660 MW超超臨界機(jī)組保安電源接線方式優(yōu)化分析

金俊杰，陳雙照

(浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂清 325600)

660 MW超超臨界機(jī)組保安電源接線方式優(yōu)化分析

金俊杰，陳雙照

(浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂清 325600)

介紹某發(fā)電廠660 MW超超臨界機(jī)組保安電源系統(tǒng)的接線方式，分析其存在的問題，并在提高保安電源可靠性的基礎(chǔ)上提出優(yōu)化方案，達(dá)到保安段短時失電不影響機(jī)組正常運行，并可真實進(jìn)行保安電源在線試驗的目的。

保安電源；柴油發(fā)電機(jī)；接線方式；優(yōu)化

0 引言

隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，發(fā)電機(jī)組在事故發(fā)生情況下能否安全停機(jī)，成為一個至關(guān)重要的問題。柴油發(fā)電機(jī)組因自身的獨立性及快速性，被廣泛作為機(jī)組應(yīng)急保安電源。一般來說，保安電源是為避免全廠事故停電時造成機(jī)組失控、損壞設(shè)備、影響電廠長期不能恢復(fù)供電而設(shè)置的電源，它可向事故保安負(fù)荷可靠供電。事故保安電源分直流、交流2種，交流事故保安電源選用能快速、自啟動的柴油發(fā)電機(jī)，給主機(jī)、小機(jī)的交流潤滑油泵、盤車、頂軸油泵供電，在全廠停電時保證安全停運；同時還可給爐側(cè)空預(yù)器電機(jī)供電，保證鍋爐熄火后空預(yù)器不會變形、卡澀以及為其他交流事故保安負(fù)荷供電。交流保安電源的選擇、設(shè)置及接線方式?jīng)Q定了該機(jī)組整個保安電源系統(tǒng)的可靠性。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 下屬負(fù)荷多

該發(fā)電廠設(shè)計的保安段下屬負(fù)荷較多，特別與機(jī)組負(fù)荷密切相關(guān)電源，如空預(yù)器的主、副電機(jī)，磨煤機(jī)的油站電源等。此類電源在機(jī)組正常運行中時刻處于運行狀態(tài)，且不能失去，否則將會引起事故，輕則影響機(jī)組負(fù)荷，重則引起鍋爐MFT(Main Fuel Trip，主燃料跳閘)。如在機(jī)組正常運行時，空預(yù)器主電機(jī)失電將會引起空預(yù)器

RB(Run Back，輔機(jī)故障減負(fù)荷)，送、引風(fēng)機(jī)跳閘；磨煤機(jī)油泵失電將會使磨煤機(jī)跳閘，進(jìn)而引起磨煤機(jī)RB事故。此類事故都將嚴(yán)重影響機(jī)組負(fù)荷，且若處理不當(dāng)也極易引起機(jī)組跳閘，使事故擴(kuò)大。因此，在正常運行中保安段不能有任何閃失，需要保持連續(xù)運行，即便在線試驗也不能出現(xiàn)任何差池，這就使得在運行中進(jìn)行試驗時的風(fēng)險與壓力劇增。

1.2 系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜

該發(fā)電廠保安段系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜，保安段相關(guān)聯(lián)鎖設(shè)置也復(fù)雜。由于脫硫系統(tǒng)與主機(jī)分開設(shè)計，脫硫系統(tǒng)正常運行時也需要保安電源來確保全廠停電后石灰石漿液池不凝固等，因此必須增加脫硫保安段。這樣每臺機(jī)組各有3段保安段，保安A段與B段負(fù)荷較多，在A，B段上又設(shè)置了分段開關(guān)，用于在啟動柴油發(fā)電機(jī)時分段啟動。由于設(shè)計的下屬負(fù)荷在機(jī)組運行過程中要保證連續(xù)供電，既不能有失電、失壓現(xiàn)象發(fā)生，又要保證運行中能夠進(jìn)行各類在線試驗，如柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗、電源切換試驗等，在這些前提下要提高設(shè)備的可靠性就必須安裝同期裝置，使在切換或帶載試驗過程中進(jìn)行同期捕捉、合閘，保證母線不失電、失壓?，F(xiàn)場具體實施時，在DCS上實現(xiàn)切換邏輯，而同期系統(tǒng)則另由PLC控制，設(shè)計過于復(fù)雜。

1.3 試驗風(fēng)險大

該發(fā)電廠規(guī)程規(guī)定要定期進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)空載和帶載試驗，以保證保安電源的可靠供給，因此給正常運行和維護(hù)操作帶來一定的風(fēng)險。如，柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗比較復(fù)雜，如果試驗不成功，則會影響機(jī)組安全運行；事實上該發(fā)電廠柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗不正常時有發(fā)生。由于條件不具備，真正的低電壓啟動帶載試驗實做的邏輯也無法進(jìn)行。

2 原因分析

該發(fā)電廠保安段下屬負(fù)荷多、接線復(fù)雜，這與該廠一次低壓系統(tǒng)的接線有關(guān)。由于低壓一次系統(tǒng)均不設(shè)置備用電源自投功能，導(dǎo)致與負(fù)荷密切相關(guān)的空預(yù)器主副電機(jī)、磨煤機(jī)油泵、六大風(fēng)機(jī)油泵等電源只能接到保安段，即使鍋爐段單段出現(xiàn)故障，也可保證此類設(shè)備不停電繼續(xù)運行（保安段工作電源和備用電源可切換），從而提高機(jī)組運行的可靠性?，F(xiàn)有保安段的主要負(fù)荷如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有保安段主要負(fù)荷示意

由于現(xiàn)有保安段負(fù)荷多，且要保證設(shè)備連續(xù)運行，這就帶來一系列問題。首先，要保證保安段的不停電切換需設(shè)同期裝置，在切換過程中啟動同期裝置，以保證母線不失壓；當(dāng)負(fù)荷過多，在全廠失電啟動柴油發(fā)電機(jī)時，則要與柴油發(fā)電機(jī)啟動容量相匹配，應(yīng)在每段保安段上設(shè)置分段開關(guān)，在啟動柴油發(fā)電機(jī)時起到延時合閘功能。

現(xiàn)各重要負(fù)荷接至保安段下，均是為了追求設(shè)備可靠運行，但保安段的自動切換功能也只有低電壓切換，即母線電壓低至一定值時，啟動切換邏輯，啟用備用電源。對部分輔機(jī)來講，低電壓自動切換時也有可能會跳閘，并不是萬無一失。

3 優(yōu)化方案

改造的優(yōu)化目標(biāo)是：通過較小的接線改動，在不影響機(jī)組設(shè)備安全可靠的基礎(chǔ)上，對保安段的負(fù)荷及接線進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到保安段母線在機(jī)組輕松運行的目的，且能在全廠失電時為機(jī)組安全停運提供最后保障。通過分析，找到最合理的優(yōu)化方案。

低壓一次系統(tǒng)不具備自動切換功能，想要對其作出優(yōu)化已不現(xiàn)實，故在保持原有低壓一次系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對機(jī)組重要負(fù)荷進(jìn)行電源轉(zhuǎn)接，成為優(yōu)化的主要方向。優(yōu)化目標(biāo)要達(dá)到真正體現(xiàn)保安段的設(shè)計初衷，即正常運行時可以短時停運，為此要改變相關(guān)負(fù)荷的取接，簡化系統(tǒng)聯(lián)鎖。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，影響保安段的負(fù)荷主要為爐側(cè)的空預(yù)器主電機(jī)和磨煤機(jī)油泵電源(不能在任何時候有閃失)，其他電源均在另一段上設(shè)有備用電源，即使跳閘，另一油泵也會聯(lián)鎖備用電源，所以主要考慮空預(yù)器主電機(jī)與磨煤機(jī)油泵的接法即可。

3.1 磨煤機(jī)油站電源優(yōu)化

經(jīng)分析，將磨煤機(jī)的油站電源改接至鍋爐MCC上，增壓風(fēng)機(jī)的1臺油泵電源改接至380 V脫硫B段，不會影響負(fù)荷的安全性。如果鍋爐MCC失電時，即使磨煤機(jī)的油站電源正常，機(jī)組也會由于給煤機(jī)跳閘等原因造成磨煤機(jī)RB、機(jī)組減負(fù)荷，因為給煤機(jī)電源也同樣接在鍋爐MCC上。故磨煤機(jī)運行的可靠性并不受影響。

3.2 空預(yù)器主電機(jī)電源優(yōu)化

空預(yù)器主電機(jī)電源可考慮采用2路電源，一路轉(zhuǎn)接至380 V鍋爐PC，另一路仍然接在保安段上，保安段上電源在機(jī)組正常運行時作為備用，在380 V鍋爐PC失電或全廠失電時啟用，保證主電機(jī)正常運轉(zhuǎn)，避免停爐后由于冷熱段溫度偏差引起空預(yù)器卡澀。

3.3 六大風(fēng)機(jī)油泵電源優(yōu)化

將六大風(fēng)機(jī)油泵電源改為總油站電源，油站電源取2路，電源1接至鍋爐MCC，電源2接至保安段。正常運行時，由鍋爐MCC供；電源1故障時，自動切至電源2供。優(yōu)化后的保安段主要負(fù)荷如圖2所示。

4 效果分析

若進(jìn)行負(fù)荷改接，那么保安段在正常運行時其負(fù)荷將變小，只有UPS電源、直流電源、事故照明等一些可短時停電的負(fù)荷；而主機(jī)、小機(jī)油系統(tǒng)的油泵可通過適當(dāng)調(diào)整運行方式，如將主機(jī)和小機(jī)油泵均切至保安A段或B段的油泵運行，就可達(dá)到短時停運保安B段或A段的條件。當(dāng)一段母線滿足短時停運條件后，正常柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗以及備用電源自動切換試驗就可采取低電壓方式，分開保安段的工作電源饋線開關(guān)，在備用電源開關(guān)檢測到保安段母線失壓后作出判斷，自動進(jìn)行備用電源合閘，這樣就模擬出真正廠用電失去時的事故狀態(tài)，使試驗更具實用性。保安段可靠性的提高，意味著整個機(jī)組的安全性也隨之提高。由于保安段下屬負(fù)荷均具有抵抗短時失電能力，因此用于切換的同期系統(tǒng)設(shè)備也可取消，節(jié)約了設(shè)備更換與維護(hù)的成本。由此可見，經(jīng)優(yōu)化后的系統(tǒng)將更簡潔，安全性能更高。

圖2 優(yōu)化后保安段主要負(fù)荷示意

就現(xiàn)場接線方式分析，爐側(cè)負(fù)荷接至保安段分段前，機(jī)側(cè)負(fù)荷大部分接在分段后。保安段事故失電時，柴油發(fā)電機(jī)啟動后先帶動保安段分段開關(guān)前負(fù)荷，經(jīng)延時合分段開關(guān)，分段開關(guān)后的負(fù)荷才得電。從設(shè)備的重要性來講，汽機(jī)系統(tǒng)相對而言更加重要，那么鍋爐側(cè)在分段前、汽機(jī)側(cè)在分段后的接線方式就不太合理。更為合理的接線方式應(yīng)為：機(jī)側(cè)各油泵負(fù)荷置于分段前，爐側(cè)空預(yù)器電機(jī)、六大風(fēng)機(jī)油站電源等置于分段后。此項改動工作量較大，如果將原先部分負(fù)荷移至鍋爐MCC后，剩余負(fù)荷的容量能滿足柴油機(jī)啟動要求，就可考慮取消分段開關(guān)。

對于脫硫保安段，目前每臺機(jī)組的脫硫設(shè)置一段保安段，其自身保安電源與主機(jī)保安段共用1臺柴油發(fā)電機(jī)。其實只要將部分不重要的負(fù)荷移至PC或MCC，將主要負(fù)荷接至主機(jī)保安段，則可取消脫硫保安段，使機(jī)組保安系統(tǒng)更加簡潔、有效。

此外，當(dāng)本機(jī)廠用電全停時，保安段將只由本機(jī)柴油發(fā)電機(jī)帶，相關(guān)其他各臺柴油發(fā)電機(jī)機(jī)出口是否可以考慮有手動聯(lián)絡(luò)；這樣當(dāng)事故機(jī)組的柴油發(fā)電機(jī)故障時，可由鄰機(jī)備用。畢竟當(dāng)全廠失電時，4臺機(jī)組的柴油發(fā)電機(jī)能夠同時保證正常供電的難度也比較大。若能增加手動聯(lián)絡(luò)，則可進(jìn)一步提高全廠保安電源的可靠性。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對現(xiàn)有保安段上負(fù)荷的重新分配及調(diào)整，將現(xiàn)有保安段上的爐側(cè)負(fù)荷，如空預(yù)器主電機(jī)、六大風(fēng)機(jī)油泵電源以及增壓風(fēng)機(jī)油泵電源轉(zhuǎn)接至380 V鍋爐段或鍋爐MCC，在保安段上設(shè)備用電源；將磨煤機(jī)油泵電源移至鍋爐MCC，取消保安段上該負(fù)荷，在合理分配機(jī)側(cè)油泵運行的情況下(主機(jī)和小機(jī)均使用A段油泵或B段油泵)即可使得保安B段或A段具備短時停運而不影響機(jī)組正常運行的功能。具備此條件后，既可讓機(jī)組正常運行時保安段輕松運行，又可在在線試驗時，如柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗以及備用電源自動切換試驗時，改模擬試驗為真實試驗，使得試驗結(jié)果更真實可靠。同時，對柴油發(fā)電機(jī)機(jī)出口安裝手動聯(lián)絡(luò)，可進(jìn)一步規(guī)避設(shè)備故障偶發(fā)率，提高保安系統(tǒng)的可靠性。

1 中國大唐集團(tuán)公司．防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求[M]．北京：中國電力出版社，2006．

2 百會平．一起因輔機(jī)電源故障引起的機(jī)組非計劃停機(jī)事件分析[J]．電力安全技術(shù)，2013，13(7)：34-35．

3 鄒鵬輝．發(fā)電廠交流保安電源優(yōu)化設(shè)計[D]．保定：華北電力大學(xué)，2015．

2016-06-18。

金俊杰(1973-)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠電氣安全管理工作，email：476326706@qq．com。

陳雙照(1985-)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠集控運行工作。