發電機組保安電源三電源切換方案設計

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【摘要】介紹了已投運的發電廠中的交流保安電源的接線形式及控制方式，并分析了不足之處后，設計了一套保安電源系統三電源切換的方案，并在實際工程中得到了很好的應用，提高了保安電源切換的安全性、可靠性及快速性，確保電氣設備的可靠安全運行，為今后三電源切換設計方案提供借鑒。

【關鍵詞】保安電源切換；三電源切換；控制邏輯

引言

發電廠中的交流保安電源是當機組廠用交流電源因各種原因突然全部消失后，可以保證機組安全停機的電源系統，不會由于突然失電導致損壞設備和危及人身安全，交流保安電源能快速啟動恢復供電，規范規定200MW級及以上的中大型機組應設置交流保安電源[1]，若交流保安負荷供電不可靠將造成主要設備損壞、重要的自動控制裝置失靈，甚至導致機組停機和危及人員安全等嚴重后果，因此保安電源是否安全、可靠將直接影響電廠的安全運行。

1發電廠保安電源接線方式及問題

交流事故保安電源系統的可靠性直接關系到發電機組設備安全停機的成敗，中型發電機組一般采用能快速啟動的柴油發電機組作為事故保安電源[2]，并設置保安段，一般采用三電源設計，正常工作情況下，保安段由兩路廠用工作電源供電；當廠用工作電源失電后，柴油發電機組快速啟動向保安MCC段上的負荷供電[3]。因此，確保兩路廠用工作電源及工作電源與柴油發電機之間的快速切換，對于保證保安負荷的不停電運行非常重要。目前大部分已投運的發電廠保安電源常規的切換設計實際情況如圖1和圖2所示。根據圖1和圖2分析，兩個工程的保安電源系統設計思路基本相同，工程乙多了一路從市電引接的保安電源。但是兩個工程的邏輯設計基本雷同，MCC段上工作電源切換均采用ATS，而來自保安段上的電源及柴油發電機的啟動、停止邏輯均由DCS實現。一旦DCS系統出現故障，柴油發電機系統無法快速啟動，因此保安電源系統運行的可靠性受DCS制約。而保安電源又是全廠大停電事故情況下，保證機組安全停機的唯一電源，故不宜依賴于DCS，而宜采用獨立的切換裝置來實現，如表1所示。

2保安電源三電源切換方案設計

目前國內外三電源切換的裝置已經有了較多的成熟產品，并且裝置大都采用模塊化的設計、豐富的切換邏輯、靈活的設置以及高速的運算能力，在大中型機組保安電源切換上選用三電源切換裝置[5]是是可行的，因此針對某工程中保安電源系統制定了三電源切換的設計方案。方案一次部分：設置一臺1200kW柴油發電機，設保安PC段，鍋爐保安MCC段，汽機保安MCC段，兩段MCC段均采用單分段接線，設分段斷路器，具體接線如圖3所示。方案二次部分：鍋爐保安MCC電源兩路工作電源來自鍋爐PC段，一路來自保安PC段，這三路電源設一套電源切換裝置。汽機保安MCC設置同鍋爐保安MCC。柴油發電機組控制器，由柴油發電機廠配供貨，整個保安系統的動作邏輯如下：（1）01ZK，02ZK，03ZK，04ZK隨柴油發電機組配套，其控制由柴油機組完成。（2）保安段切換邏輯由電源切換裝置（MFC）實現（以鍋爐保安段為例，汽機保安段同理）：①工作PC段至鍋爐保安MCC段饋線開關7ZK和9ZK經常保持在合閘位置。②電源切換裝置（MFC安裝在保安MCC段工作電源進線開關柜內）采集保安段母線電壓、工作進線電壓、備用進線電壓，若保安母線失壓且1ZK（或3ZK）保護未動作，則先跳1ZK（或3ZK），再投入3ZK（或1ZK）。③3ZK（或1ZK）投入后保安段母線仍出現失壓時，先跳3ZK（或1ZK）及分段開關5ZK，如果3ZK（或1ZK）保護未動作，則由電源切換裝置向柴油機發出保安電源自動切換指令。④工作電源正常后，則由DCS向柴油機發出恢復廠用電源指令。⑤工作電源進線開關1ZK和備用電源進線開關3ZK間設合閘硬接線閉鎖，同時只允許一個開關處于合閘位置。（3）汽機保安段、鍋爐保安段、脫硫保安段各在控制臺上設有“緊急切換啟動柴油機”按鈕，可以不經三電源切換裝置直接由手動進行切換請示。緊急切換時不進行工作電源保護動作判定，直接跳工作電源進線開關1ZK、備用電源進線開關3ZK和分段開關5ZK，并向柴油機發出保安電源自動切換指令。（4）柴油機并網的同期在柴油發電機控制柜上實現。（5）自投柴油機保安電源的基本程序：①當保安段任一段失壓時，柴油發電機收到電源切換裝置的啟動切換指令，以鍋爐保安段為例，先啟動柴油機，合柴油機進線開關01ZK，然后合該段保安電源饋線開關02ZK，經延時合分段開關（5ZK）。②當汽機保安段、鍋爐保安段、脫硫保安段同時失壓時，柴油發電機收到電源切換裝置的啟動切換指令，先啟動柴油機，合柴油機出口開關01ZK，然后同時合保安電源饋線開關02ZK和03ZK，經第一延時投分段開關6ZK，經第二延時投分段開關5ZK，經第三延時投脫硫保安段保安電源開關04ZK。當柴油發電機收到6ZK或5ZK故障脫扣信號后，則閉鎖合6ZK或5ZK出口。③柴油發電機控制柜設汽機保安段緊急切換開入、鍋爐保安段緊急切換開入、脫硫保安段緊急切換開入。④如果機組第一次啟動失敗，還可進行第二、第三次啟動；如果三次均啟動失敗，則閉鎖自啟動回路。（6）當廠用電源正常后，汽機保安、鍋爐保安段的負荷先后由柴油發電機供電切換到廠用電源。以鍋爐保安段為例，經同期并上工作電源進線開關1ZK或備用電源進線開關3ZK，然后跳保安電源饋線開關02ZK。當汽機保安、鍋爐保安段相繼切換后再停柴油發電機。以上操作可以由DCS向柴油機發指令后由柴油機控制柜進行自動切換，也可在柴油機控制柜上手動操作。

3結論

保安MCC段切換采用三電源切換設計時，柴油發電機的啟停邏輯也納入到三電源切換裝置中，使保安系統的電源切換控制完全與DCS系統分開，在DCS系統退出且全廠意外停電的情況下，啟動柴油發電機組可以可靠迅速的為機組保安負荷提供電源，提高了機組保安電源切換的安全性、可靠性及快速性，確保電氣設備的可靠安全運行。

參考文獻

[1]大中型火力發電廠設計規范:GB/T50660—2011[S]．[2]火力發電廠、變電站二次接線設計技術規程：DL/T5136—2012[S]．

[3]陳建偉．大型火力發電廠保安電源切換方式比較與分析[J].電工技術，2018，23：49-51.

[4]低壓開關設備和控制設備：GB/T14048．11—2016[S].

[5]何敏強．自動轉換開關在火電廠保安PC中的應用[J].電力安全技術，2013，15：3-5．

作者：韓冰 丁劉元 劉軍 單位：中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司