ICS 27.070

K 82

中华人民共和国国家标准

GB/T 36544—2018

变电站用质子交换膜燃料电池供电系统

PrOtOn exchange membrane fuel cell PoWer SUPPly SyStenl for PoWer distribution SlIbStatiOn

2019-02-01 实施

国家市场监督管理总局舞帝 中国国家标准化管理委员会发布

前言

规范性引用文件

• 3 术语和定义

• 4 系统组成…

• 5 技术要求

  5.1使用条件…•

  5.2系统技术要求

  521

  5.2.2

  5.2.3

  524

  525

  526

  527

  5.2.8

  5.2.9

  5210

  5211

  5.2.12

  5213

  5.2.14

  5215

  5216

  5217

  5218

  
  

  通用安全要求… 外观和结构…… 直流供电能力… 启动/关机方式… 系统待机功耗… 过载能力......... 系统初始发电效率 连续运行时间… 保护与告警功能

  监控功能......... 系统噪音......... 绝缘电阻......... 介质强度......... 耐湿热性能…… 防护等级------------ 防触电措施…… 电磁兼容性要求 系统寿命要求…

  
  

  2

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  2

  2

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  3

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  3

  3

  
  

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  1

  4

  」

  4

  4

  4

  4

  
  

试验方法

• 6.1 试验前准备

6丄1试验用仪器、设备及要求

• 6.1.2 试验环境条件

6丄3 试验电路框图

• 6.2 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

• 6.8 系统发电效率试验

6.9连续运行的实验方法

6JO 保护与告警功能试验

6.10.1过载保护试验

• 6.10.2 电池堆入口氢气高、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

• 6.11 监控功能试验

• 6.12 系统噪音试验

• 6.13 绝缘电阻

• 6.14 介质强度

• 6.15 耐湿热性能

• 6.16 防护等级

• 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

7 标志、包装、运输、贮存

• 7.1  标志

• 7.1.1  系统标志

7丄2 极性标志

7.1.3 警示标志

• 7.2  包装

• 7.3  运输

• 7.4   贮存...............  *** *........*

附录A （规范性附录）试验用仪器、设备

AJ 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 直流数字电圧表

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 .

A.9 恒温恒湿试验箱

AJO 声级计

A.11 质量流量计

Il

本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草_(J

本标准由中国电器工业协会提出O

本标准由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SΛC∕TC 342)归口。

本标准起草单位：全球能源互联网研究院冇限公司、中国电力科学研究院冇限公司、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、中国科学院大 连化学物理研究所、中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司、中国质量认证中心、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、屮国电器工业协会、中国东方电气集团有 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、靳殷实、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H

变电站用质子交换膜燃料电池供电系统

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。

2 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。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件.其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 3785（所有部分）电声学 声级计

GB/T 4208 外壳防护等级（IP代码）

GB/T 9254-2008 信息技术设备的无线电騒扰限值和测量法

（rΓ⅛∕T 19826—2014电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求

GB/T 27748 J 固定式燃料电池发电系统 第1部分：安全

GB/T 27748J 固定式燃料电池发电系统 第3部分:安装

（JB/T 28816燃料电池术语

GB/T 31036—2014质子交换膜燃料电池备用电源系统安全

GR/T 31037J—2014工业起升车辆用燃料电池发电系统 第I部分：安全

JB/T 5777.2-2002电力系统一次电路用控制及继电器保护屏（柜、台）通用技术条件

3 术语和定义

GB/T 28816界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3J

合闸冲击放电 SWitChill^On impulse discharge

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 CUrrenl required during fault CIearanCe SerViCe

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。

4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1 所示。

变电站用质子交换膜燃料电池供电系统结构示意

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、处理并可能对输入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 J 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：一10笆〜40 °C；

--环境相对湿度：10~ 95 % ,不凝露；

--海拔不超过2 OOO m_π

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/T 27748.1和GB/T 2774&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。

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，直流以线输出电压应不低于直流标称电压的90⅜ _c 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岀功率的1.%。 注：不包含燃料电池电加热部分功耗.

5.2.6过载能力

输岀为额定功率的110%时，系统应能正常运行10 min_O

5.2.7系统初始发电效率

系统输岀额定功率时.系统初始发电效率应不低于35⅜_c

• 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10 h,直流母线输出电庶瞬时波动应不低丁指标标称电 压的87.5%。

5,2.9保护与告警功能

5,2.9.1过载保护

输岀超过額定功率时.系统应能发出报警信号。当系统处于：

——输出在额定功率IO0%〜110%之间，持续10 min；或

——输岀超过额定功率110%，持续3 S_n

电能变换单元应自动进入输出限流保护状态，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入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 发岀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

3

护设定值时应能r∣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入输出限流保护状态，故障消除后,应能能发恢复工作_β

• 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_C

• 5.2.9.6 氢气泄漏保护

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/T 31037.1—2011中4.8.6的要求。

5.297告警信息

系统应具冇下述告警信息：负载过载、氢气泄漏、燃料电池故障、辅助储能模块故障∖DC∕Γ）C模块故 障、供氢压力低、供氢压力高、系统输岀电压高、系统输出电压低、短路、过温、环境温度高、环境温度低

% 系统应能自动发出告警信号，并能通过通信接口将告警信秒传送到近端、远程监控设备C

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65 ClB_n

• 5.2.12 绝缘电阻

系统绝缘电阻应符合GB/T 19826 2014中5.3.2的要求，

5.2.13介质强度

系统介质强度应符合GBZT 19826 2014中5.3.3的要求。

5.2.14耐湿热性能

系统耐湿热应符合GIVT 19826 2014中5.3.6的要求

系统防护等级不应低于lP20_π

系统的防触电措施应符合JIVT 5777.2 -2002中5.12的规定_t1

5.2.17.1抗扰度要求

系统抗扰度应符合GB/T 19826 2014中5.4.1的规定C

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/T 19826—2014中 表12的规定_CI

5.2.18系统寿命要求

系统累计运行1 50() h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。

6 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：

——测星电压的仪表精度应不低于士 1⅜(RSJ;

——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I s/h；

——测量温度的仪表精度应不低于土 1 °C；

——恒流源的电流可调，在恒流充电或放电过程中，其电流的相对变化应在一∣ ⅝(F_tS.)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± 1%(F.S∙)范围内°

除非另冇规定外,本标准中各项试验应在以下条件下进行:

• a)  温度：25 ^oC ± 5 °C t

• b) 相对湿度：不大于75%：

C) 大气压力：86 kPa~1O6 kPa。

6∙1.3 试验电路框

试验电路框图见图2.

充电设备及负载

图2试验电路框

试验前准备：何项试验开始前，都要使用辅助储能模块充电设备对辅助储能模块进代充电.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

目测检査系统的外观与结构C

按以下步骤进行试验：

a）按照图2连接试验电路：

I））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：

a）使系统在额定功率下放电指定时长；

1）＞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50（） ms,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；

C）重复h）步骤3次,每次间隔2 S_O

测试手动方式时,手动启动或关闭燃料电池供电系统，检査系统是否正常启动或关闭。

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。

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,测量其输入功率（扣除燃料电池电加热功耗.），具体测量方法如下：

D 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;

2）用万用表测量储能单元的输出电压UO ,记录储能单元的输出电流L ,根据式（1）计算系统待机 功耗。

P_Q =Uq"               ..............................（ 1 ）

式中：

Po——系统待机功耗,单位为瓦（W）；

Ih ——为储能单元的输出电压，单位为伏（V）；

h——为储能单元的输出电流，单位为安（A） n

6.7过载能力试验

按以下步骤进行试验：

a）按照图2连接试验电路；

I））.启动系统.调节负载使负载功率为110%的额定值，直流输出电圧为出厂整定值，记录系统能 正常运行的时冋α

按以下步骤进行试验：

a）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、用接电流表或其他能 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）；系统氢气输入侧接氢气质量流量计；

1＞）启动系统,调行输出电压为岀厂整定值,调'ι'j阻性负载为额定功率输岀；

C）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5 min记录氢气累 计消耗质量知出、燃料电池系统输出电压U、负载电流储能单元的充放电电流『八按表1 记录5组数据.最后取平均值作为计算依据α

表1系统发电效率试验数据记录表

输岀额定功率时，效率按式(2 )计算。

/f — Pf/Sjl ∕3°°∕LHVH£) X 100%   ............................(2 .)

式中：

7； F ---系统效率；

LHV_lU——氢气低热值,1.2X10⁵ kj/kg；

PF  ——系统的平均输出功率,单位为瓦(W)；

m _IK --5 Tnin内的氢气累积消耗质量,单位为克(g) °

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1OO%〜11。％之间，运行10 min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 s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

电池堆入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丁输出欠圧保护设定值时，应能发出告警信号。

• 6.10.4 输岀短路保护试验 在系统正常运纾状态下,切除辅助储能模块后,使电能变换单元输出短路,短路电阻应不大于80 mQ,

系统应能发岀报警信秒并自动进.入保护状态,故障消除且辅助储能模块切入后,应能白动恢复工作n

6J0.5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50 ^oC-100笆之间)，应发出报警 信号并自动关机保护.

6.1OE 氢气泄漏试验

按GB/T 31036—2014中521规定的方法进行试验。

6.10.7告警信息

模拟系统故障.检査系统的吿警信息，并检查是否通过通信接丨I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_D

6.11监控功能试验

按以下步骤进行试验:

a)检査系统有无RS232 √RS485∕RS422 .TCH∕IH等标准通信接口和/或各种告警信号输岀端子;

b）根据提供的通信协议检查系统遥测、遥信、遥控的内容D

• 6.12 系统噪音试验

系统正常工作状态时，在设备前后左右1 m、高度的1/2处用声级计测量系统噪音。

• 6.13 绝缘电阻

按GB/T 19826—2014中532规定的方法进行试验。

6.14介质强度

按GB/T 19826—2014中5.3.3规定的方法进行试验。

6.15耐湿热性能

按GB/T 19826—2014中5.3.6规定的方法进行试验。

6.16 防护等级

按GB/T 4208规定的方法进行试验。

按JB/T 5777.2 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/T 19826—2014中6.21规定的方法进行试验_tj

• 6.18.2 电磁发射试验

• 6.18.2.1  工作条件

电磁发射试臆时，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）n

• 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/T 9254-2008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1 500 h之后，可以正常启动，并输岀额定功率。

标志、包装、运输、贮存

7.1.1系统标志

系统应有铭牌,并应安装在明9丄位置，铭牌上应标明以下内容:

a） 设备名称；

b） 型号；

C）技术参数至少包含：

D 产品额定功率（kW）；

2） 直流标称电压（V）;

3） 额定电流（A）.

Cl）质量（kg）;

e） 出厂编号$

f）  制造年月；

K）制造单位名称或标识•

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F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：

a）产品出厂合格证;

L））产品使用说明书：

C）装箱文件资料清单；

a）电气原理图以及电路气路连接图；

e）其他技术资料。

7.3运输

系统在运输中.应冇遮篷，不应冇剧烈振动、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i

  
  

,温度在一25笆〜+ 55笆 之间，月平均相对湿度不大于9。%,

无腐蚀性和爆炸气体A勺仓库内，/I :贮存期间不丿⅛淋雨、暴晒、凝露和霜冻_O

]()

温控误差：士1笆。

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/T 3785（所有部分）的要求。 量范围：30 dB-130 dB,频率范围：20 HZ-IO kHz.

A.11质量流量计

精度≥±2⅜F.S.;耐压 ≥3 MPa_O

中华人民共和国

国家标准

变电站用质子交换膜燃料电池供电系统

GB/T 36544—2018

中国标准出版社出版发行 北京市朝阳区和平里西街甲2号＜100029) 北京市西城区三里河北街16号( IooO45 )

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2018年7月第一版

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