:Pc=IcUcm=113 A×360 V=41 kW.
不考慮選用直流發(fā)電機,應(yīng)選用的硅整流裝置為KGCfA-150/360,則額定輸出電流為150 A,最高輸出電壓為360 V.
3.3.2浮充電設(shè)備
浮充電設(shè)備持續(xù)負(fù)荷電流Ifc為Ifc=0.004 2Qe+Ijc=(0.004 2×1 000+33)A=37.2 A
浮充電設(shè)備正常工作容量Pfc為Pfc=IfcUcm=37.2 A×360 V=14 kW
按核對性充電設(shè)備選得的KGCfA-150/360可滿足蓄電池浮充電要求。
4、結(jié)束語
通過分析茂名熱電廠老式直流系統(tǒng)屏存在的缺點或不足之處,提出了其更新、改造的設(shè)計方案。新設(shè)計的直流系統(tǒng)屏既滿足經(jīng)濟(jì)性、可靠性、技術(shù)性的要求,又美觀大方,維護(hù)方便。該直流系統(tǒng)自1997年初全部改造(包括將原用的GGM-800型蓄電池更換為VH34-1000 型免維護(hù)電池)投運以來,運行情況良好,解決了過去可靠性低、維護(hù)困難、直流系統(tǒng)絕緣差、充電機因大電流開關(guān)合閘經(jīng)常跳閘等一系列問題,在該廠的安全發(fā)、供電方面發(fā)揮了重要的作用。
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