發(fā)電廠應(yīng)急照明供電方式分析及改進方法

田 福，楊黎明，楊 鵬，李學(xué)智

(中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133

為保證發(fā)電廠及變電站內(nèi)工作人員能在正常照明系統(tǒng)因故不能正常照明的情況下繼續(xù)工作，各重要設(shè)備和場所均設(shè)有應(yīng)急照明，所以應(yīng)急照明系統(tǒng)的電源設(shè)置對發(fā)電廠及變電站內(nèi)設(shè)備的安全運行有著重要的意義。

某發(fā)電廠的照明系統(tǒng)供電方式中，同區(qū)域的正常照明和應(yīng)急照明交流電源均取自同一段400 V母線。在該400 V母線檢修時，檢修工期一般需要1～2 d，對應(yīng)的正常照明沒有交流動力電源，而EPS系統(tǒng)容量僅能保證應(yīng)急照明負荷90～120 min的用電需求，所以EPS系統(tǒng)由于長時間沒有交流電源需退出運行。因此，會出現(xiàn)某一區(qū)域正常工作照明和應(yīng)急照明均不亮、停電區(qū)域無任何照明的情況，對電廠的安全穩(wěn)定運行及設(shè)備應(yīng)急處理有較大的安全隱患。

下面將通過對該廠照明系統(tǒng)運行檢修狀態(tài)的分析，研究EPS系統(tǒng)交流供電回路優(yōu)化方式，為類似電廠及行業(yè)技術(shù)標準提供參考意見。

1 應(yīng)急照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀

發(fā)電廠及變電所的照明種類可以分為：正常照明、應(yīng)急照明、警衛(wèi)照明和障礙照明[1]。因正常照明的電源失效而啟用的照明統(tǒng)稱為應(yīng)急照明[2]，應(yīng)急照明又分為備用照明、疏散照明和安全照明三種。當正常照明因故障熄滅后，需確保正常工作或活動繼續(xù)進行的場所、需確保處于潛在危險之中的人員安全的場所、需要確保人員安全疏散的出入口和通道應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明。由于現(xiàn)有的國家和行業(yè)標準中，并沒有統(tǒng)一正常照明和應(yīng)急照明的電源設(shè)計規(guī)范，因此發(fā)電廠及變電所的照明系統(tǒng)在實際的運用過程中經(jīng)常出現(xiàn)問題，需要不斷地完善和改進。

某發(fā)電廠裝設(shè)有EPS系統(tǒng)，供電給應(yīng)急照明。該廠照明電源由1、2號兩個照明供電點21MD、22MD組成，每個照明供電點都設(shè)有兩段母線，每段照明母線上又設(shè)有1套400 V EPS系統(tǒng)，其裝置接線簡圖如圖1所示。正常工作時EPS系統(tǒng)工作在旁路方式，應(yīng)急照明負荷由照明供電點交流電源供電；同時交流電源為EPS系統(tǒng)充電模塊進行供電，充電模塊輸出穩(wěn)定的直流電源對蓄電池組充電。照明供電點交流電源消失狀態(tài)下自動切換裝置動作，EPS系統(tǒng)的電池組通過逆變器向應(yīng)急照明負荷供電；交流電源恢復(fù)后逆變器自動退出，恢復(fù)至交流電源供電，同時整流/充電裝置對電池組進行充電。

圖1 某發(fā)電廠EPS系統(tǒng)接線簡圖

每套EPS系統(tǒng)包括1面主機柜、1面配電柜和1組電池架，主機柜上設(shè)置了整流/充電模塊、逆變器、EPS系統(tǒng)監(jiān)控裝置和維修旁路開關(guān)，電池架上設(shè)置了電池組和電池巡檢儀。蓄電池包括充電開關(guān)DK1、DK2、DK3及蓄電池組放電開關(guān)DK4。EPS系統(tǒng)設(shè)置有緊急運行開關(guān)，在蓄電池放電至低電壓保護動作時，亦可強行手動應(yīng)急啟動電源對應(yīng)急照明負荷供電。EPS系統(tǒng)的蓄電池裝配圖如圖2所示。

圖2 某發(fā)電廠EPS系統(tǒng)蓄電池裝配圖

2 某發(fā)電廠應(yīng)急照明系統(tǒng)的工作原理

如圖1所示，正常工作時EPS應(yīng)急輸出由主電供電，同時充電機對蓄電池進行充電。照明供電點電源輸入后經(jīng)過QF1、QF2、靜態(tài)切換開關(guān)至KM3，再通過應(yīng)急輸出開關(guān)QF3到應(yīng)急照明負荷盤母線。電池組充電完成后，整流/充電器應(yīng)自動調(diào)整電壓向蓄電池浮充電。

照明供電點交流電源消失狀態(tài)下自動切換裝置動作，蓄電池組電能經(jīng)過直流輸入開關(guān)QF5輸送到逆變模塊，逆變后的交流輸送經(jīng)靜態(tài)切換開關(guān)，通過KM3送至應(yīng)急輸出開關(guān)QF3到應(yīng)急照明負荷盤母線。交流電源恢復(fù)后逆變器則自動退出，恢復(fù)原有交流供電方式。

3 應(yīng)急照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題

目前，該電廠1號照明供電點21MD兩段母線分別為1號EPS、2號EPS供電，廠用電供電簡圖如圖3所示；2號照明供電點22MD兩段母線分別為3號EPS、4號EPS供電，廠用電供電簡圖如圖4所示。從圖4中可以看出，21MD Ⅰ段所帶正常照明負荷與1號EPS所帶應(yīng)急照明負荷中有同時覆蓋的區(qū)域，其他的照明供電點母線也有相同的情況。如果一段母線停電檢修或跳閘時，會導(dǎo)致兩類照明均覆蓋的區(qū)域無任何照明。

圖3 21MD供電簡圖

圖4 22MD供電簡圖

以1號照明供電點(以下簡稱21MD)檢修為例：當21MDⅠ段檢修時，其所帶正常照明負荷均失電，對應(yīng)的1號EPS系統(tǒng)也相應(yīng)退出，應(yīng)急照明負荷失電，直接結(jié)果是導(dǎo)致21MD Ⅰ段供電的部分區(qū)域無任何照明。具體包含該區(qū)域的機組水車室及旁樓梯間、發(fā)電機和水輪機層主廠房、廠用電設(shè)備及檢修排水泵房等。

國家標準規(guī)定：集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，應(yīng)由火災(zāi)報警控制器或消防聯(lián)動控制器啟動應(yīng)急照明控制器實現(xiàn)[3]。發(fā)生火情信號時，消防系統(tǒng)動作切除該區(qū)域正常照明，并投入該區(qū)域事故照明。很顯然，該廠應(yīng)急照明系統(tǒng)存在的問題是不滿足要求的，存在較大的安全風(fēng)險：

1)停電區(qū)域包含21MDⅠ段，停電后涉及區(qū)域大、覆蓋面廣。一方面，停電在一定程度上對維護部門的檢修工作帶來極大的不便，工作人員在進行檢修工作時需要就近從檢修分電箱接臨時照明且光線昏暗，由于檢修工期短、檢修內(nèi)容多，將會影響設(shè)備的檢修質(zhì)量；另一方面，停電期間也不利于工作人員的日常巡回檢查和正常消缺工作；

2)當停電區(qū)域設(shè)備出現(xiàn)漏水、漏油和漏氣等情況時，不便于運維人員及時發(fā)現(xiàn)和第一時間應(yīng)急處理；

3)對于停電后無任何照明的區(qū)域，還存在人員滑到、絆倒、踏空和觸電等人身傷害風(fēng)險；

4)在設(shè)備出現(xiàn)故障或異常時，會影響應(yīng)急處理效率，造成事故擴大、損失增加，對電廠的經(jīng)濟和安全運行十分不利。

由于該電廠目前在進行照明供電點停電時會造成該區(qū)域的正常照明和應(yīng)急照明同時停電的情況，因此，有必要進一步分析和優(yōu)化EPS系統(tǒng)的供電回路。

4 改進措施及分析

為解決照明供電點檢修期間廠房照明問題，在合理安排檢修任務(wù)和停電方式的同時，還應(yīng)優(yōu)化現(xiàn)有EPS系統(tǒng)的電源回路。以21MD Ⅰ段母線停電檢修為例：

4.1 跨接電源法

為保證21MD Ⅰ段母線停電檢修期間1號EPS正常運行，在21MD Ⅰ段母線停電前可以從其他供電點跨接電源。具體做法是跨接前做好必要的安全隔離措施后，解開原1號EPS供電電纜，然后從21MD Ⅱ段某一備用開關(guān)進行電纜跨接接入原1號EPS供電開關(guān)QF1上端?？缃与娫措m然能很好地解決應(yīng)急照明系統(tǒng)供電問題，但是跨接過程中需考慮的因素很多且存在安全隱患：一是對負荷電源進行的是帶電跨接，跨接電源過程中對人身極不安全；二是電纜跨接后因開關(guān)柜門無法關(guān)閉而造成電纜室裸露帶電，存在誤碰帶電部位的可能；三是該廠同類型的檢修工作較多，如果都要采用跨接電源的方式，將極大地增加工作量和時間成本。

4.2 交叉供電法

以21MD為例，從圖3可以看出，正常情況下，21MD Ⅰ段母線為1號EPS供電，21MD Ⅱ 段母線為2號EPS供電。當21MDⅠ段檢修時，其所帶正常照明負荷和1號EPS所帶應(yīng)急照明負荷均失電， 21MDⅠ段供電的部分區(qū)域無任何照明；同理，當21MD Ⅱ段檢修時，21MD Ⅱ段供電的部分區(qū)域也會出現(xiàn)無任何照明的情況。如果將EPS電源交叉取至照明供電點另外一段母線，將會避免上述情況的發(fā)生，修改后的廠用電供電簡圖如圖5所示。

圖5 EPS系統(tǒng)電源交叉供電簡圖

此種方式下，同一區(qū)域的正常照明和應(yīng)急照明電源分別取自不同的400V母線，能保證正常照明檢修時該區(qū)域應(yīng)急照明正常使用。但是，這種方式也存在不足之處，應(yīng)急照明只有一路交流電源，電源單一、供電不可靠。例如，21MD Ⅰ段正常照明停電檢修時，2號EPS仍然會同時退出運行，如果此時出現(xiàn)21MD Ⅱ段所供電的正常照明燈損壞或開關(guān)脫扣損壞的情況，仍然會導(dǎo)致21MD Ⅱ段供電的部分區(qū)域無任何照明，因此需加強對照明燈和電源開關(guān)的維護。

4.3 雙路互投法

為EPS系統(tǒng)從另一段母線上增加一路交流電源，EPS電源采用雙路互投裝置[4]，兩路交流電源互為備用。該電廠現(xiàn)有的EPS系統(tǒng)電源接線圖如圖1所示，以1號EPS為例，修改后，保留原有的1號EPS電源，并將電源名稱修改為1號EPS 1號電源，將21MD Ⅱ段某一備用開關(guān)修改為1號EPS2號電源，將原有交流輸入電源開關(guān)QF1更換為具有雙路互投功能的開關(guān)，正常方式下一路交流電源投入運行，另外一路交流電源備用。當工作母線上的電壓低于設(shè)定的電壓定值，且持續(xù)時間大于時間定值時，雙路互投裝置將自動切換為備用電源供電[5]；主供電源恢復(fù)正常后，備用電源自動切回主供電源供電。但須注意供電方式修改前需要核對變壓器和雙路互投裝置的容量及相關(guān)參數(shù)，必須保證電源優(yōu)化后各設(shè)備能滿足正常運行，雙路互投法應(yīng)急照明電源接線圖如圖6所示。

圖6 EPS電源雙路互投法接線圖

這種方式既能提高電源供電的可靠性，又能保證EPS系統(tǒng)始終處于正常運行狀態(tài)，不會因正常照明停電檢修而退出，為正常檢修和日常巡檢、維護工作帶來了很大的便利。

5 比較分析

跨接法直觀經(jīng)濟，不需要修改電源接線和開關(guān)編號，實施起來也比較簡單，但是不符合以人為本的本質(zhì)安全，對人身和設(shè)備存在較大的安全隱患，長期來看，相關(guān)工作量也較大。

交叉供電法技改相對簡單，僅需修改電源接線和開關(guān)編號，但是EPS系統(tǒng)供電方式單一，且伴隨正常照明停電檢修時有另一區(qū)域相應(yīng)EPS系統(tǒng)退出，可能導(dǎo)致部分區(qū)域無照明。

雙路互投法需要增加雙路互投裝置和電源回路接線，在一定程度上增加了成本，但是這種方式可以提高供電可靠性，可以保證EPS系統(tǒng)始終處于正常運行狀態(tài)，不會因正常照明停電檢修而失電，但已有變壓器等電氣設(shè)備容量需滿足要求。

6 結(jié) 語

綜上分析，新電站設(shè)計時EPS系統(tǒng)交流電源應(yīng)采用雙路互投法，已有電站優(yōu)化可選用交叉供電法或雙路互投法。

可靠性和安全性是保證應(yīng)急照明系統(tǒng)在應(yīng)急狀況下正常工作的首要條件，希望上述改進方案能為應(yīng)急照明系統(tǒng)同樣存在此類問題的電廠以及新建電廠提供參考。