石灰石—石膏湿法脱硫工程的直流及UPS系统计算

薄海涛

（武汉龙净环保工程有限公司,武汉 430070）

1 前言

《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2003 颁布实施后，国家制订出台了一系列的法律法规、规划、技术政策，对“十五”期间的环境保护工作提出了更高的要求。在《大气污染防治法》和《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》中均明文规定：“新建、扩建和改建火电机组必须同步安装脱硫装置或采取其他脱硫措施”。如何计算脱硫装置电气中直流与UPS系统，已经引起众多脱硫岛总承包公司的关注。

2 脱硫岛中直流与UPS系统的作用

脱硫岛内每两台机组基本设置一套直流系统，采用一电一充或两电两充等的方式，具体根据招标文件要求。也有电厂主机的直流系统已经考虑脱硫岛直流的余量，在脱硫岛内只需要设置直流分屏即可，此处暂且不提。设置直流系统主要为脱硫岛内电气控制、信号、继电保护和断路器操作等负荷供电。

脱硫岛内每两台机组基本设置一套UPS系统，UPS系统为脱硫岛内DCS系统、变送器、火灾报警系统及其它一些重要负荷供电。

3 直流及UPS系统的计算方法

3.1 直流系统的计算方法

（1）蓄电池个数计算： 按正常浮充电运行时，直流母线电压应为直流系统标称电压的105%。

式中：n —蓄电池个数；Un —直流系统标称电压，V；Uf —单体蓄电池浮充电电压，V；

（2）蓄电池均衡充电电压选择：

式中：Uc—单体蓄电池均衡充电电压，V；Un —直流系统标称电压，V；n—蓄电池个数；

（3）蓄电池终止放电电压选择：

式中：Um—单体蓄电池放电末期终止电压，V；Un—直流系统标称电压，V；n—蓄电池个数；

（4）蓄电池容量选择（阶梯计算法）

1）直流负荷统计。

2）计算各阶段容量(脱硫系统基本要求事故放电时间为1小时,故计算到第三阶段)。

第一阶段计算容量：Cc1=Kk×I1/Kc

式中：Cc1—蓄电池10h放电率第一阶段的计算容量，AH；Kk—可靠系数；取1.4；I1—第一阶段的负荷电流，A；Kc—t=1min时的容量换算系数，1/h；查表,一般为1.24。

第二阶段计算容量： Cc2≥Kk×[I1/Kc1+I2/Kc2-I1/Kc2]

式中：Cc2—蓄电池10h放电率第二阶段的计算容量，AH；Kk—可靠系数；Kc1—t=30min时的容量换算系数，1/h；Kc2—t=29min时的容量换算系数，1/h；I1—第一阶段的负荷电流，A；I2—第二阶段的负荷电流，A；

第三阶段计算容量：

式中：Cc3—蓄电池10h放电率第三阶段的计算容量，AH；Kk—可靠系数；Kc1—t=60min时的容量换算系数，1/h；Kc2—t=59min时的容量换算系数，1/h；Kc3—t=30min时的容量换算系数，1/h；I1—第一阶段的负荷电流，A；I2—第二阶段的负荷电流，A；I3—第三阶段的负荷电流，A；

随机(5s)负荷计算容量：Cr=Ir/Kcr

式中：Cr——随机(5s)负荷计算容量,AH；Ir—随机(5s)负荷电流；Kcr—随机(5s)负荷的容量换算系数，1/h；

蓄电池的容量选择,选Cr叠加在Cc2与Cc3的最大阶段上,然后与Cc1进行比较,取较大者即为蓄电池容量。

5）高频开关电源模块配置和数量选择：n=n1+n2

式中：n—高频开关电源模块数量；n1—基本模块数量；n2—附加模块数量；I10—铅酸蓄电池10h放电率电流，A；Ijc—经常负荷电流，A；Ime—单个模块额定电流，A。

3.2 UPS系统的计算方法

式中：P1—DCS负荷容量，kVA；P2—变送器及火灾报警装置负荷容量，kVA；Sc—UPS计算容量，kVA。

4 直流及UPS系统计算实例

以某2×300MW脱硫工程为例，按照以上介绍的计算原则和方法，计算出直流及UPS系统的容量。

4.1 直流系统的计算方法

4.1.1 蓄电池个数计算

按正常浮充电运行时，直流母线电压应为直流系统标称电压的105%。

蓄电池选用阀控式密封铅酸蓄电池（贫液），每只蓄电池浮充电压为2.23V/只。

n： 蓄电池个数； 103.59 Un： 直流系统标称电压，V； 220 Uf： 单体蓄电池浮充电电压，V； 2.23

选择蓄电池个数为104只

4.1.2 蓄电池均衡充电电压选择

根据蓄电池个数及直流母线电压允许的最高值选择单体蓄电池均衡充电电压值。

当均衡充电运行情况下，直流母线电压应不高于直流系统标称电压的110%。

Uc： 单体蓄电池均衡充电电压，V； 2.33 Un： 直流系统标称电压，V； 220 n： 蓄电池个数； 104

选择单体蓄电池均衡充电电压为2.33V

4.1.3 蓄电池终止放电电压选择

根据蓄电池个数及直流母线电压允许的最低值选择单体蓄电池事故放电末期终止电压值。

在事故放电情况下，蓄电池出口端电压应不低于直流系统标称电压的87.5%。

U m： 单体蓄电池放电末期终止电压，V； 1.85 U n： 直流系统标称电压，V； 220 n： 蓄电池个数； 104

选择单体蓄电池放电末期终止电压为1.85V

4.1.4 蓄电池容量选择（阶梯计算法）

（1）直流负荷统计表

220V 直流负荷统计表 （按1小时事故放电）

（2）计算各阶段容量

第一阶段计算容量：

Cc1： 蓄电池10h放电率第一阶段的计算容量，AH； 196.55 Kk： 可靠系数； 1.4 I1： 第一阶段的负荷电流，A； 174.09 Kc： t=1min时的容量换算系数，1/h； 1.24

第二阶段计算容量：

Cc2： 蓄电池10h放电率第二阶段的计算容量，AH； 193.15 Kk： 可靠系数； 1.4 Kc1： t=30min时的容量换算系数，1/h； 0.78 Kc2： t=29min时的容量换算系数，1/h； 0.80 I1： 第一阶段的负荷电流，A； 174.09 I2： 第二阶段的负荷电流，A； 105.91

第三阶段计算容量：

Cc3： 蓄电池10h放电率第三阶段的计算容量，AH； 133.43 Kk： 可靠系数； 1.4 Kc1： t=60min时的容量换算系数，1/h； 0.54 Kc2： t=59min时的容量换算系数，1/h； 0.558

Kc3： t=30min时的容量换算系数，1/h； 0.78 I1： 第一阶段的负荷电流，A； 174.09 I2： 第二阶段的负荷电流，A； 105.91 I3： 第三阶段的负荷电流，A； 24.09

随机(5s)负荷计算容量

Cr: 随机(5s)负荷计算容量,AH； 2.24 Ir： 随机(5s)负荷电流； 3.00 Kcr： 随机(5s)负荷的容量换算系数，1/h； 1.34

蓄电池的计算容量

Cc： 蓄电池的计算容量，AH； 135.67 Cr： 随机(5s)负荷计算容量,AH； 2.24 Cc3： 蓄电池10h放电率第二阶段的计算容量，AH； 133.43

Cc1＞Cc，当蓄电池终止电压为1.85V时，蓄电池计算容量为Cc=196.55Ah，选用200Ah的蓄电池。

高频开关电源模块配置和数量选择

每组蓄电池配置一组高频开关电源模块，其模块选择方法如下：

n: 高频开关电源模块数量； 3 n 1： 基本模块数量； 2 n 2： 附加模块数量； 1 I 10: 铅酸蓄电池10 h放电率电流，A； 20.00 I j c： 经常负荷电流，A； 24.09 I m e： 单个模块额定电流，A； 20

选取20A的高频开关电源模块2+1个。

4.2 UPS系统的计算方法

（1）DCS负荷容量S1=12KVA（两台炉设一套DCS）；

（2）变送器及脱硫岛火灾报警装置负荷容量S2=6KVA。

当UPS负荷率为不大于60%时

Sc: UPS计算容量，kVA； 30.00 P1： DCS负荷容量，kVA； 12 P2： 变送器及火灾报警装置负荷容量，kVA； 6

选取UPS的额定容量为 30kVA

5 直流及UPS系统的计算结论

根据以上脱硫工程的实例计算，我公司300MW机组脱硫工程的脱硫装置直流系统选用一电一充模式，电池容量为200Ah，选取20A的高频开关电源模块2+1个，UPS容量为30kVA，UPS系统由直流系统供给直流电源。

[1]《电力工程直流系统设计技术规程》DL/T 5044-2004[S].

[2]《火力发电厂厂用电设计技术规定》DL-T5153-2002[S].

[3]《火力发电厂厂用电设计技术规定》DL-T5153-2002[S].