發(fā)電廠柴油發(fā)電機(jī)和機(jī)組保安段控制回路改造

黃姝

(大唐華銀株洲發(fā)電有限公司，湖南株洲412000)

1 事故案例

某發(fā)電廠曾經(jīng)發(fā)生由6 kV電機(jī)A相引出線絕緣磨損而跳機(jī)的事故。事故電機(jī)在運(yùn)行中接地(20 s后轉(zhuǎn)為穩(wěn)定接地)，由于6 kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，6 kV接地保護(hù)只投報(bào)警，2 h后才投跳閘，不穩(wěn)定接地產(chǎn)生的弧光過電壓擊穿絕緣薄弱的進(jìn)線TV B相瓷瓶，明火和煙霧造成TV間隔三相短路，高廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。廠用電快切后，由于故障未能切除，備用電源之過流保護(hù)動(dòng)作跳閘，單機(jī)廠用電源全部失電，而柴油發(fā)電機(jī)又未能聯(lián)啟，險(xiǎn)些釀成機(jī)組損壞事故。

1.1 跳機(jī)時(shí)DCS失電原因分析

DCS失電的原因是機(jī)組2臺(tái)UPS退出，導(dǎo)致供電電源消失。經(jīng)查UPS裝置是在事故發(fā)生時(shí)交流、直流供電回路電源電壓均越下限而退出運(yùn)行。調(diào)取故障錄波，交流電源越下限原因?yàn)楣收隙搪穼?dǎo)致6 kV電源電壓下降，從而引起380 V電壓降低所致，不可避免。而直流電壓越下限的原因經(jīng)試驗(yàn)證明為:機(jī)組220 V蓄電池組#89節(jié)蓄電池內(nèi)阻嚴(yán)重偏大，電壓高，造成電池容量降低，在大電流下，端電壓下降。在事故情況下啟動(dòng)直流油泵，造成直流母線電壓低于UPS電源裝置的輸入電源下限，由此UPS徹底失去工作電源而停止運(yùn)行。

1.2 柴油發(fā)電機(jī)未啟動(dòng)原因分析

機(jī)組跳機(jī)且6 kV備用電源跳閘后，機(jī)組汽機(jī)、鍋爐保安段失壓，而保安變?cè)跈z修，已滿足柴油機(jī)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)條件，但因柴油機(jī)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)邏輯須由DCS實(shí)現(xiàn)，而DCS失電，未能發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，因而致使柴油機(jī)未啟動(dòng)。

2 機(jī)組廠用電結(jié)構(gòu)分析

該廠2臺(tái)機(jī)組保安電源配備一次接線如圖1。鍋爐、汽機(jī)保安段正常時(shí)由工作段供電，當(dāng)工作段電源失去時(shí)，通過切換由保安變通過機(jī)組保安段供電，當(dāng)保安變供電失去時(shí)最后自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)提供保安段電源，保證發(fā)電機(jī)能安全停機(jī)。工作段的備自投，從工作段到機(jī)組保安段的自投切換過程均由機(jī)組DCS里的備自投板完成，柴油機(jī)的啟停邏輯由DCS組態(tài)完成。

圖1 保安電源配備一次接線圖

2.1 3號(hào)機(jī)組啟動(dòng)柴油機(jī)的條件

3號(hào)發(fā)電機(jī)保安段失電;機(jī)組保安段母聯(lián)開關(guān)T1306在合閘位置;保安變低壓側(cè)開關(guān)T1301在分閘位置;3號(hào)發(fā)電機(jī)保安段 T1302，T1303，T1304，T1305開關(guān)，任意1臺(tái)開關(guān)在合閘位置。

2.2 4號(hào)機(jī)組啟動(dòng)柴油機(jī)的條件

4號(hào)發(fā)電機(jī)保安段失電;機(jī)組保安段母聯(lián)開關(guān)T1306在分閘位置;4號(hào)發(fā)電機(jī)保安段上T1402，T1403，T1404，T1405開關(guān)，任意1臺(tái)開關(guān)在合閘位置。

2.3 相應(yīng)的工作段開關(guān)跳開、備自投啟動(dòng)邏輯

1)工作段電源供電情況:鍋爐、汽機(jī)工作段跳閘后，自動(dòng)合母聯(lián)開關(guān)由另一段母線提供電源。

2)3號(hào)機(jī)組保安段電源供電情況:相應(yīng)的工作 段 電 源 開 關(guān) QA1302(QB1310，LA1302，LB1309)跳開，保安段 T1302(T1303，T1304，T1305)自動(dòng)合閘。

3)4號(hào)機(jī)組保安段電源供電情況:相應(yīng)的工作 段 電 源 開 關(guān) QA1402，QB1410，LA1402，LB1409跳開，保安段 T1402(T1403，T1404，T1405)自動(dòng)合閘。

2.4 存在的主要問題

1)對(duì)DCS依賴性太大，一旦DCS失去，備用電源將不能自投，作為保證機(jī)組安全停機(jī)，保廠用電最后一道屏障的柴油發(fā)電機(jī)也將徹底失去作用。而DCS由機(jī)組UPS供電，大型故障時(shí)UPS供電電源的交流電容易超標(biāo)，UPS供電全壓在蓄電池提供的220 V直流電上。

2)3號(hào)，4號(hào)機(jī)組所有工作段電源開關(guān)都無低壓聯(lián)跳回路，DCS組態(tài)里也無保安段失電跳閘的邏輯，工作、保安段失電的情況下，相應(yīng)段的開關(guān)不會(huì)跳開，由此備用開關(guān)不會(huì)合閘，柴油發(fā)電機(jī)也就無法自啟動(dòng)。

3 改造方案

1)全部更換機(jī)組蓄電池，在加強(qiáng)蓄電池、UPS裝置維護(hù)的前提下，在大型改造前過渡階段不考慮DCS失電。

①汽機(jī) (鍋爐)工作段、保安段在DCS里增加母線失壓聯(lián)跳工作電源開關(guān)邏輯，保安段比工作段增加一個(gè)時(shí)間級(jí)，以確保工作段母聯(lián)開關(guān)先自投。

a.保安段工作側(cè)電源開關(guān):取該段母線失壓繼電器接點(diǎn)的開關(guān)量，電壓變送器失壓的模擬量相與后延時(shí)1 s跳開本開關(guān)。

b.工作段工作側(cè)電源開關(guān):取該段所接保安段母線失壓繼電器接點(diǎn)的開關(guān)量，該段電壓變送器失壓的模擬量相與后延時(shí)3 s跳開本開關(guān)。

②保安變低壓側(cè)T1301開關(guān)增加失壓連跳功能，啟動(dòng)柴油機(jī)邏輯進(jìn)行優(yōu)化。

a.保安變低壓側(cè)T1301開關(guān)DCS里增加失壓連跳邏輯:取機(jī)組保安段母線失壓繼電器接點(diǎn)的開關(guān)量，電壓變送器失壓的模擬量相與后延時(shí)5 s跳開本開關(guān)。

b.3號(hào)，4號(hào)機(jī)啟柴油機(jī)邏輯均不再判機(jī)組保安段母聯(lián)T1306開關(guān)狀態(tài)，改為判保安變低壓側(cè)T1301開關(guān)狀態(tài)。

2)考慮DCS失電的風(fēng)險(xiǎn)，從增加保安電源可靠性出發(fā)，機(jī)組大修時(shí)進(jìn)行如下改造:

①在3號(hào)，4號(hào)機(jī)汽機(jī) (鍋爐)工作段現(xiàn)場(chǎng)共增加4套獨(dú)立的備自投裝置。失壓情況下先發(fā)跳工作開關(guān)命令，當(dāng)工作開關(guān)跳閘后連鎖發(fā)出備用開關(guān)合閘命令。本備自投裝置試驗(yàn)合格后停用DCS里相應(yīng)的備自投功能。

②對(duì)柴油發(fā)電機(jī)控制屏進(jìn)行全面改造，完善柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)功能及配置，柴油發(fā)電機(jī)控制回路改造元件配置主要有:柴油機(jī)控制器、調(diào)速板、調(diào)壓板、油壓傳感器、水溫傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、變送器、電流表、電壓表、頻率表、功率表繼電器等。

a.市電斷電3～6 s內(nèi)可自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，并在10 s內(nèi)達(dá)到額定電壓，首次加載量大于50%額定負(fù)載;

b.具有同期并網(wǎng)功能;

c.具有發(fā)電機(jī)超速、潤滑油壓低、水溫過高、柴油發(fā)電機(jī)過載、電池高低電壓保護(hù)、柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓高低保護(hù)、機(jī)組頻率高低保護(hù)、逆功率、失磁保護(hù)、短路、接地等告警和保護(hù)功能;

d.具有油壓、油溫、水溫、轉(zhuǎn)速、充電電壓、三相電壓、頻率、三相電流、功率因素、有功功率、無功功率、合/分?jǐn)嗦菲髦甘撅@示功能。

3)柴油發(fā)電機(jī)增加一套PLC裝置，以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)邏輯。柴油發(fā)電機(jī)新設(shè)PLC柜內(nèi)配置為電源切換裝置、DC轉(zhuǎn)換電源各1個(gè)，CPU板、模擬量板、輸入板各2塊，電壓變送器10個(gè)，PLC裝置開關(guān)量及模擬量點(diǎn)名見表1。

①PLC裝置與DCS并存，判據(jù)相同，但增加3 s延時(shí)，保證DCS先動(dòng)作，PLC裝置僅作為DCS后備。

②將檢測(cè)保安段失壓后，發(fā)跳相應(yīng)工作段開關(guān)，合機(jī)組保安段開關(guān)邏輯做入PLC裝置。保證DCS失電狀態(tài)下保安電源供電。

③PLC裝置采取全套雙冗余配置，裝置工作電源采用3號(hào)，4號(hào)機(jī)組110 V直流電源 (控制電源，未接直流電機(jī))，通過切換裝置給PLC裝置供電，放置于機(jī)組保安段，并在室內(nèi)配置空調(diào)。

表1 PLC裝置開關(guān)量及模擬量點(diǎn)名表

另外，為了確保PLC裝置的可靠供電，必須保障機(jī)組蓄電池的健康運(yùn)行。該電廠每臺(tái)機(jī)組各配置了2組110 V直流蓄電池，用于電氣控制回路供電;1組220 V直流蓄電池，用于直流動(dòng)力電源供電 (如直流油泵)。該改造方案將PLC裝置供電電源取自2組110 V直流蓄電池，就是考慮110 V直流蓄電池穩(wěn)定性好，以規(guī)避事故情況下220 V直流動(dòng)力電源因負(fù)荷突增而端電壓下降的風(fēng)險(xiǎn)。

其次，必須保障柴油發(fā)電機(jī)蓄電池的健康運(yùn)行。柴油發(fā)電機(jī)的控制電源、動(dòng)力電源 (如柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速剎車裝置電源)均取自專用的48 V蓄電池組，啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷較重，而柴油發(fā)電機(jī)組平時(shí)并不啟動(dòng)，如進(jìn)行蓄電池組勤維護(hù)，保證蓄電池組的健康運(yùn)行，將會(huì)發(fā)生事故狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)動(dòng)力不夠的問題。因考慮蓄電池放置在柴油發(fā)電機(jī)室，環(huán)境差，使用時(shí)間長，更換了原蓄電池組，并移至配有空調(diào)的機(jī)組保安段控制室。

4 改造效果

1)徹底地解決了柴油發(fā)電機(jī)對(duì)DCS過分依賴的問題。因DCS裝置比PLC裝置可靠性更高，此次改造將PLC控制作為DCS邏輯控制的后備，一旦事故情況下DCS失去控制，PLC裝置將接管控制，保證廠用保安段備用電源自投和柴油發(fā)電機(jī)的可靠啟動(dòng)。

2)較好地解決了380 V廠用電可靠自投的問題。以前，某段6 kV廠用電母線因永久故障而失壓，其所屬的一系列380 V廠用電無法自投。380 V失壓保護(hù)最佳方案是開關(guān)配置失壓脫扣單元，但考慮性價(jià)比，該電廠失壓改造采用了在DCS里用邏輯組態(tài)來實(shí)現(xiàn)的方案。但是，經(jīng)調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，用DCS邏輯組態(tài)構(gòu)成的備自投板，延時(shí)無法精確控制，不如專用的備自投裝置可靠性高。最終的改造方案選擇在每段380 V廠用電上配置單獨(dú)的備自投裝置。備自投裝置具有檢測(cè)母線失壓狀態(tài)下先跳工作段開關(guān)、后合備用段開關(guān)的功能，較好地解決了母線失壓自投的問題。

5 結(jié)束語

經(jīng)過長達(dá)2年的逐步改造，該廠已完全解決了6 kV，380 V廠用電在失壓情況下不能自投備用開關(guān)的重大安全隱患，也消除了柴油機(jī)發(fā)電機(jī)自啟回路對(duì)DCS的依賴，柴油發(fā)電機(jī)組真正可以起到廠用電最后一道屏障的作用，從根本上保障了發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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〔3〕李建明，朱康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法〔M〕.北京:中國電力出版社，2001.

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