薄海濤

（武漢龍凈環(huán)保工程有限公司,武漢 430070）

1 前言

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2003 頒布實(shí)施后，國家制訂出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)、規(guī)劃、技術(shù)政策，對(duì)“十五”期間的環(huán)境保護(hù)工作提出了更高的要求。在《大氣污染防治法》和《燃煤二氧化硫排放污染防治技術(shù)政策》中均明文規(guī)定：“新建、擴(kuò)建和改建火電機(jī)組必須同步安裝脫硫裝置或采取其他脫硫措施”。如何計(jì)算脫硫裝置電氣中直流與UPS系統(tǒng)，已經(jīng)引起眾多脫硫島總承包公司的關(guān)注。

2 脫硫島中直流與UPS系統(tǒng)的作用

脫硫島內(nèi)每兩臺(tái)機(jī)組基本設(shè)置一套直流系統(tǒng)，采用一電一充或兩電兩充等的方式，具體根據(jù)招標(biāo)文件要求。也有電廠主機(jī)的直流系統(tǒng)已經(jīng)考慮脫硫島直流的余量，在脫硫島內(nèi)只需要設(shè)置直流分屏即可，此處暫且不提。設(shè)置直流系統(tǒng)主要為脫硫島內(nèi)電氣控制、信號(hào)、繼電保護(hù)和斷路器操作等負(fù)荷供電。

脫硫島內(nèi)每兩臺(tái)機(jī)組基本設(shè)置一套UPS系統(tǒng)，UPS系統(tǒng)為脫硫島內(nèi)DCS系統(tǒng)、變送器、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及其它一些重要負(fù)荷供電。

3 直流及UPS系統(tǒng)的計(jì)算方法

3.1 直流系統(tǒng)的計(jì)算方法

（1）蓄電池個(gè)數(shù)計(jì)算： 按正常浮充電運(yùn)行時(shí)，直流母線電壓應(yīng)為直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的105%。

式中：n —蓄電池個(gè)數(shù)；Un —直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，V；Uf —單體蓄電池浮充電電壓，V；

（2）蓄電池均衡充電電壓選擇：

式中：Uc—單體蓄電池均衡充電電壓，V；Un —直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，V；n—蓄電池個(gè)數(shù)；

（3）蓄電池終止放電電壓選擇：

式中：Um—單體蓄電池放電末期終止電壓，V；Un—直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，V；n—蓄電池個(gè)數(shù)；

（4）蓄電池容量選擇（階梯計(jì)算法）

1）直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。

2）計(jì)算各階段容量(脫硫系統(tǒng)基本要求事故放電時(shí)間為1小時(shí),故計(jì)算到第三階段)。

第一階段計(jì)算容量：Cc1=Kk×I1/Kc

式中：Cc1—蓄電池10h放電率第一階段的計(jì)算容量，AH；Kk—可靠系數(shù)；取1.4；I1—第一階段的負(fù)荷電流，A；Kc—t=1min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h；查表,一般為1.24。

第二階段計(jì)算容量： Cc2≥Kk×[I1/Kc1+I2/Kc2-I1/Kc2]

式中：Cc2—蓄電池10h放電率第二階段的計(jì)算容量，AH；Kk—可靠系數(shù)；Kc1—t=30min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h；Kc2—t=29min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h；I1—第一階段的負(fù)荷電流，A；I2—第二階段的負(fù)荷電流，A；

第三階段計(jì)算容量：

式中：Cc3—蓄電池10h放電率第三階段的計(jì)算容量，AH；Kk—可靠系數(shù)；Kc1—t=60min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h；Kc2—t=59min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h；Kc3—t=30min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h；I1—第一階段的負(fù)荷電流，A；I2—第二階段的負(fù)荷電流，A；I3—第三階段的負(fù)荷電流，A；

隨機(jī)(5s)負(fù)荷計(jì)算容量：Cr=Ir/Kcr

式中：Cr——隨機(jī)(5s)負(fù)荷計(jì)算容量,AH；Ir—隨機(jī)(5s)負(fù)荷電流；Kcr—隨機(jī)(5s)負(fù)荷的容量換算系數(shù)，1/h；

蓄電池的容量選擇,選Cr疊加在Cc2與Cc3的最大階段上,然后與Cc1進(jìn)行比較,取較大者即為蓄電池容量。

5）高頻開關(guān)電源模塊配置和數(shù)量選擇：n=n1+n2

式中：n—高頻開關(guān)電源模塊數(shù)量；n1—基本模塊數(shù)量；n2—附加模塊數(shù)量；I10—鉛酸蓄電池10h放電率電流，A；Ijc—經(jīng)常負(fù)荷電流，A；Ime—單個(gè)模塊額定電流，A。

3.2 UPS系統(tǒng)的計(jì)算方法

式中：P1—DCS負(fù)荷容量，kVA；P2—變送器及火災(zāi)報(bào)警裝置負(fù)荷容量，kVA；Sc—UPS計(jì)算容量，kVA。

4 直流及UPS系統(tǒng)計(jì)算實(shí)例

以某2×300MW脫硫工程為例，按照以上介紹的計(jì)算原則和方法，計(jì)算出直流及UPS系統(tǒng)的容量。

4.1 直流系統(tǒng)的計(jì)算方法

4.1.1 蓄電池個(gè)數(shù)計(jì)算

按正常浮充電運(yùn)行時(shí)，直流母線電壓應(yīng)為直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的105%。

蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池（貧液），每只蓄電池浮充電壓為2.23V/只。

n： 蓄電池個(gè)數(shù)； 103.59 Un： 直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，V； 220 Uf： 單體蓄電池浮充電電壓，V； 2.23

選擇蓄電池個(gè)數(shù)為104只

4.1.2 蓄電池均衡充電電壓選擇

根據(jù)蓄電池個(gè)數(shù)及直流母線電壓允許的最高值選擇單體蓄電池均衡充電電壓值。

當(dāng)均衡充電運(yùn)行情況下，直流母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110%。

Uc： 單體蓄電池均衡充電電壓，V； 2.33 Un： 直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，V； 220 n： 蓄電池個(gè)數(shù)； 104

選擇單體蓄電池均衡充電電壓為2.33V

4.1.3 蓄電池終止放電電壓選擇

根據(jù)蓄電池個(gè)數(shù)及直流母線電壓允許的最低值選擇單體蓄電池事故放電末期終止電壓值。

在事故放電情況下，蓄電池出口端電壓應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的87.5%。

U m： 單體蓄電池放電末期終止電壓，V； 1.85 U n： 直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，V； 220 n： 蓄電池個(gè)數(shù)； 104

選擇單體蓄電池放電末期終止電壓為1.85V

4.1.4 蓄電池容量選擇（階梯計(jì)算法）

（1）直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

220V 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表 （按1小時(shí)事故放電）

（2）計(jì)算各階段容量

第一階段計(jì)算容量：

Cc1： 蓄電池10h放電率第一階段的計(jì)算容量，AH； 196.55 Kk： 可靠系數(shù)； 1.4 I1： 第一階段的負(fù)荷電流，A； 174.09 Kc： t=1min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h； 1.24

第二階段計(jì)算容量：

Cc2： 蓄電池10h放電率第二階段的計(jì)算容量，AH； 193.15 Kk： 可靠系數(shù)； 1.4 Kc1： t=30min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h； 0.78 Kc2： t=29min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h； 0.80 I1： 第一階段的負(fù)荷電流，A； 174.09 I2： 第二階段的負(fù)荷電流，A； 105.91

第三階段計(jì)算容量：

Cc3： 蓄電池10h放電率第三階段的計(jì)算容量，AH； 133.43 Kk： 可靠系數(shù)； 1.4 Kc1： t=60min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h； 0.54 Kc2： t=59min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h； 0.558

Kc3： t=30min時(shí)的容量換算系數(shù)，1/h； 0.78 I1： 第一階段的負(fù)荷電流，A； 174.09 I2： 第二階段的負(fù)荷電流，A； 105.91 I3： 第三階段的負(fù)荷電流，A； 24.09

隨機(jī)(5s)負(fù)荷計(jì)算容量

Cr: 隨機(jī)(5s)負(fù)荷計(jì)算容量,AH； 2.24 Ir： 隨機(jī)(5s)負(fù)荷電流； 3.00 Kcr： 隨機(jī)(5s)負(fù)荷的容量換算系數(shù)，1/h； 1.34

蓄電池的計(jì)算容量

Cc： 蓄電池的計(jì)算容量，AH； 135.67 Cr： 隨機(jī)(5s)負(fù)荷計(jì)算容量,AH； 2.24 Cc3： 蓄電池10h放電率第二階段的計(jì)算容量，AH； 133.43

Cc1＞Cc，當(dāng)蓄電池終止電壓為1.85V時(shí)，蓄電池計(jì)算容量為Cc=196.55Ah，選用200Ah的蓄電池。

高頻開關(guān)電源模塊配置和數(shù)量選擇

每組蓄電池配置一組高頻開關(guān)電源模塊，其模塊選擇方法如下：

n: 高頻開關(guān)電源模塊數(shù)量； 3 n 1： 基本模塊數(shù)量； 2 n 2： 附加模塊數(shù)量； 1 I 10: 鉛酸蓄電池10 h放電率電流，A； 20.00 I j c： 經(jīng)常負(fù)荷電流，A； 24.09 I m e： 單個(gè)模塊額定電流，A； 20

選取20A的高頻開關(guān)電源模塊2+1個(gè)。

4.2 UPS系統(tǒng)的計(jì)算方法

（1）DCS負(fù)荷容量S1=12KVA（兩臺(tái)爐設(shè)一套DCS）；

（2）變送器及脫硫島火災(zāi)報(bào)警裝置負(fù)荷容量S2=6KVA。

當(dāng)UPS負(fù)荷率為不大于60%時(shí)

Sc: UPS計(jì)算容量，kVA； 30.00 P1： DCS負(fù)荷容量，kVA； 12 P2： 變送器及火災(zāi)報(bào)警裝置負(fù)荷容量，kVA； 6

選取UPS的額定容量為 30kVA

5 直流及UPS系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)論

根據(jù)以上脫硫工程的實(shí)例計(jì)算，我公司300MW機(jī)組脫硫工程的脫硫裝置直流系統(tǒng)選用一電一充模式，電池容量為200Ah，選取20A的高頻開關(guān)電源模塊2+1個(gè)，UPS容量為30kVA，UPS系統(tǒng)由直流系統(tǒng)供給直流電源。

[1]《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T 5044-2004[S].

[2]《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL-T5153-2002[S].

[3]《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL-T5153-2002[S].