关于发电厂直流系统蓄电池充电模块烧坏的原因分析及改进措施
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
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广州市旺隆热电有限公司、广州永兴环保能源有限公司的研究人员周明、李志军，在2017年第7期《电气技术》杂志上撰文，本文对一起发电厂直流系统蓄电池充电模块烧坏的现象，分析查找故障原因，通过对充电模块增容改造和对电源开关加装失压脱扣保护功能，避免此类事故的再次发生，提高了设备运行的可靠性。同时也为行业内查找直流系统安全隐患提供了参考。
在发电厂，直流系统为发电机组继电保护、自动装置、断路器分合闸等提供可靠的直流电源。当发生全厂厂用电中断事故时，它为事故照明、UPS和汽轮机润滑油泵等提供直流电源，以保障汽轮机安全停定。直流系统可靠运行，有着举足轻重的作用，是整个发电厂安全运行的保证。
发电厂直流系统一般由蓄电池、充电装置、直流母线、开关和刀闸等主要部分组成，本文介绍了旺隆电厂直流系统的构成，并对发生了的一起蓄电池充电模块烧坏的现象进行研究分析。
1集控直流系统构成
旺隆电厂2*100 MW机组单元机组接线方式，全厂共配置3套直流系统。其中，机组集控配置两套直流系统，集控#1、#2组直流系统分别对#1、2机组供电。机组集控直流系统蓄电池采用浮充电运行方式，由一组高频开关整流装置与一组蓄电池并列运行，为保障直流系统的稳定，机组集控直流系统配置了三组高频开关整流装置。
机组集控直流母线正常工作电压220V，单组蓄电池由104个电池组成，容量为1500Ah，配置的高频开关充电装置额定容量200A，配有10个充电模块，每个模块额定输出电流20A，采用三相380V交流输入，直流输出220V。
机组集控直流系统正常运行方式：#1高频开关对#1蓄电池充电，#2高频开关对#2蓄电池充电，#3高频开关备用。
机组集控直流系统接线方式如图1所示：
图1 直流系统接线方式图
2 故障现象
某日13时25分，旺隆电厂旺洲甲、乙线跳闸导致旺隆#2机组跳闸，#1机组带厂用电运行， 13时56分#1机组跳闸，全厂厂用电中断。14时07分恢复全厂厂用电供电， #2高频开关4个充电模块有烧坏的痕迹，详见图2
图2 充电模块烧坏现场图
从图2中可以看出，第3排第4个模块插座直流出线熔断，模块插箱汇流母线引出线部分熔断；对4个模块进行拆解，3个模块基本完好，1个模块直流输出部分印制板铜皮熔化，但主电路完好，由此可以认为故障是由外部电路引起的。
3 原因分析
旺隆电厂自2004年投产以来，直流系统运行一直比较稳定，经过近年来年设备更新和环境的改善，充电装置运行应该更加可靠。作为应急电源，在全厂厂用电中断的事故情况下，却发生了集控#2充电装置因模块烧坏导致退出运行，严重威胁着主机组设备安全。通过对现场勘测和分析，引起充电模块烧坏的原因如下：
⑴当全厂厂用电中断时，由于高频开关整流装置交流电源失压，直流油泵启动运行，运行电流150A，由#2蓄电池组供电。当380V#2厂用母线恢复对集控#2高频开关380V电源时，此时#2高频开关同时对#2蓄电池充电，又对直流油泵等直流负荷供电，输出电流接近300A左右，超出#2高频开关额定容量的50%。由于各模块限流功能固有的差异，导致部分模块过负荷严重，造成烧坏。
⑵由于导线接头或连接件有氧化现象，导致设备存在接触不良、接触电阻变大的现象，在大电流运行时容易局部发热。本次事故发生时，全厂交流失电，模块处于超负荷运行状态，出现严重局部过热现象，引起导线绝缘破坏，从而引发非接触性短路。短路发生后，蓄电池通过汇流母线放电，电流急剧增大，发热量也急剧上升，从而导致模块输出端子直流部分及汇流母线熔断。
4 改进措施
直流电源作为发电厂重要的应急电源，必须保障其可靠性。经过深入的原因分析后，主要从设备容量、维护和交流输入电源回路进行改进，具体措施如下：
⑴增加高频开关额定容量至300A，配置15台充电模块。按照1500Ah蓄电池0.1C10充电，充电电流至少需150A，直流油泵工作电流约150A。目前高频开关额定容量200A，在这种事故情况下，满足不了现场负荷需要，易造成高频开关过载发热。
⑵做好设备维护，定期检查所有输入输出端子接触情况，发现严重氧化及接触不良等现象时及时处理，避免因接触不了导致设备过热。
⑶增加高频开关交流输入开关失压脱扣保护，当母线电压低于70%额定工作电压时，交流输入开关自动跳闸，详见图3。
图3 带失压脱扣的电源开关示意图
当直流油泵停下后再投入高频开关对蓄电池进行充电，减轻高频开关负荷。
5 结语
发电厂直流系统的可靠与否对电厂安全运行起着至关重要的作用，特别在事故情况下，直流系统作为保证机组安全，避免设备损坏的重要电源，在任何时候保证正常。
本文描述的事故具有特殊性和典型性，在电厂日常生产中容易引起忽视，对其中的原因和采取的解决办法，值得借鉴。