300 MW火電機組交流保安系統(tǒng)探討

王雷鳴，林令知，師法民

（國核電力規(guī)劃設計研究院，北京 100094）

0 引言

事故保安負荷即為保證機組安全停運，事故消除后能快速重新啟動，或為防止危及人身安全等原因，需在全廠停電時繼續(xù)供電的負荷。如果缺少事故保安電源，將引起主要設備損壞、重要的自動控制失靈或推遲恢復供電等嚴重后果。

大型機組在電力系統(tǒng)中居有重要地位，它直接關系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。保安電源作為保護電廠重要設備的最后防線，顯得至關重要。保安電源的選擇決定著整個保安電源系統(tǒng)的可靠性。DL 5000-2000《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》第13.3.17條規(guī)定：“容量為200 MW及以上的機組，應設置交流保安電源。交流保安電源宜采用快速啟動的柴油發(fā)電機組”。采用柴油發(fā)電機組作為電廠保安電源的最大優(yōu)點是它獨立性強，不受外界電網(wǎng)干擾，投資也比較省，只要產(chǎn)品質量過關，設計合理，運行維護得當，供電可靠性較高。當前，大型火電機組普遍采用專用柴油發(fā)電機組作為交流事故保安電源。

1 柴油機組作為保安電源的接線

1.1 采用自動轉換開關的接線原理

以某2×300 MW電廠為例，介紹一種以柴油發(fā)電機作為保安電源的安全、可靠的接線方式。接線原理圖見圖1。

圖1 保安電源接線原理圖

圖1為交流保安電源采用自動轉換開關的接線方案。每臺機組設置一臺柴油發(fā)電機組和兩路保安母線段，機組保安負荷分別接于保安MCCA段和MCCB段。保安MCCA（MCCB）段設有一路正常工作電源及兩路備用電源。正常工作電源為工作PCA（PCB）段，PCB（PCA）段作為工作電源的一路備用電源，柴油發(fā)電機組作為另一路備用電源。保安MCCA（MCCB）段正常工作時自動轉換開關1在工作PCA（PCB）側，自動轉換開關2在工作電源側，當工作PCA（PCB）側電源故障，自動轉換開關1的控制器判斷為事故斷電，自動轉換開關1延時（0～6 s）切換至工作PCB（PCA）段供電，同時啟動柴油機。如果工作PCB（PCA）側電壓正常，則延時0～60 min停柴油機，若工作PCB（PCA）側電源故障，自動轉換開關2的控制器判斷為事故斷電，則自動轉換開關2快速切換至柴油機側。當柴油機組起動成功并具備帶負荷條件時，保安負荷按各自的工藝連鎖要求自動投入，非重要的保安負荷或允許較長時間中斷供電的保安負荷可考慮延時自動投入或手動投入，以保證需瞬時投入的交流事故保安負荷的供電可靠性。

該接線的主要優(yōu)點在于：保安母線段與單元廠用工作母線段呈對應設置，單元性強，任一保安母線段上的任一負荷回路故障而該回路保護設備拒動的情況下，則由該保安母線段進線開關動作切除故障，而不會影響另一段保安母線的供電，且負荷均勻接至兩保安母線段上，即使跳掉一段保安母線，還有一半保安負荷繼續(xù)工作，對互為備用的保安負荷將不會受到影響。

1.2 選用自動轉換開關的技術優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的斷路器切換電源的接線方式相比，火力發(fā)電廠交流保安電源設計采用自動轉換開關接線在安全性、可靠性以及運行檢修的便利性等方面更具優(yōu)勢。

在安全性方面，自動轉換開關為電磁瞬間激勵、機械保持結構，具有電氣/機械雙重互鎖功能，完全避免了工作電源和備用電源的長期并聯(lián)運行；在事故切換過程中，通過機械聯(lián)鎖可實現(xiàn)先斷后合的串聯(lián)切換，避免了柴油發(fā)電機投入故障線路，保證了切換過程的安全性。

在可靠性方面，自動轉換開關的開關和控制器采用一體化裝置，避免了孤立元件引起的可靠性問題。同時，整套設備需按國家相關標準進行出廠試驗，設備的可靠性得到了比較充分的保證。

在運行檢修的便利性方面，由于自動轉換開關成套的控制器具備同期檢測功能，試驗時將自動進行先合后斷切換，試驗完成后，由切換開關自動完成先接后斷切換，切換過程中不中斷對保安段所帶負荷的供電。整個試驗過程操作簡單，減少了人為誤操作的風險。同時，自動轉換開關運行方式靈活，也可根據(jù)運行需要采用先斷后合切換方式。

2 柴油機容量的確定

柴油發(fā)電機組的長期允許容量應能滿足機組安全停機最低限度連續(xù)運行負荷的需要。

2.1 柴油發(fā)電機組的負荷計算

采用換算系數(shù)法進行柴油發(fā)電機組負荷計算。負荷的計算原則與廠用變壓器的負荷計算相同，但應考慮保安負荷的投運規(guī)律。容量計算原則為：對經(jīng)常連續(xù)和不經(jīng)常連續(xù)運行的負荷應計及全部容量；對經(jīng)常短時和經(jīng)常斷續(xù)運行的負荷應計及一半的容量；對不經(jīng)常短時和不經(jīng)常斷續(xù)運行的負荷不應計及容量。

負荷計算公式為 Sc=KΣP，Pc=Sccosφc，

式中：Sc為計算負荷看，kVA；ΣP為每個單元機組事故停機時，可能同時運行的保安負荷的額定功率之和，kW；K為換算系數(shù)，取0.8；Pc為計算負荷的有功功率，kW；cosφ為計算負荷的功率因數(shù)，可取0.86。

此電廠1號機組的保安計算負荷為616 kVA，選取，額定功率為550 kW，功率因數(shù)為0.8，額定容量為688 kVA的柴油發(fā)電機。

2.2 校驗柴油發(fā)電機帶負荷啟動一臺最大容量的電動機時的過負荷能力

發(fā)電機在熱狀態(tài)下，能承受150%Se，時間為15s。校驗公式為

式中：PDm為最大電動機的額定功率，kW；Kq為最大電動機的起動電流倍數(shù)。

1號機組保安段上最大容量電動機為55 kW的頂軸油泵電機，代入公式有

2.3 校驗柴油發(fā)電機的首次加載能力

要求制造廠保證柴油發(fā)電機的首次加載能力，不低于額定功率的50%。首次加載能力校驗公式為

式中：ΣP″ed為首批加載的保安負荷額定功率之和，kW；KQ為起動負荷的電流倍數(shù)， 取5；cosφQ為起動負荷的功率因數(shù)，取0.4。

利用以上公式對1號柴油發(fā)電機組進行首批加載校驗，證明了688 kVA的容量滿足要求。

3 柴油機組作為保安電源需注意的事項

3.1 重視柴油發(fā)電機組

有些電廠認為機組臺數(shù)多，全廠停電可能性不大，超過半小時的長時間全廠停電可能性更小。所以有的電廠取消了在柴油機房的專門值班人員，造成無人專門管理，平常也很少維護。因而柴油機組可靠性降低，關鍵時刻甚至運行不起來，起不到應急保安電源的作用。

3.2 加強對柴油發(fā)電機組蓄電池的維護

電廠運行人員往往只重視發(fā)電機控制設備部分和機械部分的維護和管理，而忽視對蓄電池的維護和管理，殊不知柴油發(fā)電機不能正常起動的原因很大程度就在于蓄電池。所以蓄電池的在線監(jiān)測和定期檢測非常重要，為此，必須對蓄電池組進行定期充放電測試，核對電池容量，及時發(fā)現(xiàn)和處理不良電池，保持蓄電池組的完好狀態(tài)以及進行大電流放電的良好起動性能。

3.3 重視調試過程中發(fā)現(xiàn)的問題

通過調試考核柴油發(fā)電機系統(tǒng)一、二次設備的性能及質量，及時發(fā)現(xiàn)并排除缺陷，使柴油發(fā)電機系統(tǒng)安全順利地投入運行，且其保護和快速切換功能能夠滿足運行要求，確保今后發(fā)電機投運能夠順利進行。

總之，選用合適的柴油發(fā)電機組，采用合理的布置方式，制定科學的運行管理辦法，積極的運行維護和常抓不懈的管理手段是保證柴油發(fā)電機組可靠穩(wěn)定運行的必要條件。

4 結束語

交流保安電源系統(tǒng)作為全廠停電或事故停機時，保證機組安全停運和設備、人身安全的交流電源系統(tǒng)，其重要性不言而喻。保安電源的接線方式，應結合工程的具體情況。根據(jù)保安負荷容量選取合適的柴油發(fā)電機后，還需在電廠正常運行時，加強對柴油發(fā)電機組的維護、管理工作，以保證在全廠停電時柴油發(fā)電機組能夠順利投運。