660MW等级电厂直流系统供电方式研究

660MW等级电厂直流系统供电方式研究

周伟

华润电力（云浮）有限公司  广东省云浮市  527322

摘要：发电厂的直流系统，主要用于对开关设备的操作控制、保护装置、自动设备及事故油泵、事故照明等一些其他重要的负荷供电。电厂直流系统供电稳定，同时由于蓄电池的存在，使得直流系统在交流失电的情况下仍能可靠供电，成为电厂厂用电系统的最后一道安全屏障。直流系统的供电方式多种多样，本文通过对电厂直流系统供电方式进行研究，旨在寻求最优化的供电方式，保障电厂设备的安全稳定运行。

关键词：电厂直流系统；供电方式；优化研究

1. 电厂直流系统的概述

发电厂的直流系统，主要用于对开关设备的操作控制、保护装置、自动设备及事故油泵、事故照明等一些其他重要的负荷供电。在电厂直流系统中，均采用蓄电池组作为直流电源。蓄电池组是一种独立可靠的电源，它在发电厂内发生任何事故，甚至在全厂交流电源都停电的情况下，仍能保证直流系统中的用电设备可靠而连续的工作。大型发电厂中一般设有多个彼此独立的直流系统，例如单元机组直流系统、网络控制室直流系统（又称升压站直流系统）和输煤直流系统等。对660MW机组的大型电厂，单元机组和升压站直流系统的设置，应满足继电保护装置主保护和后备保护由两套独立直流系统供电的双重化配置原则。

随着电厂单元机组发电容量的逐步增大，目前电厂直流系统电源侧主要采用三台充电装置加两组蓄电池的方式供电，负荷侧主要采用辐射方式供电。

2. 直流系统电源侧供电方式

直流系统的主要工作单元为充电装置，在660MW等级电厂中充电装置一般均应接入两路交流电源，通过自动切换装置供高频充电模块进行整流。两路交流电源应取自不同的厂用母线段，通常由机组的两段保安段供电，也有的电厂第一路电源由保安段供电，第二路电源由汽机或锅炉段供电，但应注意两路电源需考虑交叉的供电方式，即应由高厂变的不同分支供电。交叉的供电方式，通过双切开关自动切换，在最大程度上保证了直流系统交流电源的供电可靠性。每台充电装置均配置有多个高频充电模块，采用n+1冗余配置的方式供电，部分高频充电模块故障时，仍能保证充电装置正常供电。

电厂直流系统中的蓄电池组一般采用阀控式免维护铅酸蓄电池，其容量大、寿命长，不需要经常性地均衡充电和维护。正常情况下，蓄电池组与充电装置并列运行，采用浮充方式，充电装置除供给正常连续直流负荷，还以小电流向蓄电池组进行浮充电，以补偿蓄电池组的自放电。蓄电池组作为冲击负荷和事故供电电源，一般情况下，直流母线不允许脱离蓄电池运行。

大容量发电机组直流系统的接线通常采用两电两充或者两电三充的方式，即每套独立的直流系统中设两段直流母线，两段直流母线之间设有联络开关，本文仅讨论两电三充接线方式下，直流系统正常的供电方式及不同故障下的特殊供电方式。

正常供电方式：联络开关断开，两段直流母线分别供电。充电装置1供I段母线，充电装置2供II段母线，公用充电装置备用。

特殊供电方式一：当运行的充电装置1或充电装置2故障需要退出检修时，可通过公用充电装置代替故障充电装置供电。

特殊供电方式二：当运行的蓄电池组故障需要退出检修或进行充放电试验时，可以通过合上联络开关，用其中一台充电装置给两段母线供电。

两种特殊供电方式的对比：当充电装置故障时，可以考虑通过公共充电装置供电，也可通过合联络开关供电，采用公用充电装置供电的优势在于不需要退出蓄电池组运行，如果通过联络开关接带两段直流母线时，必须退出其中一组蓄电池运行，这将导致整套直流系统的蓄电池容量变小。而当蓄电池需要退出运行时，必须通过联络开关接带负荷，因为如果采用公用充电机接带负荷时，会导致蓄电池退出的母线段无蓄电池，当有冲击负荷时，有可能导致直流母线电压突降，威胁直流系统的运行安全。

根据《DLT 5044电力工程直流电源系统设计技术规程》相关要求：“直流系统采用两组蓄电池，采用高频开关电源、模块型充电装置时，宜配置两套充电装置，也可配置3套充电装置。”根据规程要求，采用两套充电装置时，具有较高的供电可靠性，同时较三套充电装置可以节约一定的投资；采用三套充电装置时，供电可靠性更高，主要体现在其中一套运行充电装置的故障退出，仍能保持两组蓄电池运行，应对突发情况的能力加强，对比两套充电装置的缺点是增加了投资。

3. 直流系统负荷侧供电方式

直流系统负荷侧的供电方式可分为环形供电和辐射供电，由于环形供电方式各负荷之间相互影响，稳定性较差，查找直流接地困难，目前新建电厂直流系统负荷侧的供电方式均采用辐射供电，部分采用环形供电的已建电厂也进行了相应的供电方式改造。辐射供电又分为集中辐射供电和分层辐射供电，集中辐射供电由直流柜母线直接向负荷或设备终端供电，分层辐射供电由直流母线向直流分电柜供电，再由直流分电柜母线向设备终端供电。以下讨论几种直流负荷的供电方式：

开关设备的控制电源：开关设备在所有用电系统中均处于最重要的位置，起到设备开断以及故障情况下隔离故障点的作用，所有重要的大型开关设备均有两个跳闸线圈，因此需要两路控制电源，该两路控制电源应由不同的直流母线段供电。

区域集中负荷的供电方式：对于区域的集中负荷，可设置直流分电柜，再由直流分电柜向各负荷进行辐射供电。根据《DLT 5044电力工程直流电源系统设计技术规程》相关要求，单元机组的直流分电柜每段母线宜由来自同一蓄电池组的2回直流电源供电；公用系统直流分电柜每段母线应由不同蓄电池组的直流电源供电，宜采用手动断电切换方式。虽然技术规程中对单元机组的直流分电柜供电方式有明确要求，但不同的发电企业实际上对这种供电方式仍有一定的疑问，在笔者调研的10家电厂中，有4家电厂的分电柜2路电源分别来自不同蓄电池，有6家电厂的分电柜电源按照规范要求来自同一组蓄电池。

笔者认为技术规程DLT 5044中要求直流分电柜每段母线由同组蓄电池供电的目的主要是防止直流系统在负荷侧并列而产生环流，对比直流分电柜两种供电方式的优缺点：

同组蓄电池供电的优点：

（1）当出现直流系统在负荷侧并列时，由于两路电源来自同一组蓄电池的同一母线，没有电压差，不会产生环流损坏设备。

（2）分电柜处两路电源可设置自动双切开关，单电源故障时能快速切换备用电源。

同组蓄电池供电的缺点：直流母线故障时，分电柜将失电。

不同组蓄电池供电的优点：单段直流母线故障时，分电柜可以切换至另一段直流母线供电。

不同组蓄电池供电的缺点：

（1）直流系统在负荷侧严禁并列运行，否则可能出现较大的环流而损坏设备。

（2）分电柜处的电源切换必须手动断电切换，当运行电源失电时，运行人员如果不能及时发现，有可能导致分电柜长时间失电。

直流系统中的供电中断故障大多来自电缆问题或空气开关误跳等问题，且直流母线故障的几率远小于人员误将直流电源在负荷侧并列或不能及时发现运行电源失电的几率。当采用两组蓄电池供电方式时，需要完善失电报警功能、增强运行人员的责任心、加强运行人员技术培训，同时需要确保直流电源短时失电不会导致保护装置误动和开关脱扣等。

结语：

通过对电厂直流系统的供电方式进行分析，可以更好的了解规程规范中的相关要求，制定不同情况下的供电方式，显著提高电力供应的可靠性、稳定性和效率。在未来，随着电力系统的发展和技术的进步，我们还需要进一步探索和研究新的优化方案，以提高电厂直流系统的性能。总之，电厂直流系统供电方式的优化是一项系统性、综合性的工程，需要我们不断探索和研究。只有不断提高电厂直流系统的可靠性、稳定性和效率，才能确保电力供应的稳定，满足社会和经济发展的需求。

参考文献：

[1]李帅斌.火电厂DEH控制系统直流电源供电方式改造[J].商品与质量，2018年48期

[2]李建华.火电厂汽轮机DEH控制系统的直流电源供电方式改造[J].通信电源技术，2014年3期