龍 軍

(西南電力設計院，四川 成都 610021)

0 工程背景介紹

近年國內電力設計院在印度市場參與了較多發(fā)電工程項目的設計，大多數(shù)為BTG項目。BTG項目中一般不會涉及到直流系統(tǒng)設計，但在最近中方(指西南電力設計院，下同)參與設計的某印度3×660 MW燃煤機組工程中，其設計范圍要求與常規(guī)BTG項目有所不同，該項目要求在概念設計階段完成全廠除升壓站外的所有部分，設計施工圖階段時則只完成BTG部分的設計，因此在概念設計階段中，要求中方需提供單元機組蓄電池選擇計算書。

1 鎘鎳蓄電池選型計算與中方的差異

印方在招標文件中要求機組蓄電池采用220 V鎘鎳蓄電池，動控合用，冗余設置，即設置2×100%蓄電池組，2×100%充電裝置，直流母線采用單母線分段，每套蓄電池組和充電裝置接到不同的母線上，這種直流系統(tǒng)配置方式是印度發(fā)電工程中常用的配置。據(jù)了解印方在發(fā)電工程中習慣采用鎘鎳蓄電池而不同于國內采用鉛酸蓄電池主要是因為當?shù)丨h(huán)境溫度較高，采用鎘鎳蓄電池更可靠，壽命更長。

下面將通過印方對中方概念設計階段計算書的審查意見，以及印方咨詢設計單位Fichtner India公司提供的施工圖階段終版計算書，對本工程雙方在機組鎘鎳蓄電池及充電裝置選擇計算上的主要差異進行討論。

1.1 鎘鎳蓄電池選型計算依據(jù)的標準

印方在審查意見第一條就提出，鎘鎳蓄電池選擇計算應依據(jù)IEEE 1115(IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel－Cadmium Batteries for Stationary Applications)標準。中方依據(jù)的標準主要是“DL/T 5044－2004電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程(簡稱04版直規(guī))”，其規(guī)范性引用文件為現(xiàn)行國家和行業(yè)有關標準，沒有提到是否依據(jù)或等同于國際、國外標準。經(jīng)查閱IEEE 1115(2000版)標準，其采用的容量計算方法與04版直規(guī)中的階梯計算法總體相同，將此意見回復印方后，印方?jīng)]有再提出異議。

對比Fichtner India公司完成的計算書，其依據(jù)的標準除 IEEE 1115外，還采用了印度標準:IS10918－Vented－type Nickel－cadmium Batteries，以及印度HBL POWER SYSTEMS LIMITED公司提供的鎘鎳蓄電池選擇計算參數(shù)文件:Technical Data＆Capacity Calculation Curves for Ni－Cd Battery of‘HBL Nife’。

1.2 鎘鎳蓄電池的最大選擇容量

工程設計初始，中方對本工程機組220 V中倍率鎘鎳蓄電池組容量進行了初步計算，大致需要1200 Ah(注:UPS直流電源來自專用鎘鎳蓄電池組)，而國內鎘鎳蓄電池一直沒有大容量產品，根據(jù)相關資料及咨詢制造廠，中倍率鎘鎳蓄電池目前最大容量僅GNZ 800 Ah，國內產品無法選擇。

印方對此答復IEEE 1115標準里中倍率鎘鎳蓄電池最大容量為1390 Ah，且印度 HBL POWER SYSTEMS LIMITED公司能生產的中倍率鎘鎳蓄電池最大容量為1460 Ah，要求仍按鎘鎳蓄電池進行概念設計。

1.3 鎘鎳蓄電池組只數(shù)選擇上的差異

1.3.1 計算書中鎘鎳蓄電池組只數(shù)選擇

按照04版直規(guī)4.1.6條條文說明，“鎘鎳堿性蓄電池，由于單體電池電壓為1.20 V，正常浮充電電壓較高，而放電時電壓下降幅度較大，終止電壓又低，無降壓裝置不能保證直流母線電壓在允許范圍之內，所以，鎘鎳堿性蓄電池應保留端電池和降壓裝置”，按04版直規(guī)設計了端電池及硅降壓裝置，并將硅降壓裝置接入蓄電池組與直流母線之間。

基本電池個數(shù)由04版直規(guī)7.1.1條第2節(jié)確定，即“有端電池的鎘鎳蓄電池組，應根據(jù)單體電池正常浮充電電壓值和直流母線電壓為1.05倍直流系統(tǒng)標稱電壓值來確定基本電池個數(shù)”。

式中，Un為直流系統(tǒng)額定電壓;Uf單體鎘鎳蓄電池正常浮充電電壓值，宜取1.42～1.45 V。

整組電池個數(shù)按04版直規(guī)7.1.1條第2節(jié)描述，應根據(jù)該電池放電時允許的最低電壓值和直流母線電壓為1.05倍直流系統(tǒng)標稱電壓值確定。針對此條，95版直規(guī)3.4.2條對最整組蓄電池只數(shù)選擇描述更為清晰，即“鎘鎳蓄電池每組蓄電池個數(shù)，宜按直流母線電壓在事故放電末期為直流系統(tǒng)額定電壓的90%，每個蓄電池電壓按1.1 V(高倍率)或1.07 V(低倍率)計算”。

式中，Umin為放電末期直流系統(tǒng)允許的蓄電池組端電壓，按04版直規(guī)4.2.4條，動力控制合并供電時 Umin≥87.5%Un=0.875 × 220=192.5 V;Um為單體蓄電池放電末期終止電壓;此處按04版直規(guī)表 B.1.4，取1.07 V;端電池個數(shù) Nd=N － N0=180－163=17個。

該計算結果符合04版直規(guī)附表B.3推薦的中倍率鎘鎳蓄電池組只數(shù)選擇。

1.3.2 Fichtner India公司計算書中鎘鎳蓄電池只數(shù)選擇

Fichtner India公司的選擇計算依據(jù)IEEE 1115，IEEE 1115對鎘鎳蓄電池只數(shù)選擇公式如下。

即蓄電池只數(shù)由該直流系統(tǒng)允許的最高系統(tǒng)電壓與蓄電池浮充電壓決定，而單只蓄電池放電末期電壓由該直流系統(tǒng)允許的最小蓄電池組端電壓與蓄電池只數(shù)決定;同時指出“最小蓄電池組端電壓等于直流系統(tǒng)允許的最低電壓加上終端負荷到蓄電池出口的電壓降”。

Fichtner India公司計算如下。

確定直流系統(tǒng)電壓范圍為－15%Un～+10Un%，即187～242 V;

最小蓄電池組端電壓=187+蓄電池至終端負荷電壓降(按3%Un)=187+6.6=193.6 V;

單只蓄電池放電末期電壓確定為1.14 V;

蓄電池浮充電壓確定為1.4 V/只;

最大蓄電池組電壓=蓄電池只數(shù)×蓄電池浮充電壓 =170×1.4=238 V≤242 V。

其選擇出來的只數(shù)在均恒充電時蓄電池組電壓勢必會超過直流系統(tǒng)允許的最高電壓，因此均充時蓄電池組與直流母線應脫開進行。

1.3.3 兩種鎘鎳蓄電池組只數(shù)選擇的比較

IEEE 1115標準對鎘鎳蓄電池組只數(shù)選擇方法與04版直規(guī)總體是相同的，兩者的區(qū)別主要在于對浮充電時允許的蓄電池組最高電壓不同。2004版直流技規(guī)按105%Un考慮，更多的是出于滿足直流供電設備額定電壓的要求，IEEE 1115按直流系統(tǒng)允許的最大電壓考慮，這個最大電壓主要決定于直流供電設備允許的最大電壓。

放電末期蓄電池組出口端電壓Umin=N×Um=163 ×1.19=193.97≥87.5%Un。

上述結果滿足2004版直流技規(guī)要求，即正常浮充時母線電壓為直流系統(tǒng)標稱電壓的105%，同時在事故放電情況下，蓄電池組端電壓不低于直流系統(tǒng)標稱電壓的87.5%。

上述選擇，由于最大限度地提高了單體蓄電池預期放電末期終止電壓，會導致蓄電池組計算容量大幅度增加。如果蓄電池廠家能在將來進一步提高鎘鎳蓄電池性能，生產大容量產品，并降低浮充和均充電壓，探討取消端電池，會使中方的設計更能被印方認可。

1.4 充電裝置額定電流選擇計算差異

計算書中充電裝置額定電流按04版直規(guī)要求，按以下3個條件計算。

1)滿足浮充電要求:Ir=0.01I5+Ijc

2)滿足初充電要求:Ir=1.0I5～1.25I5

3)滿足均衡充電要求:Ir=(1.0I5～1.25I5)+只蓄電池放電末期電壓，這樣會直接導致最終計算容量提高，不太經(jīng)濟。如果不考慮經(jīng)濟因數(shù)，計算中也可以不采用技規(guī)中推薦的蓄電池放電末期終止電壓1.07 V，而將其提高為附表B.11中列舉的1.19 V，也能選擇出滿足工程要求，同時不設置端電池的鎘鎳蓄電池組，計算如下。

整組蓄電池只數(shù)為Ijc

式中，Ir為充電裝置額定電流;I5為鎘鎳堿性蓄電池5 h放電率電流，一般I5=0.2C5;Ijc為直流系統(tǒng)經(jīng)常負荷電流。

印方在審查意見中提出，充電裝置額定電流選擇應滿足在浮充電運行時，考慮一臺最大功率直流電動機試驗運行要求，即要求Ir應在條件1)中再加上一臺最大功率直流電動機的額定電流IM。

Fichtner India公司計算書其充電裝置額定電流按以下兩個條件計算。

1)滿足浮充電流:Ir=0.01I5+IM

2)滿足均衡充電要求:Ir=1.0I5

額定電流選擇上式最大值并考慮10%備用余量。

Fichtner India公司在計算均衡充電時沒有考慮經(jīng)常電流，從這里也可以看出均充時蓄電池組是與直流母線脫開進行的。

1.5 直流負荷統(tǒng)計差異

按04版直規(guī)5.2.4條要求，直流負荷統(tǒng)計時對不同直流負荷應乘以對應的負荷系數(shù)。印方在審查意見中對負荷系數(shù)提出疑問，并叫中方澄清，由于此問題溝通較為困難，中方一并回復為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，最終印方未在此問題上繼續(xù)糾纏。Fichtner India公司在直流負荷統(tǒng)計表中沒有考慮負荷系數(shù)，其直流負荷全部按額定功率轉換為電流，加上其選擇的單只蓄電池放電末期電壓較高，最終計算出來的容量比中方計算容量稍大，為1440.6 Ah。

Fichtner India公司對廠用交流電源事故停電時間選擇與中方一樣，按1 h計算，同時Fichtner India公司在直流負荷統(tǒng)計計算時間中采納了中方對各主機直流油泵的計算時間，即大機、小機直流油泵采用1.5 h，發(fā)電機密封油泵采用3 h。

2 建議

據(jù)了解，2004版直流技規(guī)目前正在修訂中，為更好地與國際標準接軌，以使國內設計的東西更能被國外業(yè)主認可，希望新版直規(guī)能結合有關國際或國外先進標準，增加更為全面詳盡的鎘鎳蓄電池選擇計算指導性條文。

［1］DL/T 5044－2004，電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程［S］.

［2］電力工程直流系統(tǒng)設計手冊(第二版)［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［3］IEEE 1115，IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel－ Cadmium Batteries for Stationary Applications［s］.