编制说明-电力用锂电池直流电源系统-第4部分-间歇充电式直流电源设备

T/CECXXXX-YYYYQ/GDWXX-XXX—2012-1XXXX中国电力企业联合会标准电力用锂电池直流电源系统

第4部分：间歇充电式直流电源设备（征求意见稿）编 制 说 明国网山西省电力公司电力科学研究院许继电源有限公司中国电力科学研究院有限公司2020年8月PAGEI电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备编制说明1编制工作过程1.1本部分是根据中国电力企业联合会《关于印发2019年第一批中国电力企业联合会标准制订计划的通知》（中电联标准【2019】86号）中T/CEC20191018《电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备》标准项目的要求和电力行业高压开关设备及直流电源标准化技术委员会的工作安排而制定的。制订工作由电力行业高压开关设备及直流电源标准化技术委员会组织，国网山西省电力公司电力科学研究院负责起草。1.2本部分主要起草单位：国网山西省电力公司电力科学研究院、许继电源有限公司、中国电力科学研究院有限公司。参加起草单位：国网山西省电力公司、国网山西省电力公司晋中供电公司、国家电网有限公司、国网冀北电力有限公司张家口供电公司、国网河北省电力有限公司电力科学研究院、深圳供电局有限公司、国网天津市电力公司滨海供电分公司、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、国网河北省电力有限公司、国网综合能源服务集团有限公司、广东电网有限责任公司珠海供电局、北京人民电器厂有限公司、深圳奥特迅电力设备股份有限公司、国网浙江省电力有限公司温州供电公司、石家庄通合电子科技股份有限公司、山东智洋电气股份有限公司、国网陕西省电力公司、国网甘肃省电力公司电力科学研究院、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、云南电网有限责任公司电力科学研究院、云南电网有限责任公司红河供电局、国网重庆市电力公司检修分公司、杭州中恒电气股份有限公司、华北电力科学研究院有限责任公司、珠海瓦特电力设备有限公司、山东泰开自动化有限公司、江苏国电南自电力自动化有限公司、北京四方博瑞电力科技有限公司、福州福光电子有限公司、成都市雨田骏科技发展有限公司、大连市旅顺电力电子设备有限公司、河北普及达电气设备科技有限公司、青岛海汇德电气有限公司。1.3编制工作组成员：陶文彪、李国柱、杨爱晟、赵梦欣、王中杰、王洪、张伟、解晓东、王亮、李秉宇、杨忠亮、金翼、王凤仁、吴志琪、苗俊杰、苗树国、罗治军、周喜超、邢明路、王雪楠、王志华、易永利、郭惠东、黎可、隋喆、刘巍、周广渊、王书堂、张丽、刘敏、姚昆、杨春、张焱山、王迺峰、田金虎、张晨光、马鑫晟、毛乃虎、栾永明、郭兆静、王文东、王红坡、段锐敏、许守东、高树功、郑永强。1.4主要工作过程：根据中国电力企业联合会《关于印发2019年第一批中国电力企业联合会标准制订计划的通知》（中电联标准【2019】86号）的要求，负责起草单位将标准制定工作列入2019年和2020年工作重点，依照电力行业高压开关设备及直流电源标准化技术委员会的组织，逐步开展相关工作。2019年5月至6月，由负责起草单位国网山西省电力公司电力科学研究院牵头，在全国范围广泛征集工作组成员，会同国家电网有限公司和中国南方电网有限责任公司的专家、直流电源设备供应商组成了标准编写工作组。2019年6月至7月，标准编写工作组经过多次讨论和修改，编制完成了《电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备》标准草稿。2019年8月，标准编写工作组在石家庄召开了第一次全体会议，全体讨论了《电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备（草稿）》的技术细节，形成了相应的修改意见。2019年8月至12月，标准编写工作组根据初稿修改意见，对《电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备（草稿）》进行了修改完善，形成了《电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备（初稿）》。2020年4月，标准编写工作组将《电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备（初稿）》通过线上方式在工作组内以及相关参编单位征求意见，共征集到意见65条。2020年5月至6月，标准编写工作组按照征求意见进行了修改完善，形成了《电力用锂电池直流电源系统第4部分：间歇充电式直流电源设备（征求意见稿）》。2020年7月至8月，标准编写工作组开展了主要实验结果验证工作，并完成编制说明。2编制原则和主要内容2.1本部分按照《中国电力企业联合会标准管理办法》和《中国电力企业联合会标准制定细则》的规定，依据GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规则起草。2.2本部分在内容上不重复现有标准已有的技术内容，着重突出电力用直流电源系统的高可靠性和高安全性的要求，强调其与传统浮充电运行方式在设备功能以及技术指标要求等方面的差异以及容易忽视的技术问题。2.3本部分适用于35kV～220kV变电站站用直流电源设备，并作为产品设计、制造、检验和使用的依据，220kV以上变电站和未涵盖的其他直流电源设备可参照使用。2.4GB/T19826《电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》、DL/T5044-2014《电力工程直流电源系统设计技术规程》、DL/T459-2017《电力用直流电源设备》和DL/T856—2018《电力用直流电源和一体化电源监控装置》等标准详尽阐述了电力用直流电源设备的技术要求，本部分重点强调间歇充电式直流电源设备与现行标准存在差异的特殊技术要求。2.5本标准结构《电力用锂电池直流电源系统》计划分为以下9个部分：——第1部分：总则与安全要求——第2部分：锂离子电池组技术要求——第3部分：电池模块及管理系统技术要求——第4部分：间歇充电式直流电源设备——第5部分：浮充式直流电源设备——第6部分：监控装置与电池管理系统之间的通讯协议——第7部分：现场验收规范——第8部分：防火灭火导则——第9部分：运维管控平台技术规范2.6本部分为《电力用锂电池直流电源系统》的第4部分，共分为8章、1个资料性附录和2个规范性附录：第1章范围；第2章规范性引用文件；第3章术语和定义；第4章基本参数；第5章技术要求；第6章试验方法；第7章检验规则；第8章标志、包装、运输、贮存（第8章）；附录A间歇充电式直流电源系统典型接线方式（规范性附录）；附录B磷酸铁锂电池容量换算系数参考值（资料性附录）；附录C磷酸铁锂电池间歇充电过程及控制参数（规范性附录）。3主要实验结果验证3.1产品研制及应用过程本部分实验主要依托2019年国网冀北电力有限公司张家口供电公司《基于磷酸铁锂电池在220千伏站直流电源升级改造关键技术研究及应用》科技项目工程样机开展。2019年12月，许继电源有限公司完成工程样机生产和测试，2020年4月工程样机通过开普检测研究院和国家继电保护及自动化设备监督检验中心型式试验，2020年6月，首套设备在张家口供电公司新怀来220kV变电站通过现场测试，并投入使用。3.2蓄电池配组方案验证科技项目依托工程的蓄电池容量按照以下两种方法进行了计算：第一种方法：根据新怀来220kV变电站实际直流负荷情况和2小时后备要求，按照DL/T5044—2014附录C规定的方法，参考本部分附录B提供的容量换算系数，计算出蓄电池容量为260Ah。第二种方法：原设备使用两组400Ah阀控式密封铅酸蓄电池，按照2小时后备和铅酸蓄电池容量换算法公式，反推出事故事故全停状态下相对应的持续放电时间的放电容量，再根据本部分附录B提供的容量换算系数，正推出磷酸铁锂电池所需容量为251Ah。略去了电压水平校验环节，依靠后期放电实验验证。蓄电池串联只数依照本部分规定的直流母线电压范围为0.875~1.10UN，蓄电池静置状态按照1.05倍标称电压，不设置母线调压装置的要求，可选用66~68只串联。实际工程每段母线采用两组150Ah磷酸铁锂电池并联，每组为68只串联的配组方案，充电电压控制在3.55V×N。3.3蓄电池放电容量验证型式试验进行了蓄电池标称容量验证：环境温度约为20℃，随机挑选一组磷酸铁锂电池，按照15A（10小时率）放电实验，实验末期整组电压为199.33V，单体最高为3.088V，单体最低为2.988V，磷酸铁锂电池标称容量满足出厂要求。随后实验补充了放电容量验证：环境温度约为20℃，两组磷酸铁锂电池均投入，按照蓄电池容量计算时绘制的放电曲线，进行1min，120min和5s（第110min时叠加）冲击的梯负荷曲线放电2h，并在119min时记录放电末期数据，整组电压为201.45V，单体最高为3.092V，单体最低为2.998V，磷酸铁锂电池放电容量满足使用要求。3.4蓄电池供电能力验证型式试验为避免过大的冲击电流造成实验危险性，直流母线电压、事故放电能力、负荷冲击、直流母线连续供电实验是在其中一组磷酸铁锂电池投入系统的情况下做验证。蓄电池组按15A电流放电1h后，直流母线叠加1次120.2A冲击电流500ms，测得直流母线电压最低值为212.5V。保持直流母线电压225.12V，直流母线带有经常性负荷10A，直流母线叠加1次79.52A冲击电流500ms，测得直流母线电压最低值为214.20V。充电模块稳定输出235.20V供给直流母线，蓄电池充满处于静置状态，交流电源中断500ms，蓄电池瞬间放电输出，直流母线电压最低值为229.0V。在整个测试过程中，直流母线电压保持在了标称电压的90%~110%之间。3.5隔离二极管通流验证按照本部分规定，对充放电控制阀隔离二极管放电能力进行了验证。工程样机充放电控制阀选用两只400A并联的二极管，附带1块二极管模块自带的N系列铝型材散热器，单组蓄电池按1小时放电率（150A）测试，不启动散热风扇1小时内温升约为66.81K。在温度达到55℃时启动风扇，1小时内温升约为15.64K。双管并联可承受15kA以下10ms底宽正弦波浪涌电流，浪涌电流平方时间积为：I2t=2×1470×103A2s=2940×103A2s以下，单组150Ah蓄电池出口短路电流经电池厂家测试最大值不超过7.5kA，断路器厂家提供短路限流后实测值不超过4.4kA，脱扣时间按100ms，断路器短路脱扣电流平方时间积应不超过4.4kA*4.4kA*0.1s=1936×103A2s。可见双管并联的浪涌电流平方时间积大于断路器短路脱扣电流平方时间积，因此可以满足使用要求。3.5现场应用测试设备现场安装完毕后，按照本部分技术规定，现场进行了BMS检测精度、蓄电池标称容量、手动充放电功能、自动间歇充电功能、过充电保护功能、过温保护功能、绝缘监察功能验证，均达到预期效果，满足技术规定和运行规程要求。4相关国际标准情况目前多个国家和国际组织推出了自己的锂电池安全标准和检测要求，主要搜集到的有：UL1642-2012锂电池（LithiumBatteries）IEC62133Edition2.02017便携式和便携式设备用密封含碱性或其他非酸性电解液二次电芯和电池-锂电池安全性要求（Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytes–Safetyrequirementsforportablesealedsecondarycells,andforbatteriesmadefromthem,foruseinportableapplications）IEC61960Edition2.02011含碱性或其他非酸性电解液-便携式设备用二次锂电芯和电池（Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytes-Secondarylithiumcellsandbatteriesforportableapplications）IEC62281：2012运输期间锂原电池和二次锂电池的安全性（Safetyofprimaryandsecondarylithiumcellsandbatteriesduringtransport）ISO12405-3:2014电动道路车辆--锂离子牵引电池组和系统的试验规范--第3部分：安全性能要求（Electricallypropelledroadvehicles-TestspecificationforLithium-iontractionbatterypacksandsystemsPart3:Safetyperformancerequirements）收集到的国外标准主要是针对便携式锂电池的性能测试、安全要求等，也有针对电动汽车用锂离子的安全性能要求，没有收集到针对电力用锂电池直流电源系统以及间歇充电式直流电源设备的相关国外标准。5与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性5.1在编制本团体标准时，国内尚无针对电力用锂电池直流电源系统以及间歇充电式直流电源设备相关标准。收集到国内相关标准包括：GB/T2900.32电工术语电力半导体器件GB/T2900.33电工术语电力电子技术GB/T2900.41电工术语原电池和蓄电池GB/T4208外壳防护等级(IP代码)GB/T8166缓冲包装设计GB/T13384机电产品包装通用技术条件GB/T19826电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求DL∕T781电力用高频开关整流模块DL/T1392直流电源系统绝缘监测装置技术条件DL/T5044-2014电力工程直流电源系统设计技术规程DL/T856—2018电力用直流电源和一体化电源监控装置DL/T459-2017电力用直流电源设备5.2本部分在GB/T19826《电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求》、DL/T5044-2014《电力工程直流电源系统设计技术规程》、DL/T459-2017《电力用直流电源设备》和DL/T856—2018《电力用直流电源和一体化电源监控装置》等标准化工作的基础上，借鉴GB/T2900.32《电工术语电力半导体器件》、GB/T2900.33《电工术语电力电子技术》、GB/T2900.41《电工术语原电池和蓄电池》、GB/T4208《外壳防护等级(IP代码)》、GB/T8166《缓冲包装设计》、GB/T13384《机电产品包装通用技术条件》、DL∕T781《电力用高频开关整流模块》和DL/T1392《直流电源系统绝缘监测装置技术条件》等相关标准条款，通过广泛征求国家电网有限公司、中国南方电网有限责任公司、高校和科研院所、各级检测机构、标准化研究和制定机构和设备生产厂家的意见，编制成文。6重大分歧意见的处理经过和依据暂无7本标准作为强制性（仅工程建设类）或推荐性标准的建议无8贯彻标准的要求和措施建议8.1通过蓄电池间歇充电和并联运行方式化解单组蓄电池故障带来的直流母线失压风险，这种方式有别于传统浮充电方式，对系统结构、充电机、监控等直流电源设备提出了特殊性要求，在工程应用中应当重点关注。8.2本标准规定的间歇充电和并联运行方式可以确保各个蓄电池组之间充电过程互不干扰，为磷酸铁锂电池在大容量（＞300Ah）场景下的应用提供了解决路径。8.3为降低磷酸铁锂电池组单体电芯电压不一致带来的过充风险，实际工程应用中推荐采用小容量电池组并联方式，单体电池容量最大不应超过100Ah。8.4本标准规定可以通过在蓄电池组与母线之间增加接触器、二极管等原件来实现蓄电池间歇充电方式，其带来的故障风险可通过产品质量把控和加强设备状态监测来减弱。此外，对于整