火電廠保安電源系統(tǒng)配置方案比較與分析

楊 嫻

(國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230022)

火電廠保安電源系統(tǒng)配置方案比較與分析

楊 嫻

(國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230022)

火力發(fā)電廠保安電源系統(tǒng)能確保機組在廠用電失去時安全停機和快速恢復(fù)供電，對機組的安全具有至關(guān)重要的作用。結(jié)合3個實例，比較了不同配置方案的保安電源系統(tǒng)的切換方式、控制邏輯、實現(xiàn)方式等，并分析了其各自的優(yōu)缺點，以給保安電源系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

火電廠；保安電源；切換方式；控制邏輯

1 概述

火力發(fā)電廠的機組保安負荷在失去正常廠用電后，會直接危及機組安全，甚至導(dǎo)致永久性損壞，造成巨大的經(jīng)濟損失。根據(jù)電力行業(yè)標準DL/T 5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》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啟動的柴油發(fā)電機組。”事故保安電源可在全廠停電或單元機組廠用系統(tǒng)失電的情況下，繼續(xù)向汽輪機油泵等重要保安負荷供電，使機組安全停運。柴油發(fā)電機作為一個獨立的系統(tǒng)，受電網(wǎng)、機組運行狀況等因素干擾較少，當前被作為發(fā)電廠保安電源廣泛選用。在正?；蚴鹿氏碌那袚Q，保安電源應(yīng)能保證保安負荷不失電或失電時間足夠小，以確保機組正常運行或極端情況下

能安全停機。為實現(xiàn)上述功能，火電廠保安電源多采用一主一備雙路供電，再配以柴油發(fā)電機。雙路電源可以安全、快速地進行雙向切換，以保障正常運行時的倒閘操作及單路失電時的事故切換，柴油發(fā)電機則作為最后的備用電源，在全廠均失電時啟動。實際工程應(yīng)用中，雙路電源的正常/事故切換及啟動柴油發(fā)電機等功能的實現(xiàn)方式多樣，不同的方式各有優(yōu)缺點。以下結(jié)合實例，對火電廠幾種廠用保安電源系統(tǒng)的配置方案進行比較和分析，以確定綜合性能最優(yōu)的方案。

2 保安電源系統(tǒng)配置方案實例分析

2.1 DCS控制+PLC控制方式

淮南某電廠的保安電源配置如圖1所示。

圖1 采用DCS控制的保安電源配置

該電廠保安電源系統(tǒng)設(shè)有380 V保安A，B 2段。每段共有3路電源，第1路取自380 V工作A段；第2路取自380 V工作B段；第3路引自保安備用段，由柴油發(fā)電機供給，在全廠停電時啟動，供安全停機使用。以保安A段為例，正常運行時，開關(guān)41113，41222和10030均保持合位，設(shè)置開關(guān)1007和1009，其中一個為主用，另外一個為備用。當設(shè)置1007為主用時，1007保持合位，1009保持分位。當主用電源失去時，即380 V工作A段母線失壓時，判斷備用電壓正常后，自動跳1007開關(guān)、合1009開關(guān)。如備用電源也失去，保安A段失壓，則自動啟動柴油發(fā)電機、合1001開關(guān)、跳1009開關(guān)及合1003開關(guān)。其中，2路工作電源的手動及自動切換、保安段啟動柴油發(fā)電機等邏輯，均由DCS完成。啟動柴油發(fā)電機后，合柴油發(fā)電機進線開關(guān)1001、柴油發(fā)電機饋線開關(guān)1003及跳工作電源開關(guān)1007或1009，均由柴油發(fā)電機控制器中的可編程邏輯控制器PLC實現(xiàn)。

保安電源工作/備用手動及自動切換邏輯如圖2所示。啟動柴油發(fā)電機邏輯如圖3所示。此種配置方案具有以下優(yōu)點：

(1) 不需額外配置自動裝置，大部分功能均由DCS現(xiàn)有設(shè)備及通道實現(xiàn)，不增加額外費用；

(2) PLC邏輯簡單，調(diào)試方便。此種配置方案具有以下缺點。

(1) DCS邏輯復(fù)雜，需要精心調(diào)試正確后方能投入使用。如果DCS發(fā)生故障，切換功能將無法實現(xiàn)，只能依靠集控室操作臺“緊急啟動柴發(fā)”按鈕進行應(yīng)急啟動。

(2) DCS邏輯中電壓判斷依靠電壓繼電器送出的接點。實際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，電壓繼電器的產(chǎn)品質(zhì)量、定值整定等因素可能造成接點不能可靠通斷，影響整體切換功能的實現(xiàn)。

2.2 保安電源自動切換裝置方式

圖2 保安電源工作/備用手動及自動切換邏輯

淮北某電廠的保安電源設(shè)置如圖4所示。從結(jié)構(gòu)上來看，跟上述淮南某電廠的基本一致，但該廠沒有采用PLC控制，而是采用了專門為交流事故保安電源系統(tǒng)切換而設(shè)計的自動裝置MFC5208A。該裝置具有事故切換、手動切換、并聯(lián)切換、串聯(lián)切換、同期檢查等功能。

以3號A事故保安段為例，其事故切換原理如下。當滿足以下4個條件時，裝置充電完成。

(1) 控制字“自投方式1”設(shè)為“投入”(本案例采用了方式1，裝置提供了3種方式供用戶根據(jù)實際情況選擇)。

(2) 母線電壓均大于“有壓定值”。

(3) K1在合位，K2，K3在分位。

(4) 進線2或進線3在“就緒態(tài)”。

當3號A事故保安段母線失壓或K1變位時裝置動作，分為以下2種情況。

(1) 若進線2在“就緒態(tài)”，即進線2電壓正常時，裝置切向進線2；K2拒合或閉合后母線仍然失壓，則裝置發(fā)出啟動柴油發(fā)電機命令，確認柴油發(fā)電機建壓正常后，裝置切向進線3，K3閉合。

(2) 若進線2不在“就緒態(tài)”，則在確認K1跳開后，直接發(fā)啟動柴油發(fā)電機命令，確認柴油發(fā)電機建壓正常后，裝置切向進線3，K3閉合。

此種配置方案，具有以下優(yōu)點：

(1) 裝置支持380 V電壓輸入，即母線、柴油發(fā)電機和線路電壓經(jīng)空開直接接入裝置，省去了PT二次或電壓繼電器環(huán)節(jié)，增加了可靠性；

(2) 保安電源事故切換過程由裝置自動完成，不受DCS工作狀態(tài)的影響，也無需人員參與，保證了切換的可靠性。

圖3 啟動柴油發(fā)電機邏輯

圖4 淮北某廠保安電源系統(tǒng)

此種配置方案，具有以下缺點：

(1) 自動裝置只能控制K1，K2和K3的分合，其他開關(guān)如K4，K5，K6和進線1、進線2的饋線開關(guān)均需DCS邏輯來控制，因此需要自動裝置與DCS邏輯進行配合；

(2) 各分支電壓接入裝置時所經(jīng)過的空開需有完備的保護功能及防誤分閘的措施。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，空開位置不合理且沒有明顯的標示，可能造成誤分閘，從而導(dǎo)致非正常切換。

2.3 ATS開關(guān)與DCS結(jié)合方式

合肥某電廠的保安電源配置如圖5所示。

063ZKK，064ZKK，463ZKK，464ZKK均采用ATS開關(guān)，即自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，當1路電源失電時自動切換至第2路電源供電。正常運行時，各保安MCC段由相應(yīng)工作PC供電。以保安MCC A段為例，正常運行時，開關(guān)063A，063B，B4631及461全部保持合位。063ZKK以汽機PC A段為主，以汽機PC B段為從；463ZKK以汽機PC為主，以保安PC為從。當汽機PC A段失電時，063ZKK自動切換至汽機PC B段；當汽機PC A段恢復(fù)供電時，063ZKK自動切換回汽機PC A段；當汽機PC全部失電時，463ZKK自動切換至保安PC段。

原廠備用段保安變作為保安PC母線第1備用電源，柴油發(fā)電機作為保安PC第2備用電源，當取自原廠備用電源失電時，才啟動柴油發(fā)電機?；謴?fù)正常供電時，合上063A開關(guān)，063ZKK將自動切回汽機PC A段，463ZKK自動從保安PC段切回汽機PC段。由運行人員在DCS上發(fā)出停止柴油發(fā)電機指令，柴油發(fā)電機控制單元將斷開462開關(guān)，停止柴油發(fā)電機。從工作電源切換至保安電源以及從保安電源切換至工作電源均采用串聯(lián)切換方式。

柴油發(fā)電機控制邏輯如圖6所示。

圖5 采用ATS開關(guān)的保安電源配置

圖6 柴油發(fā)電機控制邏輯

此種配置方式，具有以下優(yōu)點：

(1) 大部分切換由ATS開關(guān)自動完成，接線簡單、可靠性高，無需運行人員參與，減少了停電時間，最大限度地降低了人為誤操作的可能；

(2) ATS開關(guān)采用本體配置的智能微處理控制器，以開關(guān)兩側(cè)電壓作為切換判據(jù)，不需另外引入其他開關(guān)的輔助接點或PT二次電壓，判斷不受開關(guān)狀態(tài)或PT故障的影響，可靠性高；

(3) ATS開關(guān)控制電源采用兩側(cè)任意一路電源，2路電源都失去時，開關(guān)保持原位不動，確保了不會因外部電源的喪失而影響切換功能；

(4) ATS開關(guān)維護工作量少。

此種配置方式，具有以下缺點：

(1) 啟動柴發(fā)的控制邏輯由DCS完成，如果DCS發(fā)生故障，可能造成柴發(fā)不能正常啟動，影響保安負荷的供電；可采用集控臺上的“緊急啟動柴發(fā)”按鈕作為應(yīng)急備用，按鈕出口直接發(fā)命令至柴發(fā)控制單元，不受其他因素影響；

(2) ATS開關(guān)制造商較少，選擇余地不大，運行業(yè)績較少；

(3) ATS開關(guān)價格較高。

3 結(jié)束語

基于以上分析，保安電源的不同配置方案各有優(yōu)缺點。DCS控制方式不需增加額外的硬件費用，造價低；但控制邏輯復(fù)雜，可靠性受制于電壓繼電器接點的可靠性及DCS系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性。采用專用的保安電源切換裝置可靠性高，但需要注意與DCS的配合及安全防護。采用ATS開關(guān)方式無需人員參與，切換可靠性高，但造價較高。

1 DL/T5000—2000火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

2 何敏強．自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在火電廠保安PC中的應(yīng)用[J]．電力安全技術(shù)，2013(5)．

3 宋俊峰，趙青松，曹東輝．某電廠保安段PT直流控制回路分析及改進[J]．電力安全技術(shù)，2013(6)．

2014-10-23。

楊 嫻(1984-)，女，工程師，主要從事新建、擴建火電廠的電氣分系統(tǒng)調(diào)試、整套啟動調(diào)試及高壓試驗等工作，email：108574834@qq.com。