保安電源系統(tǒng)控制技術(shù)及應(yīng)用

馬洪濤

(中國華電工程(集團)有限公司，北京 100160)

1 西塞山工程項目概況

湖北華電西塞山發(fā)電有限公司2×680 MW機組工程由中國華電工程(集團)有限公司進行工程總承包建設(shè)。根據(jù)業(yè)主要求，2臺機組分別于2010年12月和2014年4月順利通過168 h滿負荷試運，至此項目建設(shè)工作基本完成。

2 原保安電源系統(tǒng)控制技術(shù)方案

(1)根據(jù)GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》的要求，該工程對機組分別設(shè)置快速啟動的柴油發(fā)電機組作為交流保安電源。

(2)根據(jù)DL/T 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》的要求，該工程的保安電源接線采用暗備用動力中心接線方式，保安母線段接自本機組的2段動力中心互為自投，當(dāng)確認2段動力中心都失電后才能啟動柴油發(fā)電機組。

(3)根據(jù)DL/T 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》的要求，該工程柴油機廠家提供了自動和手動控制裝置，自動控制裝置為丹福BGCL控制器，由可編程控制器(PLC)、操作顯示設(shè)備及各種傳感器、繼電器等組成。

(4)在與柴油發(fā)電機廠家簽署的技術(shù)協(xié)議中，要求柴油機自動控制裝置的控制功能包括在動力中心故障時自動啟動柴油機、自動切換發(fā)電機和動力中心主開關(guān)。在動力中心恢復(fù)時，由發(fā)電機開關(guān)自動切換到動力中心開關(guān)。柴油機自動控制裝置的控制范圍除了包括柴油發(fā)電機組和保安動力中心(PC)段外，還應(yīng)包括保安馬達控制中心(MCC)各段的工作和備用電源進線開關(guān)等。

3 原技術(shù)方案實施中遇到的問題

西塞山工程項目的保安電源技術(shù)方案對柴油及制造廠的技術(shù)要求都屬于常規(guī)要求，已有多年的實施經(jīng)驗。但在首臺機組調(diào)試的3個月內(nèi)，保安電源系統(tǒng)的控制功能始終無法正常投入使用，尤其是在機組整套啟動階段，在機組動力中心正常工作的情況下，柴油發(fā)電機組頻繁啟、停并經(jīng)常切除正常工作的動力中心進線開關(guān)，這些問題嚴重困擾了項目各相關(guān)方的電氣技術(shù)人員，也干擾了機組整套啟動階段的各項工作安排。

經(jīng)過綜合分析發(fā)現(xiàn)，在機組整套啟動階段，機組動力中心存在嚴重的電壓諧波擾動問題。動力中心母線電壓的錄波形態(tài)如圖1所示。

圖1 動力中心母線電壓的錄波圖

根據(jù)GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中要求，火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的電能質(zhì)量在正常工作情況下，交流母線的各次諧波電壓含有率不宜大于3%，電壓總諧波畸變率不宜大于5%。

由圖1中的錄波圖形可見，電廠內(nèi)380 V動力中心母線電壓存在的電壓總諧波畸變率已達到20%，遠超電能質(zhì)量限制要求。在原技術(shù)方案中，由柴油機廠家提供的自動控制裝置無法適應(yīng)380 V動力中心母線的電壓諧波擾動，進而引起了保安電源控制裝置失靈、柴油機頻繁起停等問題。

4 保安電源系統(tǒng)控制新方案

根據(jù)上述出現(xiàn)的問題，筆者提出了保安電源系統(tǒng)控制新方案，新方案包括以下幾個方面的問題。

4.1 保安電源接線形式

通過監(jiān)測3路進線電源的電壓、母線電壓、開關(guān)投切狀態(tài)和備投閉鎖狀態(tài)，對發(fā)電廠保安電源進行自動投切。3路進線分別為進線Ⅰ、進線Ⅱ和進線Ⅲ。進線Ⅰ和進線Ⅱ分別接入380 V動力中心電源，進線Ⅲ接入柴油發(fā)電機設(shè)備。3路進線上的投切開關(guān)依次為1ZKK，2ZKK和3ZKK，接線方式如圖2所示。

圖2 保安電源接線方式

4.2 以進線Ⅰ為主電源時，進線Ⅱ備用投入邏輯

當(dāng)檢測到開關(guān)1ZKK處于閉合狀態(tài)時，另2路的開關(guān)2ZKK和3ZKK處于分位，2ZKK開關(guān)在工作位置，且母線與進線Ⅱ有電壓，無備投閉鎖時，進線Ⅱ進行備用充電并完成充電。當(dāng)母線低電壓時，跳閘1ZKK開關(guān)，跳閘成功后合閘2ZKK開關(guān)，實現(xiàn)進線Ⅱ的備用投入;當(dāng)2ZKK開關(guān)處于合位或進線Ⅱ低電壓或有備投閉鎖時，進線Ⅱ進行放電，進線Ⅰ與進線Ⅱ備用投入邏輯如圖3所示。

圖3 進線Ⅰ與進線Ⅱ備用投入邏輯

4.3 柴油發(fā)電機設(shè)備的投入邏輯

當(dāng)母線有電壓、進線I或進線Ⅱ有電壓，3ZKK開關(guān)處于工作位置分位狀態(tài)時，當(dāng)無備投閉鎖時，柴油發(fā)電設(shè)備進行備用充電延時并完成充電。當(dāng)母線、進線 I及進線Ⅱ均無電壓，或母線無電壓且1ZKK開關(guān)和2ZKK開關(guān)均在分位狀態(tài)時，經(jīng)延時發(fā)送啟動柴油發(fā)電機的命令，檢測到進線Ⅲ有電壓后，先跳閘1ZKK開關(guān)和2ZKK開關(guān)，經(jīng)延時發(fā)合閘3ZKK開關(guān)命令，實現(xiàn)進線Ⅲ的投入;當(dāng)3ZKK開關(guān)處于合位或有備投閉鎖狀態(tài)時，進線Ⅲ進行放電。如圖4所示。

4.4 進線恢復(fù)邏輯

圖4 柴油發(fā)電機設(shè)備投入邏輯

當(dāng)3ZKK開關(guān)在合位、1ZKK開關(guān)和2ZKK開關(guān)處于分位狀態(tài)時，母線有電壓，進線I或進線Ⅱ有電壓，無備投閉鎖時，進行進線恢復(fù)充電延時并完成充電。1ZKK開關(guān)在工作位置，進線I有電壓時，跳閘3ZKK開關(guān)，跳閘成功后合閘1ZKK開關(guān)，完成進線I的恢復(fù)。當(dāng)2ZKK開關(guān)在工作位置、進線Ⅱ有電壓時，跳閘3ZKK開關(guān)，跳閘成功后合閘2ZKK開關(guān)，實現(xiàn)進線Ⅱ的恢復(fù)。當(dāng)1ZKK或2ZKK開關(guān)處于合位狀態(tài)或有備投閉鎖時，進線Ⅰ或進線Ⅱ進行放電，如圖5所示。

圖5 進線恢復(fù)邏輯

4.5 以進線Ⅰ為主電源時，進線Ⅱ完成備用投入后的回切邏輯

當(dāng)2ZKK開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，1ZKK開關(guān)和3ZKK開關(guān)處于分位狀態(tài)，1ZKK開關(guān)處于工作位置狀態(tài)，且母線與進線Ⅰ有電壓，當(dāng)無備投閉鎖時，進線Ⅰ進行回切充電延時并完成充電;跳閘2ZKK開關(guān)，跳閘成功后合閘1ZKK開關(guān)，實現(xiàn)回切;當(dāng)1ZKK開關(guān)處于合位或有備投閉鎖狀態(tài)時，進線Ⅰ進行放電。如圖6所示。

圖6 進線Ⅰ與進線Ⅱ的回切邏輯

5 結(jié)論

依據(jù)新技術(shù)方案，在西塞山工程項目中，首臺機組的保安電源系統(tǒng)采用了全新的保安電源控制設(shè)備，在機組進入168 h滿負荷試運前完成了整個保安電源系統(tǒng)控制部分更改，實現(xiàn)了柴油發(fā)電機的可靠控制和保安電源系統(tǒng)的可靠投運，為機組試運創(chuàng)造了安全保障的條件。

目前，該控制設(shè)備已被定型為PSP692U數(shù)字式進線自動投切裝置，在西塞山發(fā)電有限公司投入運行時間已達3年以上;在2014年投產(chǎn)的第2臺機組的保安電源系統(tǒng)中也得到了應(yīng)用。根據(jù)該技術(shù)定型生產(chǎn)的“發(fā)電廠保安電源自動投切裝置”于2011年10月5日獲得實用新型專利(專利號 ZL 201120074695.X)。

新技術(shù)方案吸收并總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于保安電源系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)理論，開拓并實踐了一個新的保安電源系統(tǒng)控制方式，不僅滿足了發(fā)電廠內(nèi)電氣系統(tǒng)特殊的電磁工作環(huán)境要求，也為今后電氣設(shè)備如何避免電氣系統(tǒng)諧波干擾提供了有效的借鑒。

［1］GB 50660—2011大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］DL/T 5153—2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.

［3］GB/T 14285—2006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］.