大型火力发电厂热工电源系统配置方案探讨

大型火力发电厂热工电源系统配置探讨 李 博 (东北电力设计院，吉林 长春130021) 摘 要：针对大型火力发电厂新老机组热工电源系统设计中存在的问题进行了原因分析，对电源柜配置繁冗UPS 电源使用原则及分岛招标是否采用分岛设计进行了探讨，并结合工程现场实际的修改提出了合理化建议。 关键词：热工电源系统；配置方案；大型火力发电厂 中图分类号：TM621、6 文献标识码：B 文章编号：1009～5306(2005)04—0007—02 大型火力发电厂热工电源系统的设计一直是大 家关心且存在争议的问题，各家设计院的设计思路 不尽相同，致使各个电厂的热工电源系统配置五花 八门，没有一个统一的、成形的标准去遵循。为了能 找到合理的配置方案，设计人员通过不同工程的系 统运行反馈，一直在进行着分析和探讨。 1 热工电源系统设计中出现的问题 1．1 老机组热工电源系统设计中出现的问题 目前包括以往大型火力发电厂的热工电源系统 设计非常简单，每一个项目在设计初期均只考虑1 个热工总电源柜，所有热工用电仪表及就地控制盘 (AC电源等级220 V)均由此柜供电，增加备用回路 后，柜内配置相当繁冗，而且在现场实际运行中存在 以下问题。 a． 由于现场实际订货变化或者辅机厂配套仪 表发生变化，导致实际用电回路增加量比较大，不仅 备用回路被占用，有可能还需增加用电回路。由此会 产生2个后果：一是柜内布置相当拥挤，可能导致运 行人员误操作，同时会增加柜内短路故障的概率，影 响系统安全运行；二是总电源容量增加，因为热工仪 表均为长期带电用户，所有原考虑的电气总电源备 用负荷被占用，而更改电气总开关分配，需重新配置 电气开关柜，现场的条件是不允许这样做的。但从长 远角度来分析，由于用电用户的增加，冲击电流肯定 会增大，对系统的安全是不利的。 b． UPS电源的大量浪费。热工电源柜常规设 计供电均为一路UPS，一路保安电源，如无保安电 源，则供给厂用电源。但实际上并不是所有需 220 V(AC)电源的热工控制对象采用UPS电源都 是合理的，有很多不参与重要系统控制、对机组主体 控制不起主要作用的设备没有必要采用。 1．2 新建工程热工电源系统设计中出现的问题 a． 近几年，新建的300、600 MW 大型火力发 电厂非常多，工程招标经常会分岛进行，例如锅炉岛 (包括锅炉及锅炉侧辅机)、汽机岛(包括汽轮机、发 电机及汽机侧辅机)、IC岛(包括DCS及全厂辅助 系统)等。而这样分岛招标直接导致分岛设计，从而 破坏了热工电源系统的整体性。 b． 老的机组热工控制以人工干预为主，所以 现场使用的智能仪表不多。随着新机组中大量新型 仪表和控制设备的使用，使热工电源柜的供电对象 越来越多，而所有的用电回路仍采用以往的并行运 行方式，1个电源柜经常含有300个用电回路，1个 小的现场仪表和1个程控系统并联送电，对系统运 行安全是一个故障隐患。 2 电源柜配置繁冗修改方案 热工电源分配柜之昕以变得如此拥挤，主要原 因一是由于全厂所有热工仪表电源均由此柜供电， 二是所有现场增补220 V(AC)电源均从此柜备用 回路中供给。这样，热工电源柜成了现场220 V 收稿日期：2005—04—17 作者简介：李 博(1 979一)．男，助理工程师．主要从事电厂热工自动化设计方面的工作。 · 7 · 2005年08月 第4期(总第179期) Aug．2005 NO．4 (Ser．No．179) (AC)热工电源的集中场所。 此种方案的弊端在于忽视了系统的整体性。可 想而知，如果1台送风机的润滑油系统跳闸，那么会 直接导致风机本体的跳闸，风机本体振动监测仪表 的监测就没有了太大的意义。这个例子说明大型辅 机系统一般会配供就地成套控制箱，负责给辅机润 滑油泵供电及实现就地控制操作，同时为远方留有 控制接口，可以实现远方DCS控制。就地成套控制 箱均由电气直接供给380 V(AC)三项四线制电源， 内部控制回路所需的220 V(AC)电源由1根火线 和零线供给。因此，应该考虑将辅机配供需要220 V (AC)、220 V(DC)、24 V(DC)电源的热工仪表由此 柜供电(电源级别不一样，可以在柜内增加变压 器)，否则，如果此柜失去电源，那么热工仪表的电源 供给就失去了意义。 一个系统本身是完整的，其完整性在于它内部 的控制和设备是独立于外系统而存在的，每一种设 备的配备均为这个系统而服务，因此，对外系统而言 没有太大影响。故系统内的仪表电源也应由其系统 内总的电源来考虑，这样做既缓解了热工电源柜的 压力，同时对系统而言又不失其整体性。 3 UPS电源使用原则 UPS电源是现场各种电源中最稳定的，其使用 量对电厂的经济性具有一定意义，所以在热工UPS 电源的使用上应当慎之又慎。 根据《火力发电厂设计技术规程》(DL5OO0～ 2000)中12．11．3条规定：分散控制系统、汽轮机电 液控制系统、机组保护回路、火检装置及火检冷却风 机控制等的供电电源，一路应采用交流不问断电源， 一路来自厂用保安段电源。ETS、TSI的电源在《防 止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中的 12．3．5条也要求使用可靠的电源，根据工程实际， 同样采用UPS电源。 《火力发电厂与变电所的设计防火》 (GB50229-96)中8．1．3条规定：发电厂内的火灾 自动报警系统，当本身带有UPS时，应用厂用电供 电，当本身不带有UPS时，应由厂内UPS供电。消 防系统作为一个独立的系统，与全厂热工系统(包括 控制系统和电源系统)没有必然的联系，它的电源供 给应在全厂总的UPS电源规划中统一考虑。 炉管泄漏报警装置是近些年刚刚出现的新产 品．在DL5OOO-2O0O中明确规定：300 Mw 及以上 ·R ‘ 容量机组的锅炉宜多炉合设1套炉管泄漏监测系 统，但却没有明确装置的重要性及供电型式，不过从 对锅炉本体设备的保护角度来分析，采用UPS电源 供电是无可非议的。 然而并不是所有的热工设备均需采用UPS电 源供电，盲目地以热工UPS电源分配柜为所有的热 工设备供电是不可取的。解决这个问题可以采用设 立普通热工电源柜，将原热工UPS电源分配柜中不 需UPS电源供电的设备(如吹灰程控、变送器保温 箱等)分出，采用普通电气电源供电，这样做既可以 减少UPS的用电负荷，同时也缓解了原电源柜的拥 挤程度，降低运行人员的误操作概率。 4 分岛招标是否应分岛设计 大型火力发电厂的分岛招标已不是新鲜事，托 克托一期工程2×600 MW 、陕西韩城第二发电厂新 建工程2×600 MW 均是按此方式操作，可设计结 果却截然不同。原因是托克托一期工程分锅炉岛、汽 机岛、IC岛招标，3家中标单位的岛方设计院分别为 东北电力设计院、西北电力设计院、华北电力设计 院。根据分岛招标分岛设计的原则，各家设计院分别 负责岛内系统设计，这样直接导致系统设计失去整 体性。因为各家设计思路不同，再加上的约束， 本应该整体考虑的事情一分为二甚至一分为三，其 中热工电源系统反映出来的问题尤为突出，结果是 锅炉热工电源柜近300个用电回路并列运行，而汽 机热工电源柜仅有不到80个用电回路。如果统一考 虑设计，这种情况是可以避免的。而陕西韩城第二发 电厂新建工程虽也为分岛招标，但3家中标单位的 岛方设计院均为东北电力设计院，设计理念达到了 完全的统一，整个系统设计均从全厂的角度考虑，从 而为电厂将来的稳定运行奠定了基础。 岛的概念可以在工艺系统的供货和设计上划 分，但控制和电源系统是不可分割的，这样做对系统 完整性很不利。机炉的协调控制是近代控制理论精 髓，这个观点不是简单的指DCS系统对机炉的集中 控制，它更要求控制系统、电源系统的合理配置和统 一规划，不可因工艺的界限而将其区分开来。只有将 控制系统和电源系统整体考虑，对电厂将来的运行 和维护才真正有意义。 在新建的大型火力发电厂中，热工电源系统网 络构架的可靠性、热工电源系统用户分配的合理性 (下转第25页) 2005年O8月 第4期(总第179期) Aug．2005 No．4 (Ser．No．179) 在由基本厂站所构成的大型电力网中包括 110、220、500 kV等不同电压等级的多条线路，断路 器、母线、变压器等元件。根据网络元件(线路、变压 器、断路器／隔离开关等)的连接关系和断路器／隔离 开关的开合状态，建立网络拓扑矩阵，应用文中的算 法实现电网中各厂、站联络的拓扑功能，确定电网 中设备的带电状态。又可根据网络中断路器／隔离开 关的变化状态，进行实时网络拓扑分析，反映系统设 备带电状态的改变。 3．2 网络数学模型 为电力系统仿真和动态潮流计算、安全分析等 软件模块提供网络数学模型，应用本文提出的网络 拓扑法建立的网络拓扑关系，可将系统中各条线路 和元件的参数建立与网络拓扑结构一对应的的关系 形成参数矩阵，使各线路参数直接对应网络拓扑矩 阵，继续形成电网的节点导纳矩阵或阻抗矩阵，即网 络的数学模型。 4 结束语 本文提出的利用矩阵结构的网络拓扑技术，可 以实现各种复杂结构的电力网的网络拓扑分析，具 有很好的通用性和很强的可扩展性。同时，建立网络 拓扑矩阵与电网接线结构相互对应，具有运用灵活 和修改方便的优点。在实际应用中取得了很好的 效果。 参考文献 [1] 于尔铿．电力系统状态估计[M]．北京：水利电力出版 社，1985． [2] Mauro Prais．A Tolology Processor that Tracks Network Modifications over Fime[J]．IEEE Trans． on Power Systems，1988，3(3)：28— 31． [3] 王树禾．图论及其算法[M]．合肥：中国科学技术大学 出版社，1990． [4] 竺炜．用于DTS的实用电力网络拓扑分析方法[J]． 华北电力技术，1998，8(1)：1O一12． (编辑 刘文千) 、， 、， 、， 口 、， 、， 、， 、， 、 、 、， 、 、， 、 、 q q q一 (上接第8页) 已经上升到可以影响机组安全运行的高度，对热工 电源系统进行统一、合理的规划对于大型火力发电 厂的稳定运行有着深远意义。 5 电源的分级概念 所谓“分级”，也就是说单个热工仪表与整个控 制系统是无法等同的，根据对用电回路的分析，2路 进电源柜电源经自动切换后，应分别设立几个总的 分级开关，为不同用电回路组供电。这样，一旦某个 回路组内个另I!用电回路故障，也仅仅会影响到上层 的分级开关，对其他电源回路组的影响很小，对整个 电源系统的稳定会起到积极的作用。 分级的概念本是电气电源系统中常规的设计理 念，但在热工专业却没有明确的规定。常规的热工电 源系统设计，也就是从电气专业引入总的电源，而后 统一分配，致使热工电源系统脉络非常不清晰。然而 随着电厂控制理论的深入研究，基于热工专业电源 系统特点的总体考虑，电厂热工电源系统也应该采 用树形结构，不能再将单一的热工仪表与整个独立 系统等同视之。引入分级的概念也就是将机组故障 率由大化小，将原来电源柜总开关的故障分摊到每 一个分级开关上，从而能够大大降低热工电源系统 的故障率，提高机组的稳定性。 6 结束语 热工电源分配系统及热工厂用电源系统的合理 配置和使用对于整个电厂的安全运行是非常关键 的。正像前面所提到的那样，电厂热工电源系统无论 发生供货的不同或者设计分工的不同，都不应该破 坏其整体性和树形的分级结构，只有整体考虑电源 系统的配置，优化电源系统的配置方案，达到电源系 统的机炉协调，才能为机组的安全调试和正常投产 奠定坚实的基础。 (编辑 田淑华)__