大型燃煤機組事故保安電源控制邏輯及自動準同期方法研究應(yīng)用

鐘文華 張彬 張楠

摘 要：結(jié)合火力發(fā)電廠柴發(fā)控制系統(tǒng)升級改造工程，優(yōu)化了柴油發(fā)電機控制方式、柴發(fā)出口開關(guān)以及保安電源之間的切換邏輯，并分析了柴發(fā)并網(wǎng)功能要點，通過試驗手段驗證了應(yīng)用效果，使得保安電源可靠性大幅提升。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機;保安電源;控制邏輯;準同期;應(yīng)用

0? ? 引言

《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL 5000—2000）要求：“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機組?！北０搽娫醋鳛楸Ｗo重要設(shè)備的最后一道防線，在電廠有著舉足輕重的作用。

國家能源集團國華臺山電廠630 MW級機組配備的柴發(fā)機組在實際運行中曾多次出現(xiàn)開關(guān)本體、邏輯設(shè)置以及控制元器件等原因?qū)е乱淮螁硬怀晒Φ睦?，因此，技術(shù)人員決定對柴發(fā)控制電源系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)進行全面升級改造。

1? ? 柴油發(fā)電機（事故保安電源）的控制模式

以圖1為例，正常情況下保安A、B段分別由廠用電400 V汽機A、B段供電，作為保安段的主電源，400 V鍋爐A、B段作為輔助電源，柴油發(fā)電機作為事故備用電源，事故情況下只有當(dāng)汽機段和鍋爐段失電，柴油發(fā)電機組才緊急啟動向保安段供電。

柴油發(fā)電機控制模式通常分為自動模式和手動模式兩大類。

（1）自動模式：通過設(shè)計好的邏輯程序判定實現(xiàn)柴油發(fā)電機啟停的控制，常用PLC模塊實現(xiàn)，無需人為干預(yù)，在事故情況下快速啟動。

（2）手動模式：根據(jù)需要隨時啟動柴發(fā)，常有DCS系統(tǒng)啟動、并網(wǎng)柜手動啟動、就地控制面板啟動等，實現(xiàn)一鍵啟動。

1.1? ? 柴油發(fā)電機自動啟動模式

以圖1保安A段為例，正常情況下工作電源開關(guān)K3合閘，備用電源開關(guān)K7分閘。事故情況下，當(dāng)廠用電失去，也就是400 V汽機段和保安段失壓，K3將自動分閘，PLC模塊檢測到保安A段電壓失去，工作電源進線開關(guān)K3和備用電源進線開關(guān)K7在分閘位置，滿足柴發(fā)失壓啟動邏輯，觸發(fā)柴發(fā)啟動。失壓啟動邏輯如圖2所示，該邏輯可以避免單依靠判斷開關(guān)位置或母線電壓帶來的誤動風(fēng)險。

柴發(fā)出口開關(guān)K0在柴發(fā)建立正常電壓后自動合閘（詳見章節(jié)2），柴發(fā)出口聯(lián)絡(luò)開關(guān)K1自動合閘程序同柴發(fā)啟動程序，但考慮到柴發(fā)從啟動到建立正常電壓需要一定時間，K1應(yīng)在柴發(fā)建立正常電壓且K0合閘后合閘，延時可通過試驗數(shù)據(jù)設(shè)定。

模擬保安A段母線失壓進行試驗，保安A段失壓2.78 s后收到柴發(fā)正常運行反饋信號，3.27 s后柴油發(fā)電機建立電壓，5.21 s后柴油發(fā)電機出口開關(guān)K0自動合閘，6.1 s后保安A段進線開關(guān)K1自動合上，保安A段恢復(fù)正常供電。

由此可見，保安電源失電時間不超過8 s，滿足規(guī)程要求，同時低于本廠保安段重要負荷自保持回路9.9 s延時，故在機組事故失電情況下，保安段重要負荷不會掉電，機組可安全停運。

1.2? ? 柴油發(fā)電機手動啟動模式

柴發(fā)手動啟動，只需要在DCS控制界面觸發(fā)，或按下盤前緊急啟動按鈕，或在并網(wǎng)柜通過切換把手選擇以及按下就地控制面板啟停按鈕即能實現(xiàn)柴發(fā)啟停，這里不再闡述。

2? ? 柴發(fā)出口開關(guān)K0的邏輯控制

柴油發(fā)電機出口開關(guān)K0使用的是施耐德梅蘭日蘭D1-MT20/H1型號開關(guān)，該開關(guān)配備失壓脫扣器，合閘線圈AC220 V。原設(shè)計上，K0開關(guān)合閘回路不區(qū)分自動或手動模式，只要收到柴發(fā)本體遙開信號且建立正常電壓后即自動合閘。但考慮到柴發(fā)同期并網(wǎng)測試功能的需要，對K0開關(guān)合閘邏輯做了修改，即自動模式下（包括DCS啟動、失壓啟動）K0開關(guān)通過PLC程序判斷自動合閘，而測試模式下柴發(fā)啟動后K0開關(guān)需要人為手動合閘。其中PLC模塊和并網(wǎng)控制器均采集柴發(fā)遙開信號作為K0開關(guān)合閘條件之一，PLC走程序自動合閘，并網(wǎng)測試需要人工手動合閘。

為防止電動機群啟動電流過大，K1和K2合閘邏輯應(yīng)設(shè)置一定的時間間隔，如K2比K1延遲1 s合閘，而K0開關(guān)宜在柴發(fā)建立正常電壓后K1開關(guān)合閘前合上，即K0

3? ? 柴發(fā)并網(wǎng)功能

柴油發(fā)電機作為保安緊急備用電源，需要配置同期并列裝置。通常事故失電情況下柴發(fā)無需與市電并列，但考慮到柴油機如果長期只在定期啟動試驗中空載運行一小段時間，這其實對柴發(fā)本體是一種損害，因此建議在條件允許情況下，讓柴發(fā)在調(diào)試或定期試驗中并網(wǎng)帶負荷運轉(zhuǎn)，以延長設(shè)備使用壽命。

3.1? ? 柴油發(fā)電機同期并網(wǎng)因素

發(fā)電機組與系統(tǒng)并列運行，需要滿足三個基本條件：相序一致、電壓相等、頻率相同。

本廠選用了WOODWARD公司生產(chǎn)的easYgen-3000XT系統(tǒng)自動準同期并網(wǎng)裝置。柴發(fā)并網(wǎng)控制器選取了出口聯(lián)絡(luò)開關(guān)K1、K2，采集柴發(fā)出口三相電壓、柴發(fā)電流、待并側(cè)保安段母線電壓、開關(guān)位置、柴發(fā)出口處電流信號等，可以準確捕捉并網(wǎng)時間，發(fā)合閘指令，并網(wǎng)輸出的有功功率可以進行自動或手動設(shè)定。

3.2? ? 柴油發(fā)電機同期并網(wǎng)測試

首先，通過并網(wǎng)控制器手動啟動柴發(fā);其次，在并網(wǎng)柜手動合上出口開關(guān)K0;最后，選擇并網(wǎng)目標電源側(cè)，即保安A段（K1）或保安B段（K2），并網(wǎng)控制器跟蹤待并側(cè)與柴發(fā)出口側(cè)電壓幅值、頻率，當(dāng)滿足并網(wǎng)條件后觸發(fā)K1（K2）開關(guān)合閘。

根據(jù)并網(wǎng)試驗數(shù)據(jù)得知，柴發(fā)聯(lián)絡(luò)開關(guān)K1（K2）合閘瞬間，柴發(fā)出口與待并側(cè)電壓差小于5 V，沖擊電流最小，滿足同期并網(wǎng)要求。

4? ? 結(jié)語

柴發(fā)和保安電源作為電廠關(guān)鍵系統(tǒng)，各廠在設(shè)備型號及邏輯功能設(shè)計上可能存在一定差異，但其重要性不言而喻。同行在維護檢修及技術(shù)改造期間應(yīng)嚴把質(zhì)量關(guān)，完善維護手段，優(yōu)化邏輯設(shè)置，為發(fā)電機組的安全可靠運行提供可靠電源點。

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收稿日期：2020-03-25

作者簡介：鐘文華（1982—），男，廣東化州人，工程碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠繼電保護專業(yè)工作。