发电机组保安电源三电源切换方案设计

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【摘要】介绍了已投运的发电厂中的交流保安电源的接线形式及控制方式，并分析了不足之处后，设计了一套保安电源系统三电源切换的方案，并在实际工程中得到了很好的应用，提高了保安电源切换的安全性、可靠性及快速性，确保电气设备的可靠安全运行，为今后三电源切换设计方案提供借鉴。

【关键词】保安电源切换；三电源切换；控制逻辑

引言

发电厂中的交流保安电源是当机组厂用交流电源因各种原因突然全部消失后，可以保证机组安全停机的电源系统，不会由于突然失电导致损坏设备和危及人身安全，交流保安电源能快速启动恢复供电，规范规定200MW级及以上的中大型机组应设置交流保安电源[1]，若交流保安负荷供电不可靠将造成主要设备损坏、重要的自动控制装置失灵，甚至导致机组停机和危及人员安全等严重后果，因此保安电源是否安全、可靠将直接影响电厂的安全运行。

1发电厂保安电源接线方式及问题

交流事故保安电源系统的可靠性直接关系到发电机组设备安全停机的成败，中型发电机组一般采用能快速启动的柴油发电机组作为事故保安电源[2]，并设置保安段，一般采用三电源设计，正常工作情况下，保安段由两路厂用工作电源供电；当厂用工作电源失电后，柴油发电机组快速启动向保安MCC段上的负荷供电[3]。因此，确保两路厂用工作电源及工作电源与柴油发电机之间的快速切换，对于保证保安负荷的不停电运行非常重要。目前大部分已投运的发电厂保安电源常规的切换设计实际情况如图1和图2所示。根据图1和图2分析，两个工程的保安电源系统设计思路基本相同，工程乙多了一路从市电引接的保安电源。但是两个工程的逻辑设计基本雷同，MCC段上工作电源切换均采用ATS，而来自保安段上的电源及柴油发电机的启动、停止逻辑均由DCS实现。一旦DCS系统出现故障，柴油发电机系统无法快速启动，因此保安电源系统运行的可靠性受DCS制约。而保安电源又是全厂大停电事故情况下，保证机组安全停机的唯一电源，故不宜依赖于DCS，而宜采用独立的切换装置来实现，如表1所示。

2保安电源三电源切换方案设计

目前国内外三电源切换的装置已经有了较多的成熟产品，并且装置大都采用模块化的设计、丰富的切换逻辑、灵活的设置以及高速的运算能力，在大中型机组保安电源切换上选用三电源切换装置[5]是是可行的，因此针对某工程中保安电源系统制定了三电源切换的设计方案。方案一次部分：设置一台1200kW柴油发电机，设保安PC段，锅炉保安MCC段，汽机保安MCC段，两段MCC段均采用单分段接线，设分段断路器，具体接线如图3所示。方案二次部分：锅炉保安MCC电源两路工作电源来自锅炉PC段，一路来自保安PC段，这三路电源设一套电源切换装置。汽机保安MCC设置同锅炉保安MCC。柴油发电机组控制器，由柴油发电机厂配供货，整个保安系统的动作逻辑如下：（1）01ZK，02ZK，03ZK，04ZK随柴油发电机组配套，其控制由柴油机组完成。（2）保安段切换逻辑由电源切换装置（MFC）实现（以锅炉保安段为例，汽机保安段同理）：①工作PC段至锅炉保安MCC段馈线开关7ZK和9ZK经常保持在合闸位置。②电源切换装置（MFC安装在保安MCC段工作电源进线开关柜内）采集保安段母线电压、工作进线电压、备用进线电压，若保安母线失压且1ZK（或3ZK）保护未动作，则先跳1ZK（或3ZK），再投入3ZK（或1ZK）。③3ZK（或1ZK）投入后保安段母线仍出现失压时，先跳3ZK（或1ZK）及分段开关5ZK，如果3ZK（或1ZK）保护未动作，则由电源切换装置向柴油机发出保安电源自动切换指令。④工作电源正常后，则由DCS向柴油机发出恢复厂用电源指令。⑤工作电源进线开关1ZK和备用电源进线开关3ZK间设合闸硬接线闭锁，同时只允许一个开关处于合闸位置。（3）汽机保安段、锅炉保安段、脱硫保安段各在控制台上设有“紧急切换启动柴油机”按钮，可以不经三电源切换装置直接由手动进行切换请示。紧急切换时不进行工作电源保护动作判定，直接跳工作电源进线开关1ZK、备用电源进线开关3ZK和分段开关5ZK，并向柴油机发出保安电源自动切换指令。（4）柴油机并网的同期在柴油发电机控制柜上实现。（5）自投柴油机保安电源的基本程序：①当保安段任一段失压时，柴油发电机收到电源切换装置的启动切换指令，以锅炉保安段为例，先启动柴油机，合柴油机进线开关01ZK，然后合该段保安电源馈线开关02ZK，经延时合分段开关（5ZK）。②当汽机保安段、锅炉保安段、脱硫保安段同时失压时，柴油发电机收到电源切换装置的启动切换指令，先启动柴油机，合柴油机出口开关01ZK，然后同时合保安电源馈线开关02ZK和03ZK，经第一延时投分段开关6ZK，经第二延时投分段开关5ZK，经第三延时投脱硫保安段保安电源开关04ZK。当柴油发电机收到6ZK或5ZK故障脱扣信号后，则闭锁合6ZK或5ZK出口。③柴油发电机控制柜设汽机保安段紧急切换开入、锅炉保安段紧急切换开入、脱硫保安段紧急切换开入。④如果机组第一次启动失败，还可进行第二、第三次启动；如果三次均启动失败，则闭锁自启动回路。（6）当厂用电源正常后，汽机保安、锅炉保安段的负荷先后由柴油发电机供电切换到厂用电源。以锅炉保安段为例，经同期并上工作电源进线开关1ZK或备用电源进线开关3ZK，然后跳保安电源馈线开关02ZK。当汽机保安、锅炉保安段相继切换后再停柴油发电机。以上操作可以由DCS向柴油机发指令后由柴油机控制柜进行自动切换，也可在柴油机控制柜上手动操作。

3结论

保安MCC段切换采用三电源切换设计时，柴油发电机的启停逻辑也纳入到三电源切换装置中，使保安系统的电源切换控制完全与DCS系统分开，在DCS系统退出且全厂意外停电的情况下，启动柴油发电机组可以可靠迅速的为机组保安负荷提供电源，提高了机组保安电源切换的安全性、可靠性及快速性，确保电气设备的可靠安全运行。

参考文献

[1]大中型火力发电厂设计规范:GB/T50660—2011[S]．[2]火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程：DL/T5136—2012[S]．

[3]陈建伟．大型火力发电厂保安电源切换方式比较与分析[J].电工技术，2018，23：49-51.

[4]低压开关设备和控制设备：GB/T14048．11—2016[S].

[5]何敏强．自动转换开关在火电厂保安PC中的应用[J].电力安全技术，2013，15：3-5．

作者：韩冰 丁刘元 刘军 单位：中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司