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如何提高直流系统运行的可靠性

日期: 2021-03-23
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       直流系统是电力系统的重要组成部分,应用于水力、火力发电厂、各类变电站和其他使用直流设备的用户,为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源。直流系统是一个独立的电源,它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响,并在外部交流电中断的情况下,保护有后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。直接关系到电网的稳定运行和设备安全,对供电的可靠性要求很高,直流系统的可靠性是保护变电所安全运行的决定条件之一。

 

一、电力直流系统的维护现状

 

       目前电力直流系统特点是高频开关模块型充电装置已基本取代相控型硅整流充电装置,阀控密封免维护铅酸蓄电池已逐步取代固定型铅酸蓄电池。

       二次技术人员一般对变电站的保护回路及控制回路等比较重视,而对为继电保护回路提供能量的直流系统的重要性往往就忽视了。平时维护一般只是进行一些简单的蓄电池电压测试和绝缘监视等。

 

       发电厂直流系统一般有运行人员进行日常巡检工作,检修维护人员定期对直流设备进行一般性的日常定检检查和简单的电池电压测量等工作。发电厂一般随机组大小对直流系统进行核对性放电测试。对充电设备只进行巡检,对蓄电池组进行日常维护和年度放电核对容量。

目前电力系统中运行的直流电源设备达到的技术指标,都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段,难以确认设备的技术指标是否满足要求。

 

       直流系统在选型采购、设计安装后,由于长期以来不受重视,在运行维护方面的问题比较突出。先是缺乏管理;其次就是运行维护人员能力不足,对像阀控式铅酸蓄电池这样的设备认为质量可靠,就可以免维护,而忽视了定期核容试验,导致关键时刻蓄电池组事故放电时间过短造成事故扩大,等等。

 

       完整的直流系统维护应该建立明确的直流系统维护制度,不但包括蓄电池日常定检,定期对蓄电池组做放电实验,还要定期测试充电设备的稳压精度、稳流精度及纹波系数、充电机效率等性能参数,还包括上下级直流断路器匹配特性检查。

二、提高直流系统可靠性的方式与指标

       1、蓄电池的测试维护

       目前广泛应用的阀控式铅酸蓄电池是由负极板铅(Pb)与正极板二氧化铅(Pb02)浸入一定浓度的硫酸(H2S04)溶液(电解液)构成。其使用寿命一般为8~10年左右,从国产电池实际使用情况看,一般只有5~8年左右。

       在使用过程中蓄电池常见问题有漏液、蓄电池鼓涨、蓄电池过放电、电池组个别电池电压异常等。在维护工作中要做好日常监测工作,***蓄电池组处于正常工作环境(电压、电流、温度),每年作一次容量核对性放电,发现异常电池及时处理(宜采用对单体电池进行处理,可采用活化仪活化,如不行再进行更换),充电装置要采用纹波系数小的充电机。

2、充电模块的测试维护探讨

       技术规程方面的要求

       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》第5.3条中,GB/T19826-2005《电力工程直流电源设备通用技术条件和安全要求》第5.2条和6.3条中,《国家电网十八项重大反事故措施》第13.2.1.1中,对充电装置的稳压精度、稳流精度、纹波系数、充电机效率、蓄电池容量等技术指标及试验方法都有明确的规定及技术要求。所以,《国家电网十八项重大反事故措施》第13.2.1.2中明确要求:应定期对充电、浮充电装置进行检查,校验其稳压、稳流精度和纹波系数,不符合要求的,应及时对其进行调整,以满足要求。

 

 

 

充电模块技术参数对设备影响

 

       1、充电模块纹波系数过高危害:变电站的直流系统正常供电时大都运行于“浮充”方式下。纹波系数是指输出中的交流电压与直流电压的比值,交流成分属于高频范畴,高频幅值过高会影响设备的寿命,甚至造成逻辑错误或导致保护拒动。因此,要求直流装置输出电压纹波系数不大于1%的技术要求。

 

       2、充电模块稳压精度、稳流精度过高危害:会造成直流输出稳定性差和功率不足,影响微机保护装置的正常工作,造成蓄电池组的欠充电或过充电,降低蓄电池组的使用寿命。

 

       3、充电模块输出功率的不足会造成输出电压下降,若电压下降过大会导致比较电路基准值的变化、充电电路时间变短等一系列问题,从而影响到微机保护的逻辑配合,甚至逻辑功能判断失误。尤其是在事故发生时,有出口继电器、信号继电器、重动继电器等相继动作。所以,要求直流电源输出有足够的容量和稳定性。

 

       4、充电模块指标下降,充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数超标,所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏,直接威胁电网的安全运行。另外,目前变电站多采用综合自动化技术,蓄电池采用柜式安装,与自动化设备同装一室,充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题,严重者甚至发生爆炸。

 

       5、充电模块稳压精度、稳流精度、纹波系数等技术指标会随运行时间的增长而超标。目前电力系统中运行的直流电源设备达到的技术指标,都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段,难以确认设备的技术指标是否满足要求。

 

充电模块稳压精度、稳流精度、纹波系数等技术指标测试方法

 

       1、充电装置,应满足稳压精度优于0.5%、稳流精度优于1%、输出电压纹波系数不大于1%的技术要求。

 

       2、试验内容主要是通过调压装置将充电机交流输入电压在额定电压±10%内变化,通过负载调整装置,使充电机的直流输出电压及输出电流在规定范围内变化,在调整范围内测量电压、电流及纹波值,通过计算,得到充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数、充电机效率等。还可借助充电机特性及蓄电池组测试仪进行测试。

 

现代化直流系统综合检测设备介绍

 

       HDGC3960直流电源综合测试仪,是根据国家关于《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》的相关要求而设计出,可实现对不同容量充电机及蓄电池组容量的检测和试验,并能准确可靠测试出变电站直流电源系统的直流电流、测量直流电压、测量交流电压和测量纹波电压,并计算出稳压精度、稳流精度、稳压纹波系数和稳流纹波系数。

工作原理:

 

       稳流测试:在蓄电池进行核容试验,放完电恢复充电过程中,充电装置工作在均充/恒流状态(充电电流为0.1C时),在1个小时内间隔20分钟,分别用直流钳表测量充电电流值并记录。当屏柜上蓄电池电流表为0.5级四位半数字表时,可直接读取其显示值,并计算稳流精度δI.

式中:δI:稳流精度;IM:输出电流波动极限值;Iz:输出电流整定值。

稳压测试:在蓄电池核容放电工作开始前进行稳压功能检查。将充电机和蓄电池退出运行,在放电开关处接入阻性负载仪;在浮充状态下,分别断开和投入放电开关的负载If(If=50%IE,IE为整组充电机额定电流值)。记录充电机输出在空载、半载下的充电机输出电压值,计算稳压精度δu的公式: 

式中:δu:稳压精度;UM:输出电压波动极限值;

Uz:输出电压整定值。

纹波测试:按照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》规定,充电装置输出的直流电压中,脉动量峰值与谷值之差的一半,与直流输出电压平均值之比。按以下公式计算:


 

        式中:δ——纹波系数;Uf——直流电压中的脉动峰;Ug——直流电压中的脉动谷值;Up——直流电压平均值。

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