北疆電廠1 000 MW機組保安電源若干問題探討

姜保光，張 峰

（1.山東電力建設(shè)第二工程公司，山東 濟南 250100，2. 深圳山東核電工程有限責(zé)任公司，山東 濟南 250101）

北疆電廠1 000 MW機組保安電源若干問題探討

姜保光1，張 峰2

（1.山東電力建設(shè)第二工程公司，山東 濟南 250100，2. 深圳山東核電工程有限責(zé)任公司，山東 濟南 250101）

對北疆電廠1000MW機組保安電源的電源設(shè)置方式、電源接線方式進行討論，比較各種備選設(shè)計方案的優(yōu)缺點，并就各種方案的的安全性和必要性等進行分析，對在保安電源系統(tǒng)調(diào)試中部分問題進行分析。

交流事故；保安電源；電源設(shè)置；接線方式

0 引言

大中型機組在電力系統(tǒng)中居有重要地位，它直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，且隨著機組容量的增大，主要輔機容量亦隨之增大，為保證機組及重要輔機在全廠停電事故中安全停運的交流事故保安負(fù)荷的容量及數(shù)量也相應(yīng)增加。因此，DLS000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第l3.3.17條規(guī)定：“容量為200 MW及以上的機組，應(yīng)設(shè)置交流保安電源。交流保安電源宜采用快速起動的柴油發(fā)電機組”。天津北疆電廠2×1 000 MW機組在華北網(wǎng)中具有舉足輕重的作用，就北疆電廠保安電源設(shè)計及調(diào)試中的一些問題進行探討。

1 交流事故保安電源的設(shè)置方式

1.1 設(shè)計原則

1）獨立性強，該電源與機組及其廠用系統(tǒng)相對獨立，不受其干擾，保安電源的投入條件只限于保安母線段失電。

2）可靠性高，電源設(shè)備和配電故障幾率低，投入成功率高。

3）電能質(zhì)量滿足要求，正常運行狀態(tài)和負(fù)荷起動狀態(tài)下的電壓、頻率均能滿足廠用電技規(guī)的要求。

4）維護工作量小，經(jīng)濟效益好。該電源投入使用后，維護工作量小，重復(fù)投資低。

1.2 設(shè)置方式

北疆電廠交流事故保安電源可供選擇的類型有三種：外部電源、交直流逆變機組、柴油發(fā)電機組。

1.2.1 外部電源

北疆電廠的外部電源有兩種方式：地區(qū)電網(wǎng)電源、老廠電源。

地區(qū)電網(wǎng)電源。此種方式系指新建電廠附近原有的地區(qū)電網(wǎng)。雖然北疆電廠建有一座專用的35 kV變電所，但是北疆電廠投產(chǎn)后將成為該地區(qū)的主要電源。因此在北疆電廠出現(xiàn)故障停機時，地區(qū)電網(wǎng)失去作為保安電源的資格。因此雖然外部電源具有維護工作量小，經(jīng)濟投資少的特點。但是電源的獨立性差

老廠電源。指在擴建或者新建廠附近有相鄰中小型電廠，這種供電方式應(yīng)從老廠發(fā)電機母線或廠用電工作母線上引接10 kV（6 kV）電源至新建電廠，經(jīng)保安變壓器后供給新機組事故保安電源。采用此種方式要取決于新老廠之間的距離及供電可靠性。一般情況新老廠距離不超過10 km時采用這種方式。北疆電廠周圍10 km范圍內(nèi)雖然有小型電廠，但是北疆電廠地處濱海地區(qū)，廠址范圍為鹽場儲水池，周圍為鹽場曬鹽池，自然地面標(biāo)高在0～2.0 m之間。這種自然條件使得這種方式具有的投資少，施工簡單的優(yōu)勢蕩然無存，雖然當(dāng)新建廠距離老廠較遠(yuǎn)時，可以采用二臺機組雙回電源互為備用的接線方式。這種保安電源形式設(shè)置簡單，維護管理工作量小，電廠機組臺數(shù)多，可靠性比較高，多數(shù)能在事故停機時起到保安作用。而且這種引接方式的最大缺點是由于某種原因引發(fā)新、老廠同時停電事故時，后果將不堪設(shè)想，而且北疆電廠目前為一期工程只有2臺機組，顯然采取這種方式是不合適的。

1.2.2 交直流逆變機組

逆變機組為交直流電動發(fā)電機組。接于蓄電池組上。設(shè)備構(gòu)成簡單，正常維護工作量小。事故情況下由蓄電池組提供事故保安電源安全可靠。這種方式的缺點是事故情況下該機組由蓄電池供電，其容量受蓄電池容量的限制，設(shè)備存在間接投資。同時長時間帶交流事故負(fù)荷，影響蓄電池的安全運行 ，而且國內(nèi)只有一種100 kW的逆變機組。因此，這種方式的容量不能滿足北疆電廠的要求以及使用受到諸多因素的限制，不能采用此種方式。

1.2.3 柴油發(fā)電機組

專用柴油發(fā)電機組是電廠中應(yīng)用最為廣泛的一種交流保安電源方式。這種保安電源設(shè)置方式的最大優(yōu)點就是它不受外界電網(wǎng)干擾，獨立性強，不管何種原因引起的停機事故，它都能起到保證機組安全停機的作用。供電可靠性高，且柴油發(fā)電機組容量等級多，可隨需要選用。這種方式雖然比引接地區(qū)電網(wǎng)投資大，但是電源的可靠性和獨立性有很大提高；與外接老廠電源建造一條線路相比可靠性高，投資亦比較省。它的主要缺點就是，平時維護工作量較大。

因此北疆電廠每臺機組配置一臺1.8 MW的柴油發(fā)電機具有獨立性好、可靠性高、電能質(zhì)量滿足要求的優(yōu)點，但是缺點就是維護工作量大。

2 交流事故保安電源的接線方式

目前，大機組中設(shè)置的交流事故保安電源系統(tǒng)一般由兩路外接電源和應(yīng)急柴油發(fā)電機組成，當(dāng)廠用母線電壓消失后，首先投備用外接電源，同時發(fā)出信號啟動應(yīng)急柴油發(fā)電機 如果備用外接電源投切成功，柴油發(fā)電機可不投入，如果外接保安電源投切失敗則投柴油發(fā)電機。

2.1 基本原則

專用柴油發(fā)電機組與汽輪發(fā)電機組成對應(yīng)性配置。

交流保安電源的電壓及中性點接地方式應(yīng)與低壓廠用系統(tǒng)取得一致。一般每臺機組設(shè)置一段事故保安母線，單母線接線。當(dāng)事故負(fù)荷中具有一臺以上的互為備用的I類電動機時，保安母線應(yīng)采用與低壓廠用工作母線相應(yīng)的接線方式。每臺機組的交流事故保安負(fù)荷應(yīng)由本機組的保安母線段集中供電。

交流事故保安母線段除了由柴油發(fā)電機組取得保安電源外，還需由廠用電取得正常工作電源，以滿足機組正常運行情況下需要運行的保安負(fù)荷的供電要求。

2.2 常見接線方式舉例

2.2.1 接線方式一

每臺機組設(shè)置一段保安母線，下設(shè)汽機、鍋爐、脫硫等事故保安MCC。此種接線方式為：專用柴油發(fā)電機組接至保安母線段，而汽機、鍋爐、脫硫等事故保安MCC的正常工作電源分別引自不同的單元低壓廠用工作變壓器。正常工作時，各事故保安MCC分別經(jīng)不同的單元廠用變由廠用工作電源供電，當(dāng)任意事故保安MCC失電時，經(jīng)延時確認(rèn)快速起動柴油發(fā)電機組，當(dāng)柴油發(fā)電機組起動成功并具備投負(fù)荷條件時，經(jīng)延時確認(rèn)后斷開該保安MCC的工作電源進線開關(guān)，自動投入柴油發(fā)電機組出口開關(guān)，然后投入該保安MCC備用電源進線開關(guān)，恢復(fù)對保安負(fù)荷的繼續(xù)供電。接線方式接線見圖1。

2.2.2 接線方式二

每臺機組設(shè)置了保安MCCA和保安MCCB兩段保安電源，每段保安段共有3路進線電源分別來自工作400 V A段和工作400 V B段和柴油發(fā)電機組，以保安MCCA段為例，工作IA段是它的常用電源，工作IB段是第1備用電源，柴油發(fā)電機是第2備用電源。接線方式接線見圖2。

2.2.3 天津北疆電廠事故保安電源接線方式

圖3為北疆電廠事故保安電源系統(tǒng)。每臺機組設(shè)置保安動力中心，每段保安中心共有2路電源分別來自柴油發(fā)電機組和10 kV保安變；下設(shè)多段保安MCC（1號、2號汽機保安MCC，1號、2號鍋爐MCC，脫硫保安MCC），以1號汽機保安MCC為例，汽機PC I段是它的常用電源，保安動力中心是它的備用電源。當(dāng)汽機PC電壓消失后，首先投外接保安變電源，同時發(fā)出信號，啟動應(yīng)急柴油發(fā)電機；如果外接保安變電源投切成功，柴油發(fā)電機可不投入；如果外接保安變電源投切失敗，則投柴油發(fā)電機。汽機PC電源恢復(fù)時，保安MCC應(yīng)恢復(fù)由廠用電供電，在倒換過程中應(yīng)采用瞬間停電的方法，嚴(yán)禁采用并列倒換。

圖1 接線方式一接線圖

圖2 接線方式二接線圖

圖3 北疆電廠事故保安電源接線方式

以上三種保安電源的接線方式比較來看，第一種接線方式簡單靈活，但是會造成柴油機的頻繁啟動；第二種保安電源接線，雖然能避免保安段進線PC電纜故障造成柴油機不必要的啟動，但是接線方式和控制回路復(fù)雜，而且不適宜于需要多段保安電源的情況；北疆電廠的保安電源系統(tǒng)融合了前兩種接線方式的優(yōu)點，具有更好的可靠性和靈活性，而且投資少適合保安電源負(fù)荷比較多的情況下，對保護設(shè)備起到更好的作用；更適合于以后的大型機組設(shè)計。

3 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及處理

3.1 柴油機問題

柴油機在啟動過程中，由于機務(wù)人員將油箱閥門關(guān)閉，柴油機自啟動后將機組內(nèi)存儲的燃油耗盡，柴油機停機后，無法啟動。在現(xiàn)場調(diào)試過程中柴油發(fā)電機暴露了較多問題，任一方面出現(xiàn)問題都將導(dǎo)致柴油機不能快速啟動，另外為了保證柴油機的正常啟動，蓄電池也需要經(jīng)常維護檢查。為了克服這些因素帶來的不利后果，除了加強柴油機組的檢修和維護外 ；發(fā)電廠還應(yīng)定期進行柴油機啟動試驗。

3.2 發(fā)電機問題

在調(diào)試保安電源系統(tǒng)時 由于在柴油機啟動試驗時，很難組織很大的負(fù)荷，柴油機帶的負(fù)載較小。后來在做柴油機帶保安段，負(fù)荷自啟動試驗中，將保安段所有負(fù)荷啟動時，柴油機故障停機，檢查結(jié)果為發(fā)電機差動跳閘，由于發(fā)電機的保護為廠家配套的控制柜實現(xiàn)，差動CT全部裝在發(fā)電機內(nèi)部，在檢查了發(fā)電機，確認(rèn)發(fā)電機無故障后，判斷可能是CT極性錯誤；檢查后發(fā)現(xiàn)是廠家將兩相CT極性接錯。

3.3 DCS邏輯問題

由于北疆電廠的保安電源系統(tǒng)比較大，邏輯均有DCS實現(xiàn)，所以DCS邏輯比較復(fù)雜，因此出現(xiàn)的問題就比較多。

保安PC段電源由柴油機切換到保安變過程中，保安段失壓低電壓會報警，由于保安變進線開關(guān)自動分閘指令條件中，母線低電壓會自動分閘，保安PC段電源在由柴油機回切到保安變時由于低電壓報警會出現(xiàn)保安變進線無法合閘現(xiàn)象，保安變進線自動分閘指令邏輯如圖4所示。

圖4 DCS邏輯圖

經(jīng)過討論將DCS邏輯中母線低電壓報警在自動分閘條件中將長信號改為短脈沖，失壓后只發(fā)1次短脈沖分閘指令。

3.4 負(fù)荷投切問題

設(shè)計規(guī)程中規(guī)定電廠各專業(yè)的負(fù)荷，要將負(fù)荷特性表中的屬于零類的交流負(fù)荷及停機過程中的一些重要負(fù)荷接至保安電源，由于北疆電廠的柴油機比較大可以滿足所有負(fù)荷同時啟動的要求，所以不需要進行負(fù)荷的分批投切。但是保安MCC由備用電源向主電源自動切換過程中，馬達無法實現(xiàn)失壓自啟動，對馬達保護器再次進行失壓重啟動模擬試驗，保護器失壓重啟動功能良好。經(jīng)過多次切換試驗馬達仍然無法實現(xiàn)自啟動。最后對保安MCC母線電壓進行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)在切換過程中保安MCC母線電壓出現(xiàn)極短時間的下降，分析后認(rèn)為是在母線電壓下降時交流保持接觸器失壓跳開，但是由于切換的太快，母線電壓變化太快馬達綜合保護裝置的靈敏度低無法檢測到失壓，所以決定在不影響保安電源系統(tǒng)的情況下人為使母線失壓10 mS，因此在主電源合閘DCS邏輯中增加10 mS延時。在后來的投切試驗中，馬達實現(xiàn)100%失壓重啟動。在吹管期間由于起備變故障全廠失電，柴油機準(zhǔn)確啟動投入，保安電源及時恢復(fù)，保安段馬達全部準(zhǔn)確失壓重啟動，保證了機組安全停爐。

4 結(jié)語

北疆電廠保安電源系統(tǒng)的電源設(shè)計，設(shè)計保安變解決了保安MCC工作電源故障和檢修情況下，不需要啟動柴油機，具有一定的經(jīng)濟性；而且這種設(shè)計操作簡單、運行方式靈活、可靠性高。將所有的保安段負(fù)荷全部設(shè)計在保安MCC，這種接線方式清晰、簡單、操作方便。保安電源的所有控制邏輯均由DCS實現(xiàn)，這種控制方式所用元件少、控制簡單。但是這種控制方式在有信號誤發(fā)情況下容易出現(xiàn)誤動、而且在DCS故障情況下將出現(xiàn)保安電源開關(guān)誤動和無法操作的危險。

［1］水利電力部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊［M］.2004，6.

［2］DL/T5153-2002 火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定.

［3］DL5000-2000 火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程.

［4］山西省電力設(shè)計院.20萬kW及以上機組交流事故的保安電源供電方式及設(shè)備選擇.1987，6.

［5］電力工程電氣設(shè)計手冊［M］.水利電力出版杜，1989，12.

［6］SDJI-84 火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)定.水利電力出版社，1985.

姜保光（1980-），主要從事電氣設(shè)備安裝、調(diào)試工作。張峰（1981-），主要從事電氣設(shè)備安裝、調(diào)試工作。

The Problem Study on the Security Power Supply in Beijiang 1000 MW Power Plant

The paper presents the discussions of the set and the wiring ways the security power supply in Beijiang 1000 MW power plant.The advantages and disadvantages are analyzed considering the security and necessity of different design programs in the two aspects.In addition,some problems in debugging the security power supply are analyzed.

alternating accident；the security power supply；way to set up；the wiring ways

book=33,ebook=51

TM 621.7

B

1007－9904（2010）04－33－04

2010－01－28