GB/T36544-2018
变电站用质子交换膜燃料电池供电系统
Protonexchangemembranefuelcellpowersupplysystemforpowerdistributionsubstation
- 中国标准分类号（CCS）K82
- 国际标准分类号（ICS）27.070
- 实施日期2019-02-01
- 文件格式PDF
- 文本页数16页
- 文件大小1.16M
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变电站用质子交换膜燃料电池供电系统
国家标准 GB/T36544一2018 变电站用质子交换膜燃料电池供电系统 ProtonexchangemembranefuelcellpowersuPplysystemforpower distributionsubstationm 2018-07-13发布 2019-02-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/36544一2018 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 . 系统组成 技术要求 5.1使用条件 5.2系统技术要求 5.2.1通用安全要求 外观相结构 5,2.2 5.2.3 直流供电能力 启动/关机方式 5,2.4 5.2.5系统待机功耗 过载能力 5.2.6 系统初始发电效率 5,2.7 连续运行时间 5.2.8 5.2.9保护与告警功能 5.2.1o监控功能 系统噪音 5,2.1l 5.2.12绝缘电阻 5.2.13介质强度 5.2.14耐湿热性能 5.2.15防护等级 5.2.16防触电措施 5.2.17电磁兼容性要求 5.2.18系统寿命要求 试验方法 6.1试验前准备 6.1.1试验用仪器、设备及要求 6.1.2试验环境条件 6.1.3试验电路框图 6. 外观与结构检查 6.3直流母线输出电压试验 6.4事故放电能力试验 6.5启动/关机方式试验 6.6系统待机功耗试验 6.7过载能力试验
GB/T36544一2018 6.8系统发电效率试验 6.9连续运行的实验方法 6.10保护与告警功能试验 6.10.1过载保护试验 6.10.2电池堆人口氢气高、低压保护试验 6.10.3输出过、欠压保护试验 6.10.4输出短路保护试验 6.10.5过温保护试验 6.10.6氢气泄漏试验 6.10.7 告警信息 6.l1监控功能试验 .12系统噪音试验 绝缘电阻 6.13 介质强度 6.14 6.15耐湿热性能 防护等级 6.16 6.17防触电措施 6.18电磁兼容性试验 6.18.1抗扰度试验 6.18.2电磁发射试验 6.19寿命试验 标志、包装、运输、贮存 7.1标志 7.1.1系统标志 7.1.2极性标志 7.1.3警示标志 7.2 包装 7.3 运输 7.！贮存 附录A(规范性附录试验用仪器、设备 A.1可调节阻性负载 A.2直流电流分流器 A.3直流电流表 A.4直流数字电压表 A.5数字存储示波器 A.6模拟示波器 A.7绝缘电阻测试仪 A.8绝缘强度测试仪 1 A.9恒温恒湿试验箱 11 A.10声级计 12 A.l1质量流量计 12
GB/36544一2018 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由电器工业协会提出
本标准由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口
本标准起草单位:全球能源互联网研究院有限公司、电力科学研究院有限公司、机械工业北京 电工技术经济研究所、北京东方华氢科技有限公司、国网河南省电力公司洛阳供电公司、科学院大 连化学物理研究所、电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司、质量认证中心、上海攀业氢 能源科技有限公司、北京新研氢能源科技有限公司、南京大学昆山创新研究院、航天新长征电动汽车技 术有限公司鼎佳能源股份有限公司、武汉理工大学、上海神力科技有限公司、上海恒劲动力科技有限公 司、新源动力股份有限公司、武汉众宇动力系统科技有限公司、电器工业协会东方电气集团有 限公司大连理工大学
本标准主要起草人;赵波、牛萌、冀中华、肖宇,陈晨、樊越甫,王刚,董辉,齐志刚、刘建国、衣宝廉 阎明宇、斯股实、潘牧、张若谷、赵强、赵琳、黄林、胡磊、彭伟、侯中军,李骁,刘锋、杨海玉,李超,袁铁江
GB/36544一2018 变电站用质子交换膜燃料电池供电系统 范围 本标准规定了变电站用质子交换膜燃料电池供电系统的系统组成、技术要求、试验方法、标志、包 装、运输和贮存
本标准适用于以氢气为燃料的变电站用质子交换膜燃料电池直流备用电源供电系统
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
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GB/T3785(所有部分电声学声级计 GB/T4208外壳防护等级(IP代码 GB/T9254一2008信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 GB/T19826一2014电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求 GB/T27748.1固定式燃料电池发电系统第1部分;安全 27748.3 固定式燃料电池发电系统第3部分安装 GB/T28816燃料电池术语 质子交换膜燃料电池备用电源系航 GB/T310362014 安全 工业起升车辆用燃料电池发电系统第1部分安全 GB/T31037.12014 JB/T5777.22002电力系统二次电路用控制及继电器保护屏(柜、台)通用技术条件 术语和定义 GB/T28816界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1 合闸冲击放电switching-onimpulsedischarge 变电站多个断路器合闸机构同时或短时间内动作,直流供电系统在合闸时间内电流增加过程
3.2 事故电流eurrentrequiredduringfaultclearaneeserviee 变电站交流电源系统事故停电的状态下,所有电气控制信号,测量、继电保护、自动装置、交流不停 电电源,断路器分合闸机构,远动,通信装置和事故照明等负荷电流的总称
系统组成 变电站用质子交换膜燃料电池供电系统主要由燃料处理系统、氧化剂处理系统、燃料电池模块、电 能变换单元、控制系统、通风系统、水热管理系统及辅助储能模块等组成,该系统结构原理图如图 所示
GB/T36544一2018 系统边界 控制系统 燃料 燃料 处理系统 可用电功率 燃料电总 电能变换 模块 单元 氧化剂 氧化剂 处理系纷 通风 辅助储能 水热管理 系统 系统 模块 图1变电站用质子交换膜燃料电池供电系统结构示意图 图1中,燃料处理系统是指燃料电池供电系统所需要的,准备燃料及必要时对其加压的,由化学和 或物理处理设备以及相关的热交换器和控制器所组成的系统
氧化剂处理系统是指用来计量、调控、处理并可能对输人的氧化剂进行加压以便供燃料电池供电系 统使用的系统
5 技术要求 5.1使用条件 变电站用质子交换膜燃料电池供电系统应能在下列环境条件下正常运行 工作环境温度为;一10C一40; 环境相对湿度10%一95%,不凝露; 海拔不超过2000m
5.2系统技术要求 5.2.1通用安全要求 质子交换膜燃料电池供电系统(以下简称“系统”)应符合GB/T27748.1和GB/T27748.3规定的 要求
5.2.2外观和结构 系统的外观和结构应符合下列要求 系统外表应清洁,无机械损伤,接口触点无锈蚀 系统表面应有产品标识,且标识清楚; 系统的通信接口、电源接口、干接点接口、氢气接口等应有明确的标识
GB/36544一2018 5.2.3直流供电能力 5.2.3.1 直流母线输出电压 直流母线输出电压最大变化范围应为直流系统标称电压的90%~110%
5.2.3.2事故放电能力 系统在额定功率下完成指定时间的放电后,进行合闸冲击放电试验,叠加8倍的冲击电流用来模拟 事故电流,在3次合闸冲击放电试验过程中,直流母线输出电压应不低于直流标称电压的90%
5.2.4启动/关机方式 系统应具备以下启动/关机方式 手动启动/关机; 遥控启动/关机; 自动启动/关机
5.2.5系统待机功耗 系统待机功耗应不大于系统额定输出功率的1%
注:不包含燃料电池电加热部分功耗
5.2.6过载能力 输出为额定功率的110%时,系统应能正常运行10min
5.2.7系统初始发电效率 系统输出额定功率时,系统初始发电效率应不低于35%
5.2.8连续运行时间 额定功率下,系统连续运行时间应不低于10h,直流母线输出电压瞬时波动应不低于指标标称电 压的87.5%
5.2.9保护与告警功能 5.2.9.1过载保护 输出超过额定功率时,系统应能发出报警信号
当系统处于 -输出在额定功率100%110%之间,持续10min;或 -输出超过额定功率110%,持续3s 电能变换单元应自动进人输出限流保护状态,故障消除后,应能自动恢复工作 5.2.9.2电池堆入口氢气高低压保护 当系统检测到电池堆人口氢气压力低于产品规定的最低压力或高于产品规定的最高压力时,应能 发出报警信号并自动关机保护
5.2.9.3输出过电压及欠电压保护 系统输出电压超过过压保护设定值或者低于欠压设定值时,应发出报警信号
当电压超过过压保
GB/T36544一2018 护设定值时应能自动关机保护
5.2.9.4输出短路保护 当输出短路时,应能发出报警信号并自动进人输出限流保护状态,故障消除后,应能自动恢复工作 5.2.9.5过温保护 系统中的部件工作温度超过过温保护设定值时,应发出报警信号,并自动关机保护 5.2.9.6复气泄漏保护 系统应具有氢气泄漏检测功能,并能发出报警信号,应符合GB/T31037.1一2014中4.8.6的要求
5.2.9.7告警信息 系统应具有下述告警信息;负载过载、氢气泄漏、燃料电池故障、辅助储能模块故障、,Dc/DC模块故 障,供氢压力低、供氢压力高、系统输出电压高、系统输出电压低、短路、过温、环境温度高、环境温度低 等
系统应能自动发出告警信号,并能通过通信接口将告警信号传送到近端、远程监控设备
5.2.10监控功能 系统应具备标准通信接口,并具有以下监控功能 遥测:直流母线输出电压,燃料电池系统输出电流,氢气供气压力,燃料电池温度,环境温度 遥信;燃料电池(电池堆/模块输出过/欠压,过温、输出过流),燃料电池运行氢气压力低/高,环 境温度低/高,氢气泄露 遥控:系统开/关机
5.2.11 系统噪音 系统正常运行时的噪音应不大于65dB
5.2.12绝缘电阻 系统绝缘电阻应符合GB/T19826一2014中5.3.2的要求
5.2.13介质强度 系统介质强度应符合GB/T198262014中5.3.3的要求
5.2.14耐湿热性能 系统耐湿热应符合GB/T198262014中5.3.6的要求
5.2.15防护等级 系统防护等级不应低于IP20
5.2.16防触电措施 系统的防触电措施应符合JB/T5777.2一2002中5.12的规定
5.2.17电磁兼容性要求 5.2.17.1抗扰度要求 系统抗扰度应符合GB/T19826一2014中5.4.1的规定
GB/36544一2018 5.2.17.2电磁发射限制要求 电磁发射限制的要求是指辐射发射限制的要求
系统辐射发射限值应符合GB/T19826一2014中 表12的规定
5.2.18系统寿命要求 系统累计运行1500h之后,可以正常启动,并输出额定功率,直流母线输出电压应满足5.2.3.1的 要求
试验方法 6.1试验前准备 6.1.1试验用仪器、设备及要求 试验用仪器和设备见附录A,仪器和设备的精度要求如下 测量电压的仪表精度应不低于士1%(F.s.); -测量电流的仪表精度应不低于士1%(F.S.); 测量时间用的仪表精度应不低于1s/h, 测量温度的仪表精度应不低于士1C; 恒流源的电流可闹,在恒流充电或放电过程中,其电流的相对变化应在土士1%(F.s.)范围内 恒压源的电压可调,在恒压充电过程中,其电压变化应在士1%(F.S.)范围内
6.1.2试验环境条件 除非另有规定外,本标准中各项试验应在以下条件下进行 温度;25C士5C; a b)相对湿度:不大于75%; 大气压力;86kPa106kPa
c
GB/T36544一2018 6.1.3试验电路框图 试验电路框图见图2 充电设备及负载 负 必 辅助 电源系 储能 质子交换膜燃料 统接地 模块 直流母线输出 电池供电系统 总线 充电 电压测试位置 设 备 接地总线 图2试验电路框图 试验前准备;每项试验开始前,都要使用辅助储能模块充电设备对辅助储能模块进行充电,待充满 电后,关闭辅助储能模块充电设备,进行试验
6.2外观与结构检查 目测检查系统的外观与结构
6.3直流母线输出电压试验 按以下步骤进行试验: a 按照图2连接试验电路 b) 启动系统,接通负载,使系统在额定功率下工作,测量直流母线输出电压
6.4事故放电能力试验 针对变电站直流系统,按以下步骤进行事故放电能力试验 使系统在额定功率下放电指定时长 a b 系统持续运行,并叠加8倍于额定电流的冲击电流,持续时间为500ms,期间测量直流(动力) 母线的电压值(测试位置如图2所示),之后恢复在额定电流条件下运行; 重复b)步骤3次,每次间隔2s 6.5启动/关机方式试验 测试手动方式时,手动启动或关闭燃料电池供电系统,检查系统是否正常启动或关闭
GB/T36544一2018 测试遥控方式时,远程启动或关闭燃料电池供电系统,检查系统是否正常启动或关闭
测试自动方式时,通过通断电网供电及辅助储能模块充电设备供电,检查系统是否正常启动或 关闭
6.6系统待机功耗试验 系统待机时,测量其输人功率(扣除燃料电池电加热功耗),具体测量方法如下 只利用储能单元为系统供电储能单元输出端串接直流电流表或其他可测量直流电流的仪器 1 用万用表测量储能单元的输出电压U,,记录储能单元的输出电流I,根据式(1)计算系统待机 2 功耗
P
=U.I 式中: 系统待机功耗,单位为瓦(w); P U 为储能单元的输出电压,单位为伏(V); 为储能单元的输出电流,单位为安(A) 6.7过载能力试验 按以下步骤进行试验 按照图2连接试验电路; a b 启动系统,调节负载使负载功率为110%的额定值,直流输出电压为出厂整定值,记录系统能 正常运行的时间
6.8系统发电效率试验 按以下步骤进行试验 按照图2连接试验电路,接阻性负载,并在阻性负载输出端并接电压表、串接电流表或其他能 a 测量电压,电流的设备;储能单元连接电流表(或其他能测量电流的设备,储能单元电流测量设 备应能反映电流方向,充电时为负值,放电时为正值);系统氢气输人侧接氢气质量流量计; 启动系统,调节输出电压为出厂整定值,调节阻性负载为额定功率输出; 当系统稳定运行并且储能单元放电电流小于系统额定电流的5%时,每隔5min记录氢气累 计消耗质量川t,燃料电池系统输出电压U负载电流1,储能单元的充放电电流Ie,按表1 记录5组数据,最后取平均值作为计算依据
表1系统发电效率试验数据记录表 氢气累积消 储能单元的充 系统输出电压 负载电流(I) 系统输出电 系统输出功 耗质量(wd 记录项 (U) 放电电流(1a 率P=U1 流(1= 一I， 记录数据 计算平均值
GB/T36544一2018 输出额定功率时,效率按式(2)计算
2 )=尸;/m/300/LHVH)×100% 式中 系统效率 1 LHV 氢气低热值,1.2×10'kJ/kg; 系统的平均输出功率,单位为瓦(w); P 5min内的氢气累积消耗质量,单位为克(g). m目 6.9连续运行的实验方法 系统以额定功率负载运行,待直流母线输出电压达到5.2.3.1要求后,开始记录输出电压波动情况 及系统持续运行时间
6.10保护与告警功能试验 6.10.1过载保护试验 调节线性负载使负载功率在100%110%之间,运行10min后,系统的输出功率要降低到额定功 率,或负载功率大于110%，3“后,系统的输出功率要降低到额定功率
系统应有报警信号
6.10.2电池堆入口氢气高低压保护试验 电池堆人口氢气压力降低到制造商规定最低压力值以下或者升高到制造商规定最高压力值以上 时,应能发出报警信号并自动关机保护
6.10.3输出过、欠压保护试验 调节系统输出电压超过输出过压保护设定值或低于输出欠压保护设定值时,应能发出告警信号
6.10.4输出短路保护试验 在系统正常运行状态下,切除辅助储能模块后,使电能少换单元输出短路,短路电阻应不大于80nmQ. 系统应能发出报警信号并自动进人保护状态,故障消除且辅助储能模块切人后,应能自动恢复工作
6.10.5过温保护试验 电池堆温度达到过温保护设定值(由电池堆制造商提供，一般为50C100C之间),应发出报警 信号并自动关机保护
6.10.6氧气泄漏试验 按GB/T310362014中5.2.1规定的方法进行试验
6.10.7告警信息 模拟系统故障,检查系统的告警信息,并检查是否通过通信接口或无线网络短消息等方式将告警 信号传送到近端和远程监控设备
6.11监控功能试验 按以下步骤进行试验: 检查系统有无RS232,RS485/RS422、TCP/IP等标准通信接口和/或各种告警信号输出端子 a
GB/36544一2018 b 根据提供的通信协议检查系统遥测遥信、遥控的内容
6.12系统噪音试验 系统正常工作状态时,在设备前后左右1m,高度的1/2处用声级计测量系统噪音
6.13绝缘电阻 按GB/T198262014中5.3.2规定的方法进行试验 6.14介质强度 按GB/T198262014中5.3.3规定的方法进行试验
6.15耐湿热性能 按GB/T198262014中5.3.6规定的方法进行试验
6.16防护等级 按GB/T4208规定的方法进行试验
6.17防触电措施 按JB/T5777.2一2002中5.12规定的方法进行试验
6.18电磁兼容性试验 6.18.1抗扰度试验 按GB/T19826-2014中6.21规定的方法进行试验
6.18.2电磁发射试验 6.18.2.1 工作条件 电磁发射试验时,气体回路参数和直流输出电压为额定值,输出电流分别为额定电流(电阻性负载 和0.5倍额定电流(电阻性负载
6.18.2.2合格判定 电磁发射限值应符合5.2.17.2的规定
6.18.2.3发射限制试验 检验辐射发射限值,按GB/T92542008规定的方法执行
6.19寿命试验 系统在额定功率下累计运行1500h之后,可以正常启动,并输出额定功率
标志,包装,运输、贮存 7.1标志 7.1.1系统标志 系统应有铭牌,并应安装在明显位置,铭牌上应标明以下内容
GB/T36544一2018 设备名称; a b 型号; e 技术参数至少包含 产品额定功率(kW); 直流标称电压(V); 额定电流(A). d 质量(kg); ee 出厂编号; 制造年月; 制造单位名称或标识 B 产品的各种开关、仪表、信号灯光字牌、动力母线、控制母线、进气(液)端口、排气液)端口,通信接 口等,应有相应的文字符号作为标志,并与接线图上的文字符号一致要求字迹清晰易辨,不褪色.不脱 落,布置均匀,便于观察
7.1.2极性标志 如果电气接头有极性之分,或有接地端子与接地连接线,都应予以标明 7.1.3警示标志 存在危险的部位应使用警示标志,例如 触电危险; 高温; 易燃气体
7.2包装 系统包装应防潮、防振
产品随带文件 产品出厂合格证; a b) 产品使用说明书; 装箱文件资料清单; c d 电气原理图以及电路气路连接图 其他技术资料
e 7.3运输 系统在运输中,应有遮篷,不应有剧烈振动、撞击、暴晒雨淋和倾倒放置等
7.4贮存 系统在贮存期间,应放在空气流通,温度在一25C十55C之间,月平均相对湿度不大于90%， 无腐蚀性和爆炸气体的仓库内,在贮存期间不应淋雨,暴晒、凝露和霜冻 10
GB/36544一2018 录 附 A 规范性附录 试验用仪器,设备 可调节阻性负载 A.1 应满足所测电压范围及电流范围的可调节负载
A.2直流电流分流器 精度:0.2级
3 直流电流表 A， 精度:0.5级
A.4 直流数字电压表 显示位数;4位半
A.5数字存储示波器 频率带宽:不低于10MHz.
A.6模拟示波器 频率带宽:不低于20MHz. 绝缘电阻测试仪 测试电压:DC500V;电阻量程:0MQ1000MQ
A.8绝缘强度测试仪 测试电压;DCc0V2800V
恒温恒湿试验箱 温控误差;士1C
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GB/T36544一2018 A.10声级计 应为积分平均声级计或环境噪声自动监测仪,其性能应不低于GB/T3785(所有部分)的要求
测 量范围:30dB130dB,频率范围;20Hz10kHz 质量流量计 精度>土2%F.Ss.;耐压>3MPa
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变电站用质子交换膜燃料电池供电系统GB/T36544-2018的应用
质子交换膜燃料电池是一种新型的绿色能源，具有高效、环保、可再生等特点。在变电站供电系统中，传统的发电方式存在着诸多问题，如能源消耗大、排放高、易受恶劣环境影响等。而利用质子交换膜燃料电池进行供电，则可以有效解决以上问题。
根据国家标准GB/T36544-2018《变电站用质子交换膜燃料电池供电系统技术要求》，质子交换膜燃料电池供电系统应包括质子交换膜燃料电池模块、变流器、储能装置和配电系统等组成部分。该标准规定了系统的安全、可靠、节能等方面的技术要求，为质子交换膜燃料电池在变电站供电系统中的应用提供了保障。
相比传统的发电方式，质子交换膜燃料电池供电系统具有许多优势。首先，它可以高效地利用能源，将化学能直接转化为电能，能量利用率高达60%以上；其次，质子交换膜燃料电池发电过程中不会产生有害物质，对环境没有污染；此外，质子交换膜燃料电池还具有快速启动、负载跟随性好等特点，非常适合变电站等场景的应用。
除了技术上的优势之外，质子交换膜燃料电池在经济上也具有可行性。虽然当前质子交换膜燃料电池的成本较高，但随着技术的进步和规模的扩大，成本也将逐渐降低。而且，质子交换膜燃料电池供电系统可以实现与电网互联，将余电卖给电网，从而实现收益。
总之，质子交换膜燃料电池供电系统在变电站等场景中的应用前景广阔。相信随着技术的不断发展和推广，质子交换膜燃料电池会成为未来能源领域的重要组成部分。
