300MW 火電機(jī)組保安電源系統(tǒng)控制優(yōu)化探討

薛彥龍

（三門峽華陽發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472100）

前言

保安負(fù)荷其實(shí)指的是發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)作安全，因此在發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)事故停機(jī)或者某個(gè)單元系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，一定要保證運(yùn)行負(fù)荷的安全性主，主要包括控制系統(tǒng)電源交流電源和汽輪機(jī)的油泵電源的，一定要具有安全的負(fù)荷[1-2]。一旦發(fā)生故障之后，保安負(fù)荷停運(yùn)將會(huì)使整個(gè)機(jī)組的設(shè)備出現(xiàn)損壞和系統(tǒng)失靈等問題，最終造成機(jī)組非正常停運(yùn)延遲，火電機(jī)組修復(fù)和恢復(fù)供電的時(shí)間，在經(jīng)濟(jì)損失上具有不可估量的影響。我國大中型火力發(fā)電設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中具有相關(guān)的規(guī)定，200MW 和以上的火力發(fā)電機(jī)組都需要設(shè)置交流保安電源，來確保發(fā)生故障時(shí)的保安負(fù)荷，可以提供正常的交流電源，這樣的方式將進(jìn)一步保障電場在出現(xiàn)故障時(shí)可以繼續(xù)安全運(yùn)行。本文通過對(duì)某個(gè)300MW 的火電機(jī)組進(jìn)行保安電源的切換邏輯設(shè)計(jì)和二次測控回路的設(shè)計(jì)，進(jìn)行深入的探討與分析，尋找出現(xiàn)故障和存在缺陷的原因，通過對(duì)兩方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，合理的對(duì)配置進(jìn)行改善以后，提高了保安電源切換的安全與可靠性[3-4]。

一、常用保安電源接線運(yùn)行方式

某個(gè)電廠的一期，主要有兩臺(tái)300MW 的發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組都采用兩段6000 伏的常用工作進(jìn)行供電，并且常用段設(shè)置了兩臺(tái)都是400 伏的低壓工作段。在發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行過程當(dāng)中，兩臺(tái)機(jī)組各自的PC 段將會(huì)為400 伏的保安段負(fù)荷供電，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，第2 臺(tái)300MW 的發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，整個(gè)400 伏保安段將會(huì)有400 伏的低壓廠用工作PC 端進(jìn)行供電。PCL 控制系統(tǒng)將會(huì)在工作電源開關(guān)跳閘時(shí)，向第1 臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)送閉合閘的信號(hào)并且實(shí)施該命令，如果第1 臺(tái)備用電源的開關(guān)沒有在設(shè)定以后的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行關(guān)閉閘門的指令，則PLC 控制系統(tǒng)將會(huì)向第2 臺(tái)備用電源機(jī)組發(fā)出合閘的信號(hào)，并且實(shí)施該指令。這里需要說明的是，在備用工作電源進(jìn)行核查時(shí)，一定要對(duì)工作電源的進(jìn)線開關(guān)進(jìn)行全面的檢查，確保其已經(jīng)處于合理的分閘位置上，才能在PLC 控制邏輯系統(tǒng)發(fā)出號(hào)令時(shí)及時(shí)進(jìn)行合閘。

二、事故概況及主要原因分析

（一）常用保安電源失電過程

在第2 臺(tái)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢修過程中，保安段的工作電源促使A 開關(guān)合閘供電，而工作電源進(jìn)線的B 開關(guān)則進(jìn)行檢修，第2 臺(tái)備用電源進(jìn)線C 開關(guān)還處于熱備用的狀態(tài)。在這個(gè)過程當(dāng)中，電源A 開關(guān)的變壓器發(fā)生故障，最終導(dǎo)致PLC 控制系統(tǒng)錯(cuò)誤，判斷保安系統(tǒng)的母線電壓出現(xiàn)異常，隨后出現(xiàn)A 開關(guān)執(zhí)行斷開電源的程序。在此過程中，第2 臺(tái)備用電源的進(jìn)線開關(guān)也沒有出現(xiàn)閉合的狀態(tài)，因此導(dǎo)致了第2 臺(tái)發(fā)電機(jī)組的保安段缺乏供電。

（二）問題原因分析

1.PLC 控制系統(tǒng)判據(jù)單一。PLC 控制系統(tǒng)對(duì)該機(jī)電組400 伏的保安段母線出現(xiàn)低電壓的異?，F(xiàn)象，存在著邏輯簡單和判斷錯(cuò)誤的問題，工作電源的進(jìn)線開關(guān)在和備用電源進(jìn)線開關(guān)都安裝了電壓變送器進(jìn)行徑線時(shí)，會(huì)對(duì)兩處開關(guān)的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測與采樣，從而計(jì)算出線電壓的值，并且將二次值輸出給PLC 控制系統(tǒng)，PLC 控制系統(tǒng)，根據(jù)該數(shù)據(jù)會(huì)做出母線電壓異常的判斷，但是母線真正出現(xiàn)異常時(shí)，并不能夠使開關(guān)之間進(jìn)行正常的切換，因?yàn)殡娫撮_關(guān)進(jìn)線處的電壓保險(xiǎn)熔斷或者變壓器發(fā)生故障的時(shí)候，其實(shí)母線電壓是正常的，而PLC 控制系統(tǒng)仍然會(huì)由于母線電壓異常而錯(cuò)誤的跳斷電源進(jìn)線開關(guān)，從而使整個(gè)備用電源投入到工作當(dāng)中。2.聯(lián)起回路設(shè)計(jì)不合理。三路的電源清線開關(guān)合閘回路，在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中都是由于串聯(lián)另外兩個(gè)開關(guān)而出現(xiàn)跳位的現(xiàn)象，當(dāng)開關(guān)分閘的時(shí)候卻處于閉合狀態(tài)，因此在開關(guān)運(yùn)行的過程當(dāng)中，如果備用電源的開關(guān)和第二備用電源的省的開關(guān)都處于斷開的狀態(tài)，為了保證工作電源的開關(guān)可以閉合，并且保持電路通暢，將會(huì)是兩個(gè)備用電源的開關(guān)，回路串聯(lián)到工作電源上，最終將會(huì)處于斷路的狀態(tài)。而在保安電源切換過程中，PLC控制系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出電源開關(guān)跳閘的指令后使兩個(gè)電源開關(guān)閉合，然后再切換到第二電源開關(guān)，這個(gè)設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)現(xiàn)在任意一個(gè)開關(guān)進(jìn)行檢修時(shí)，將會(huì)串聯(lián)到其他沒有閉合的開關(guān)，導(dǎo)致其他沒有閉合開關(guān)進(jìn)行串聯(lián)以后合閘，從而使整個(gè)回路出現(xiàn)斷路的問題?？偠灾鲜鲞@兩個(gè)問題就是造成保安段失電的主要原因，因此我們應(yīng)針對(duì)這兩個(gè)問題來采取有針對(duì)性地解決措施，以有效地排除相關(guān)的事故故障。

三、解決問題的可行性優(yōu)化方案

針對(duì)以上提出的兩種問題可以進(jìn)行一定的解決，首先就需要清楚工作電源和兩個(gè)備用電源的開關(guān)中，如果任意一個(gè)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)開關(guān)電路回路的保險(xiǎn)絲熔斷或者電壓器故障時(shí)，一定要保證400 伏母線電壓是正常的，從而使PLC 控制系統(tǒng)檢測的判據(jù)不會(huì)只根據(jù)母線電壓而進(jìn)行指令的發(fā)送。因此在母線電壓接線處可以增加一組電壓變送器，使PLC 控制系統(tǒng)在檢測過程當(dāng)中不是直接檢測母線電壓，而是檢測不同段的電壓變送器是否正常。針對(duì)第2 個(gè)問題，可以在三個(gè)電源進(jìn)線開關(guān)處，多加一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)的裝置，這樣的裝置可以使整個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行檢修時(shí)不至于三個(gè)開關(guān)進(jìn)行串聯(lián)，從而導(dǎo)致另外兩個(gè)備用開關(guān)不會(huì)出現(xiàn)異常。加裝以后要對(duì)不同的位置，做好試驗(yàn)開關(guān)和檢修三項(xiàng)標(biāo)志，從而使新增的轉(zhuǎn)換開關(guān)可以正確與本路的開關(guān)進(jìn)行連接。除此之外，針對(duì)電源開關(guān)合閘回路接點(diǎn)的問題，我們可以在各路電源的進(jìn)線開關(guān)處安裝一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，并做好標(biāo)識(shí)。如果電源開關(guān)合閘回路接點(diǎn)出現(xiàn)問題，就可以通過對(duì)開關(guān)檢修來進(jìn)行有效解決。具體表現(xiàn)為，當(dāng)進(jìn)行開關(guān)的檢修工作時(shí)，我們需要將此開關(guān)拉到檢修的位置前，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到開關(guān)檢修的位置上，這樣即可連接另外兩臺(tái)開關(guān)合閘回路中的跳位閉鎖接點(diǎn)，從而使合閘回路能繼續(xù)保持暢通。

四、控制邏輯與保護(hù)配合研究

一般情況下，當(dāng)某一負(fù)荷出現(xiàn)單相接地短路的相關(guān)故障時(shí)，如果系統(tǒng)的電壓的對(duì)稱性并沒有遭到任何破壞，并且流經(jīng)故障點(diǎn)的電流也只是系統(tǒng)的電容電流，那么由于故障電流的數(shù)值較小，所以即便發(fā)生了相關(guān)的短路故障，系統(tǒng)也會(huì)繼續(xù)維持運(yùn)行狀態(tài)。但是隨著時(shí)間的推移，隨著非故障相對(duì)降壓的不斷提高，很有可能會(huì)將設(shè)備的絕緣擊穿，那么最后就會(huì)呈現(xiàn)相間短路，多相接地的現(xiàn)象，并且這些現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，就會(huì)導(dǎo)致短路的電流瞬間增大，而線電壓會(huì)快速降低。此時(shí)，出于保護(hù)負(fù)荷的目的，快速過流保護(hù)就會(huì)啟動(dòng)并切除故障點(diǎn)。那么這時(shí)故障點(diǎn)的電壓就會(huì)有所降低，進(jìn)而導(dǎo)致保安段母線的電壓也會(huì)有所降低，若此時(shí)PCL 的控制邏輯判斷保安段母線電壓顯示異常，就會(huì)發(fā)出切斷保安電源的指令。

（一）保護(hù)配置情況

當(dāng)前保安段系統(tǒng)的保護(hù)配置主要分為兩類，一類是電源進(jìn)線開關(guān)所使用的框架斷路器，一類是負(fù)荷類開關(guān)所使用的塑殼斷路器。并且還有部分負(fù)荷裝油馬達(dá)控制器保護(hù)裝置。而所配置保護(hù)種類一般包括負(fù)荷保護(hù)，剩余電流保護(hù)，施壓重啟動(dòng)保護(hù)等等。而保安系統(tǒng)中還有一部分負(fù)荷，如空預(yù)器油泵、火檢風(fēng)機(jī)等，因此在二期機(jī)組組建的開始階段，如果沒有對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行考慮，那么當(dāng)上述的負(fù)荷處出現(xiàn)相間短路等復(fù)合性故障時(shí)，只能靠該電源進(jìn)線開關(guān)處過流保護(hù)的跳閘來切斷故障點(diǎn)這一種方式。

（二）存在的主要問題

通常情況下，要想驅(qū)使保安段切換邏輯一般會(huì)采用以下兩種方式，一種是工作電源進(jìn)線開關(guān)自身的跳閘，一種是因母線電壓為異常狀態(tài)而導(dǎo)致的工作電源進(jìn)線開關(guān)分閘。所以此時(shí)不管是因?yàn)楣收隙搪罚娏鞯脑龃蠖鴮?dǎo)致其出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，還是因故障出現(xiàn)導(dǎo)致母線電壓造成電源開關(guān)切換，相應(yīng)的故障點(diǎn)依然沒有得到有效解決。并且備用電源開關(guān)的合閘條件經(jīng)過一定的改善處理后，開關(guān)進(jìn)線上口和母線電壓均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足相關(guān)要求，那么如果故障點(diǎn)沒有被切除，保安電源就會(huì)繼續(xù)地進(jìn)行循環(huán)切換，而這樣一定會(huì)造成故障越級(jí)的情況，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上擴(kuò)大故障的波及范圍，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成重要機(jī)械設(shè)備的損壞，以及影響整個(gè)機(jī)組的正常使用。而如果保安段母線處出現(xiàn)了故障點(diǎn)，那我們就需要依靠工作電源的進(jìn)線開關(guān)的過流保護(hù)來對(duì)其進(jìn)行切除。而此時(shí)PCL 控制系統(tǒng)內(nèi)部邏輯切換就會(huì)發(fā)出指令，而控制回路中用于合閘和分閘的中間繼電器運(yùn)行的時(shí)間，以及開關(guān)合閘和分閘的時(shí)間，都與保護(hù)的延時(shí)動(dòng)作時(shí)間大體一致。那么由此可以說明，當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，電源開關(guān)切換會(huì)首先實(shí)行保護(hù)動(dòng)作，但是如果非常頻繁地進(jìn)行切換操作，那么就會(huì)使故障點(diǎn)因失去電源而導(dǎo)致電流的大小受到波及，從而不能滿足相關(guān)的保護(hù)動(dòng)作條件，所以保護(hù)與控制系統(tǒng)中會(huì)存在時(shí)間級(jí)差配合不當(dāng)?shù)膯栴}。除此之外，當(dāng)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，也非常有可能引起保安段母線電壓的降低，并使其達(dá)到相應(yīng)的切換動(dòng)作值，那么此時(shí)也會(huì)由于PCL 邏輯判斷的時(shí)間較短，而導(dǎo)致保安段進(jìn)行無事故地切換。

（三）改進(jìn)處理措施

首先對(duì)于自身沒有任何保護(hù)裝置的保安負(fù)荷，為了有效避免其發(fā)生復(fù)合性的故障問題，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)自身的保護(hù)，我們就應(yīng)該按照其原有的配置保護(hù)方案來進(jìn)行深化配置，從而當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)能在第一時(shí)間的做出反應(yīng)并迅速地采取對(duì)故障的切除，以避免出現(xiàn)故障越級(jí)跳閘的現(xiàn)象，從而在此基礎(chǔ)上有效保障保安電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而對(duì)于保安電源母線所出現(xiàn)的故障，則需要在PCL 切換指令邏輯中增加不低于0.7 秒的延時(shí)時(shí)間，從而使得切換指令在發(fā)出之后，直到電源完成切換時(shí)，此過程不會(huì)超過1 秒，進(jìn)而通過該方式來保證切換控制與瞬時(shí)過流保護(hù)，以及區(qū)外過流保護(hù)之間滿足相應(yīng)的極差時(shí)間要求，進(jìn)而達(dá)到最終的保護(hù)效果。并且在此過程中需要注意的是，當(dāng)保安電源切換邏輯增加延時(shí)后，保安負(fù)荷會(huì)在實(shí)際的切換過程中依靠馬達(dá)控制器的保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，所以在此過程中并不需要擔(dān)心，因切換時(shí)間的過長而導(dǎo)致保安負(fù)荷失去相關(guān)保護(hù)的問題。除此之外，當(dāng)工作負(fù)荷因故障發(fā)生跳閘時(shí)，機(jī)組的DSC 系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)其的無延時(shí)啟動(dòng)，所以當(dāng)相關(guān)的工作人員完成相應(yīng)的檢查負(fù)荷處理后，就可以將其投入至熱備用狀態(tài)。

結(jié)論

本文對(duì)300MW 的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的保安電源系統(tǒng)，在檢修過程中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并且利用PLC 控制系統(tǒng)邏輯配置的設(shè)計(jì)優(yōu)化和電源與保安系統(tǒng)開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，施政使整個(gè)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在檢修過程中可以在電源段開始靈活可靠地切換到保安系統(tǒng)上，為后續(xù)機(jī)組檢修和保安系統(tǒng)的保護(hù)配置工作增加一定的經(jīng)驗(yàn)。并且由于PCL 控制系統(tǒng)具有邏輯靈活，組裝方便等優(yōu)點(diǎn)，所以保安電源系統(tǒng)通過對(duì)其的利用，實(shí)現(xiàn)了與保護(hù)之間的合理配合，同時(shí)通過對(duì)DSC 系統(tǒng)的有效利用，實(shí)現(xiàn)了保安電源的自動(dòng)投入，從而在相關(guān)技術(shù)的改造升級(jí)后，使電源開關(guān)動(dòng)作和切換變得更加靈活，穩(wěn)定，進(jìn)而在實(shí)現(xiàn)300MW 火電機(jī)組保安電源系統(tǒng)控制優(yōu)化的基礎(chǔ)上，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。