火电厂厂用保安电源的设计优化
李世雄;胡俊;安福旺
【摘 要】内蒙古京泰发电有限责任公司厂用保安电源设计有2个电源:锅炉PC段和柴油发电机,由于存在失电时间长、供电可靠性不高等问题,对保安段供电系统改造优化为3个电源:锅炉PC1A段、锅炉PC1B段和柴油发电机,并设计了备用电源自投逻辑.改造后,保安电源运行可靠,达到了改造优化目的. 【期刊名称】《内蒙古电力技术》 【年(卷),期】2011(029)004 【总页数】4页(P66-69)
【关键词】发电厂;保安电源;柴油机组;备用电源;ECS逻辑;设计优化 【作 者】李世雄;胡俊;安福旺
【作者单位】内蒙古京泰发电有限责任公司,内蒙古 准格尔 010300;内蒙古京泰发电有限责任公司,内蒙古 准格尔 010300;内蒙古京泰发电有限责任公司,内蒙古 准格尔 010300 【正文语种】中 文
发电厂的机组保安负荷在失去正常厂用电后，会直接危及机组安全，甚至导致永久性损坏，造成巨大的经济损失。为了避免此类事故的产生，通常由专门设置的保安段对其进行集中供电。根据DL 5000—2000[1]规定，容量为200 MW及以上的机组应设置交流保安电源，交流保安电源宜采用可快速启动的柴油机组。
柴油机组作为1个的系统，因其受电力系统等因素干扰较少，当前被作为发电厂保安电源广泛选用。当保安段因故失去工作电源后，备用电源必须及时可靠投入，以保证重要负荷的供电[2]。 1 原保安电源接线设计方案存在的问题
内蒙古京泰发电有限责任公司原保安电源接线设计方案采用柴油机组保安电源，见图1所示。在设计之初，保安段有2个电源。正常运行时，每个保安段由相应的锅炉PC段供电；当保安段因故失电时，柴油发电机自动投入，一般情况下，15 s内即可将失电的保安段恢复供电。
原保安电源接线设计方案在柴油机组的实际管理应用中，有过多的人为因素参与，导致柴油机系统的可靠性降低；同时，在寒冷的冬季，柴油机组的冷却水和燃料的防冻问题也比较突出，任一方面出现问题都将导致柴油机组不能快速启动。另外，从较多发电厂的柴油机组定期试验情况来看，由于制造质量不过关、设备维护管理不到位、使用经验不足、设备老化等原因，部分国产柴油机组尤其是一些老旧柴油机组由于缺乏备件，设备始终处于亚健康状态，加上柴油机组实际使用次数较少，设备技改费用紧张等因素，这些问题往往很容易被忽略，不能及时有效地解决。因此，仅以柴油机组作为保安电源是有局限性的，主要缺点有以下2个方面。 （1）失电时间过长。保安段失电15 s后才能恢复供电，所有保安负荷均会失电停运，不能保证机组连续稳定运行。
（2）供电可靠性不高。仅以柴油发电机作为备用电源，当柴油发电机出现故障或异常时，无法保证立即恢复供电。 2 保安电源接线设计方案的优化
针对原保安电源接线设计方案中存在的问题，对保安段供电系统进行了改造，优化后的保安电源主接线图见图2所示。 图1 优化前的保安电源主接线图
改造后，保安段母线有3个电源：锅炉PC1A段、锅炉PC1B段和柴油发电机。正常运行时，由锅炉PC1A段供电；当保安段因故失电时，自动切换到锅炉PC1B段，由锅炉PC1B段供电，同时启动柴油发电机。如果柴油发电机的电压已达到额定值（约经10 s），而保安段仍为低电压，则改由柴油发电机供电。 2.1 备用电源的自投逻辑及二次回路
为了降低工程造价、节约资金，在改造过程中，未装设备用电源自动投入装置来进行电源间相互切换，而是利用ECS逻辑组态的特点，设计了保安段备用电源自动投入的电气逻辑。
以保安PC1A段3ZKK为例进行分析。保安PC1A段共有3路电源，其中3ZKK来自锅炉PC1A段，为主工作电源；6ZKK来自锅炉PC1B段，为副工作电源，且3ZKK与6ZKK互为备用；1ZKK来自柴油发电机，为备用电源，3ZKK′、6ZKK′和ZKK分别是3ZKK、6ZKK和1ZKK的上级馈线开关。正常运行时，可以由3ZKK、6ZKK中任何一路来供电，3ZKK′、6ZKK′一直处在合闸位置，ZKK在柴油发电机启动电压建立后将自动合闸。
3ZKK自动合闸的ECS逻辑见图3所示。动作过程如下：保安PC1A段由6ZKK供电，3ZKK联锁开关投入。当保安PC1A段突然失电时，6ZKK由合位变为分位，此时满足3ZKK自动合闸逻辑的全部条件，3ZKK自动合闸，保安PC1A段恢复供电。
柴油发电机启动逻辑见图4所示。动作过程如下：保安PC1A段由6ZKK供电，3ZKK联锁开关投入。当保安PC1A段突然失电时，6ZKK由合位变为分位，此时3ZKK应自动合闸，如果3ZKK自动合闸不成功，且延时达到2.5 s（为了与ECS逻辑配合，保证3ZKK有充分的合闸时间，保安PC1A段低电压延时设为2.5 s，不能按常规设为0.5 s），由低电压继电器接点启动柴油发电机。柴油发电机启动电压建立后，ZKK自动合闸 （由柴油机内部回路完成），低电压继电器与ZKK常
开辅助接点串联后联合1ZKK，保安PC1A段恢复供电。 图2 优化后的保安电源主接线图 图3 3ZKK自动合闸的ECS逻辑 图4 柴油发电机启动逻辑
经反复试验证明，在各种故障情况下，备用电源的自投逻辑均能正确快速动作，完成保安段备用电源自动投入[3]。 2.2 风机润滑油泵的重启动
在保安段电源切换试验过程中，发现当电源切换时间小于1 s时，风机润滑油泵可以成功重启动；当电源切换时间大于1 s时，风机润滑油泵则无法重启动。经分析，在电源切换过程中，电机控制装置的电源会短暂消失，而内部的电源模块由于电容放电可以对装置保持1 s左右的供电时间，当切换时间大于1 s时，会造成重启动不成功。
对电机控制装置进行改造，具体做法如下：给电机控制装置加装1套外接电源模块ST-9，该模块在电源消失后可向ST500测控装置提供约20 s的供电时间，保证电机失电后顺利实现重启动。改造后，重新对保安PC段做电源切换试验，试验结果表明，在各种故障情况下，切换风机润滑油泵均可以成功重启动，风机将不会因保安电源切换而跳闸。 3 改造效果
保安电源经设计优化后，现已投入运行近2 a，在运行过程中虽发生过2次因锅炉PC电源保护动作跳闸致使保安电源失电的事故，但保安段备用电源自投逻辑均可靠启动，成功将备用电源迅速自动投入，顺利实现风机润滑油泵等重要电动机的自启动，避免因柴油发电机启动时间长可能造成的机组重要设备的损坏。经现场实际运行证明，优化后的保安电源运行可靠，至今未发生过误动、拒动现象，达到了优化改造的目的。
（1）由于增加了1路备用电源，使原设计方案中的保安段供电可靠性不高的情况得到改善，保证了保安段供电可靠性。
（2）提高了恢复供电的速度，原设计方案需要15 s后才能恢复供电，而DCS逻辑最短可在1 s内恢复供电。
（3）节约了设备投资和维护费用，其中减少4台备用电源自动投入装置共节约费用约15万元。
（4）简化了电气二次回路，采用DCS逻辑实现备用电源的自投功能，不仅安全可靠，而且避免了因二次回路过于复杂而造成的误动、拒动、故障排除费时等不安全因素。
（5）提高了设备利用率，最大程度地利用现有的DCS系统，实现保安段备用电源的自投功能。 [参考文献]
【相关文献】
[1]中国电力建设工程咨询公司.DL 5000—2000火力发电厂设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2000.
[2]陈戌生.电力工程电气设备手册（电气二次部分）[M].北京：中国电力出版社，1996：188-203. [3]叶惟辛.电气设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2007：28-34.
