大机组交流事故保安电源若干问题的探讨（周平）

大机组交流事故保安电源若干问题的探讨（周平） 大机组厂用事故保安电源若干问题的探讨 大机组厂用事故保安电源若干问题的探讨 嘉兴发电有限责任公司 周 平 (浙江 嘉兴 314201) 【摘 要】本文针对目前大机组厂用事故保安电源所采用的事故切换方式、切换逻辑及 现场具体实现方式等几个方面的展开讨论～指出存在的问题～提出笔者 自己的观点,同时～对在保安电源上设置同期系统进行同期并列操作的可行 性和必要性等有关问题进行了。 【关键词】保安电源 事故切换 同期并列 探讨 1、概述 在大容量发电机组的厂用电系统中，为了保证事故保安负荷的用电需要而设置事故保安电源。在全厂厂用电发生全停后，为了保证汽机、锅炉热力系统的安全停运，事故消除后又能迅速重新启动;或者为了防止危及主设备及人身安全，需要全厂停电时继续供电的负荷，称为事故保安负荷。正常运行时，有些负荷投入运行，有些负荷不投入运行(如盘车电动机)，事故停机时，才投入使用。因此，就事故保安电源而言，对其供电可靠性的要求是非常高的，必须同时确保正常运行及事故停机的可靠供电。目前，单元制大机组厂用电系统设置的事故保安电源的典型接线如图1所示。 图1、大机组事故保安电源典型接线图 图1中设置一段事故保安母线(有些大机组，如600MW机组设有2段保安母线)，通常分别由工作电源1、工作电源2以及柴油发电机3路电源供电。工作电源1、2取自厂用低压(380V)工作段或公用段母线。正常运行情况下，保安段母线由工作电源1或工作电源2供电;在当前工作电源故障时，将切换至另一路工作电源;而当全部厂用电故障时，此时应快速启动柴油发电机自动投入向保安段事故保安负荷供电，从而满足事故情况下安全停机的需要。另外，在正常运行情况下，由于没有同期系统3路电源之间切换只能进行无压切换(断电切换)。下面，笔者结合一台300MW机组的实际情况对事故保安电源的事故切换原则、实现方式以及正常同期并列操作等几个方面展开讨论，指出其中存在的一些问题，并提出自己的观点。 2、保安电源事故切换 2.1、保安电源事故切换方式 如图1中所示，为了确保保安电源的供电可靠性，保安段母线设置3路电源供电。同时，为了避免切换非同期合闸冲击，3路电源间事故切换采用快速串联切换方式。实际现场运行，这3路电源间又有两种切换方式。一种方式为，对工作电源1、2而言，其中一个为主电源，另一个为备用电源，正常运行中保安段由主电源供电，主电源故障后切至备用电 1 大机组厂用事故保安电源若干问题的探讨 源供电，当备用电源失电时，启动柴油发电机自投，实现柴油发电机带保安段运行。第二种方式为，对于工作电源1、2，两者无主备之分，正常可由任一个工作电源供电(假设为 )，则另一个为备用电源(工作电源2)。如在运行中工作电源1故障，则切换工作电源1 至工作电源2供电，而当工作电源1恢复后，将作为备用电源;只有当两个工作电源都故障时，才启动柴油发电机并进行自投。比较这两种方式而言，第一种方式运行控制、操作比较简捷方便，但灵活性和可靠性相对差一些;后一种方式具有较高的灵活性，但接线和操作较复杂。目前，这两种方式均有较广的应用。实际选用可根据不同电厂用户现场需求和院设计惯例确定采用何种方式。 2.2、保安电源事故切换逻辑 如前所述，不同的切换方式其对应的控制逻辑也有着较大不同。下面笔者以某厂一台300MW机组的保安电源实际情况为例，具体分析此切换逻辑的特点，指出其中问题，并提出改进建议。实际事故保安电源接线见图2，采用2.1中第二种切换方式，工作电源1、2分别取自380V厂用工作A、B段母线(以下称保安段A进线、B进线)。 图2、300MW机组事故保安电源接线图 实际切换逻辑如下:(以下逻辑均以电源A为例，电源B类似) (1) 失压及自投失效联跳逻辑: 当电源A(B)故障时，即检测1TV(2TV)无压后，经t1(一般取0.5秒)延时联跳 2DL)，为电源B(A)进行事故切换做准备。 保安段A进线1DL( 当电源A(B)进行切换后，即保安段A(B)进线开关1DL(2DL)已合闸，但保安段母线上仍然无压(3TV无压)，此时也应将1DL(2DL)联跳。延时t2可取1,2秒。 (2) 电源A、B互切逻辑: 当电源B(A)故障，即2TV(1TV)失压， 0.5秒后将失压联跳2DL，并经t3自保持，此时若联锁投入且其它2个开关均断开，则将A(B)进线开关合闸。t3为瞬时动作延时返 2 大机组厂用事故保安电源若干问题的探讨 回，自保持时间取1,2秒，即在B(A)进线开关跳开后t3时间内应一次切换完成，否则切换失效。3选1操作闭锁主要考虑事故切换采用串联切换中，避免2个电源同时并列造成非同期冲击。故只要3个开关中任一个在合闸位置，其它2个无法切换合闸，如合1DL时，2DL、3DL开关必须在断开位置。 (3) 柴油发电机启动逻辑: 在柴油发电机置自动控制方式下，如电源A及电源B都故障，将启动柴油发电机。t4、t5延时与t1一致，为低电压保护出口延时一般取0.5秒。 (4) 柴油发电机自投逻辑: 在柴油发电机启动正常后，自动合上柴油发电机出口开关4DL，同时启动正常后，开放10秒(t6)允许柴油发电机进线开关3DL合闸;在联锁开关投入及3选1条件满足后，柴油发电机自动投入带保安段运行。 通过对上述逻辑分析，可以看出实际运行中将存在以下问题: (1)当正常运行时，当前的运行开关发生偷跳，将无法保证另一路电源正确切换，同样也无法确保柴油发电机紧急启动和自投。 (2)由于在自动切换回路中无故障闭锁切换，势必有可能造成自投于故障母线。 (3)在备用工作电源正常状态下，由于进线开关故障也进行成功切换。最终不能启动柴油发电机并进行自投。 (4)低电压动作延时t1设置过长，实际切换时，加上开关动作时间，保安段母线失电时间将大于0.5秒。在机组正常运行中，由于某种原因发生切换时，极有可能因为保安段失电过长，造成热力系统的不正常工作，甚至影响机组安全运行。 综合上述问题，笔者认为可对切换逻辑做如下修改: (1)在电源A、B切换合闸逻辑及柴油发电机自投逻辑中增加故障闭锁。 (2)对于开关偷跳无法进行切换和开关故障不能切换成功，同时也无法启动柴油发电机问 3 大机组厂用事故保安电源若干问题的探讨 题考虑如下(以A偷跳合B为例，同时因为偷跳原因复杂故不考虑偷跳自合)，并以梯形图表示: 图中Y2输出至2DL合闸，T15为瞬时动作、延时返回时间元件，与t3类似，如取1.5秒。当1DL偷跳后，1.5秒时间内将自动合上2DL 。如此时B开关故障导致切换失败，则在原柴油发电机启动中增加下逻辑: T10为延时动作、瞬时返回时间元件，取1秒。Y1、Y2分别对应启动A、B进线的合闸信号。 (3)低电压动作延时t1设置过长问题，笔者认为有必要进行缩短至0.2,0.3秒，此外可适当降低低电压的整定值。这样可有效的将失电时间控制在0.5秒内甚至更少。 2.3、现场实现方式 对于保安段切换现场实现方式目前普遍采用以下三种方式。方式一利用电气二次回路及若干个辅助继电器和切换开关组合实现，俗称“硬逻辑”，早期设计的切换逻辑都采用上述方式，运行中存在维护和操作较复杂、可靠性不高等缺点，同时这种方式如应用于2.1中第二种切换方式时将很难实现控制。另外，二次回路完整性、继电器的动作情况、接点的完好性得不到有效的保证。目前，设计中已很少采用。方式二采用PLC(程序控制器)实现，采用一个专用PLC装置，将参与逻辑的各个开关量信号接入PLC装置，PLC装置根据事先设置的逻辑条件判断输出是否满足要求，各输出量直接至控制回路进行控制。此方式采用PLC编程，现场易于实现，运行维护操作方便，可靠性较高、且运行中可在线监测各信号的完好性。尤其适用于较复杂的逻辑，优越性明显。方式三与方式二基本相同，近几年的设计将电气系统进入DCS控制后，可不采用专用PLC装置，其功能可由DCS的某一部分就可实现。 笔者认为，方式一应尽早予以淘汰，并视现场具体情况，改造成方式二、三，在此基础上，应尽可能的完善切换逻辑。 3、保安电源的同期并列切换 根据《火力发电厂厂用电设计技术》(SDGJ17-88)中8.4.3条规定，柴油发电机不装设同期并列装置。但在实际运行中将存在以下问题: (1)在机组事故停机过程中，厂用电完全消失后，保安段将自动切至柴油发电机供电，如果此时工作电源故障消除，需切换回工作电源供电。同时，应保证保安段的不断电切换。如不设置同期并列切换，势必导致保安段失电。 (2)在日常维护过程中，柴油发电机一般需要带一定负荷运行一段时间进行保养，以保证 4 大机组厂用事故保安电源若干问题的探讨 柴油机的技术性能更佳。 为了解决上述问题，则应装设一套集中同期装置(同期控制屏)，可安装柴油发电机房，图2中3个进线开关为3个同期点，可分别实现同期并列操作。而柴油发电机本身提供了调压、调速接口。因此，对现场方面来说，增设同期系统还是比较容易实现。具体原理接线见图3。 图3、保安电源同期控制原理图 如图3所示，在由柴油发电机供电切回工作电源供电的同期并列操作中，可由保安A进线或B进线开关的同期点进行操作实现(即将同期控制开关置“TKA”或“TKB”)，俗称“反同期”，即此时同期操作调压、调速(R1、R2)与柴油发电机并网时相反。而柴油发电机正常对保安段“正同期”并列操作(即将同期控制开关置“TKG”)，即可实现柴油发电机带负荷保养维护。笔者在上面所提及的300MW机组的保安电源上按上述方法加装同期系统，现场实际运行完全达到了预期的目的。 4、结论 通过上述分析，笔者认为对于大机组事故保安电源的事故切换和正常切换应做如下考虑，才能更好地满足现场的实际需求。 (1)保安电源的切换控制应采用专用的PLC装置或进入DCS控制。使得操作、维护进一步简化，同时切换的完好性能得到进一步的保证。 (2)在考虑采用DCS控制(含PLC)后，应采用2.1中所述第二种切换方式，各工作电源的切换逻辑可进一步完善和优化。 (3)在保安电源上设置同期装置，实现同期并列操作是可行的，而且易于实现，同时是非常必要的。 作者:周平,1975年生,大专,从事发电厂继电保护现场调试维护和技术管理工作。 5