火力發(fā)電廠保安電源切換方式分析范文

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摘要：介紹了廠用事故保安電源三種切換方式的接線形式及事故切換邏輯，并分析了各自的優(yōu)缺點，為以后的保安電源設(shè)計工作提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：保安電源切換；DCS邏輯控制；ATS；保安電源自投裝置

0引言

隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，火力發(fā)電機組的單機容量越來越大，300MW及以上容量的火力發(fā)電機組已成為全國各大電網(wǎng)的主力發(fā)電機組。隨著容量的提高，對機組的可靠運行提出了更高的要求。根據(jù)國標GB50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，200MW級及以上的機組應設(shè)置交流保安電源。發(fā)電廠交流保安電源系統(tǒng)是指在機組交流廠用電源突然全部消失后，保證機組安全停運，不致?lián)p壞設(shè)備和危及人身安全，能快速啟動、恢復供電，而必須運行的交流電源系統(tǒng)。在發(fā)電廠中，若交流保安負荷供電不可靠將造成主要設(shè)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保安電源系統(tǒng)接線

大中型火力發(fā)電廠一般采用能快速啟動的柴油發(fā)電機組作為事故保安負荷，并設(shè)有保安MCC（電動機控制中心）。正常情況下，保安MCC由兩路廠用工作電源供電；當廠用工作電源失電后，柴油發(fā)電機組快速啟動以繼續(xù)向保安MCC上的保安負荷供電。由此可知，如何確保兩路工作電源之間及工作電源與備用電源（柴油發(fā)電機）之間的快速切換，對于保證保安負荷的不停電運行極其重要。以保安MCCA段為例，機組正常運行時，－QF1、－QF2、－QF4處于合閘位置，－QF3、－QF5、－QF處于分閘位置。即保安MCCA段由工作PCA段供電，柴油發(fā)電機組處于停止狀態(tài)。當保安MCCA段失去電源（工作PCA段失電或－QF1保護動作）時，檢測工作PCB段電壓，同時啟動柴油發(fā)電機，經(jīng)一定延時后合－QF。若工作PCB段有電壓，則投入PCB段，經(jīng)一定延時確認保安MCCA段滿足要求后，停運柴油發(fā)電機，斷開－QF。此時保安MCCA段由工作PCB段供電。當保安MCCA段轉(zhuǎn)入工作PCB段供電不成功時，則經(jīng)一定延時投入柴油發(fā)電機，然后分批次投入保安負荷。

2保安電源切換方式

目前，國內(nèi)保安電源切換方式按其發(fā)展歷程大體分為以下幾種：一是在DCS內(nèi)部采用軟件進行邏輯運算，進而實現(xiàn)保安電源自投；二是采用大容量切換開關(guān)（ATS）實現(xiàn)保安電源自投；三是采用專用自投裝置實現(xiàn)保安電源自投。

2．1方式一

DCS邏輯切換方式是隨著DCS在電廠控制中應用的不斷成熟出現(xiàn)的，用以替代早期繼電器硬件搭接切換回路的一種方式。DCS邏輯切換，即在DCS內(nèi)部采用軟件編程方式完成保安電源切換過程。保安MCCA段為例，DCS控制邏輯如下：當保安MCCA段母線TV失壓（帶延時輸出）且未發(fā)生TV斷線時，跳開保安MCCA段開關(guān)－QF4，并啟動柴油發(fā)電機組，同時進行以下操作。（1）工作PCB段有電壓，如果此時PCB段－QF2保護未動作，那么投入－QF5，待保安MCCA段電壓恢復后向柴油發(fā)電機組發(fā)出停機指令，停運柴油發(fā)電機；如果此時PCB段－QF2保護未動作，當－QF5投入后，因MCCA段故障－QF2保護動作跳開，那么向柴油發(fā)電機組發(fā)出停機指令，停運柴油發(fā)電機。（2）工作PCB段無電壓，則由DCS判斷－QF4、－QF5均處于分閘狀態(tài)后，合－QF3，投入柴油發(fā)電機。（3）當工作電源恢復正常后，應先合上－QF1，跳開－QF3，投入－QF4。保安MCCA段的負荷由柴油發(fā)電機組供電，切換至正常電源后，柴油發(fā)電機組停機。采用DCS切換方式簡化了二次接線，不需額外配置切換裝置，減少了設(shè)備投資，且邏輯功能強，能實現(xiàn)多種控制功能。但DCS采樣周期和邏輯判斷時間較長，在軟件本身故障時會導致啟動時間不可控，并且廠用電失去時DCS需處理大量信息，因而無法掌握啟動切換指令的時間。由于DL／T5136—2012《火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第3．2．5．4條規(guī)定“為保證可靠性，增加了柴油發(fā)電機的事故啟動回路宜由專門的電氣回路實現(xiàn)，不宜采用監(jiān)控系統(tǒng)中軟邏輯實現(xiàn)，以免計算機故障失去保安電源”，因此近年來采用DCS進行邏輯切換的方式趨于減少。

2．2方式二

通過ATS實現(xiàn)保安電源切換是近年來隨著ATS的普及而逐漸采用的一種方式。ATS是由一個（或幾個）轉(zhuǎn)換開關(guān)電器組成的，用于監(jiān)測電源電路，并將一個或幾個負載電路從一個電源自動切換至另一個電源的電器。ATS開關(guān)分為PC級和CB級。PC級ATS開關(guān)能接通、承載短路電流，但不用于分斷短路電流；而CB級ATS開關(guān)配備過電流脫扣器，主觸頭能接通并分斷短路電流。ATS開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、切換速度快等優(yōu)點，且耐受和接通能力較強，能確保開關(guān)不因過載或短路等故障而損壞，從而保證可靠的接通回路。采用ATS開關(guān)實現(xiàn)保安電源切換的方式，接線邏輯簡單，不參與DCS控制，保證了電源切換的快速可靠性。MCCA段為例。

（1）ATS－1開關(guān)檢測到來自PCA段的工作電源失壓后，延時切換至PCB段的備用電源側(cè)，并啟動柴油發(fā)電機組。PCA段的工作電源恢復正常后，延時切換回工作電源PCA段帶負載。

（2）ACTS開關(guān)檢測到工作電源失壓后，延時切換至柴油發(fā)電機組側(cè)，發(fā)出啟動柴油機指令。當工作電源恢復后，延時切換回工作電源帶負載，經(jīng)一定延時由DCS發(fā)出指令或就地停運柴油發(fā)電機組。

（3）切換開關(guān)ATS－1在切換至PCB段電源前，如果PCA段電源恢復正常，那么可事先設(shè)定此狀況下不切換。同時，由于切換開關(guān)切換速度很快，為避免發(fā)出柴油機啟動命令到柴油機已啟動的過程中，備用電源或工作電源復電，可先進行開關(guān)切換再發(fā)指令啟動柴油機。

（4）當工作電源PCA段復電，則由ATS－1經(jīng)一定延時自動切換至工作電源，或就地手動切換回工作電源，再將ACTS切換至廠用電源側(cè)。采用ATS開關(guān)作為保安電源切換方式的優(yōu)點如下。（1）切換工作由ATS開關(guān)自動完成，接線簡單、可靠性高。（2）由于ATS本身具有可靠的機械連鎖和來自于控制器對電磁驅(qū)動線圈控制的雙重互鎖，因此不會同時接通兩路供電電源。在事故切換過程中，切換開關(guān)通過機械聯(lián)動，首先斷開工作電源，然后接通備用電源，不存在將另一段工作電源投入故障回路的可能性。（3）ATS依賴于獨特的電磁線圈驅(qū)動，切換速度快，切換時間可設(shè)置。通過合理設(shè)置切換時間，在兩路供電同時有電切換時，可避免因電弧的產(chǎn)生而使兩路供電同時導通的可能。另外，可利用電弧導通的時間來縮短設(shè)備實際的斷電時間。此方式的缺點是需增加額外的裝置，且ATS開關(guān)的價格較為昂貴，成本較高。

2．3方式三

保安電源自投裝置是為滿足不同電廠實際運行需求，在快切裝置的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種專用自投裝置。該裝置一般采用DSP＋ARM構(gòu)架，運算速度快、性能穩(wěn)定；采用全封閉結(jié)構(gòu)，體積小，可安裝于MCC進線柜內(nèi)。裝置按保安MCC母線段對應配置，即每段MCC配置1臺自投裝置。采用保安電源自投裝置的電氣接線。以保安MCCA段為例，保安電源自投裝置的輸入、輸出信號如下。

（1）模擬量：PCA、PCB、保安MCCA段母線電壓；各進線三相電流。

（2）開入量：－QF1～－QF5開關(guān)的狀態(tài)；－QF1、－QF2保護閉鎖信號；TV斷線信號等。

（3）開出量：－QF3～－QF5開關(guān)的跳合閘出口。采用保安電源自投裝置的切換過程，保安MC－CA為例，當保安MCCA段母線TV失壓（帶延時輸出）時，跳開－QF4，同時執(zhí)行以下操作。

（1）投入－QF5，并發(fā)起柴油機啟動命令。

（2）若－QF5拒合或合閘后母線仍失壓，則跳開－QF5。待柴油機就緒和保安PC段電壓正常后，合上－QF3，柴油機帶保安段負荷。

（3）當工作電源正常后，通過自投裝置將保安MCCA段的負荷由柴油發(fā)電機組供電切換至正常電源上。采用串聯(lián)恢復方式，先跳開－QF3，再投入－QF4，停運柴油發(fā)電機。采用保安電源自投裝置后，電源切換過程由裝置自動完成，不受DCS影響，保證了切換的獨立性。保安電源自投裝置切換動作時間介于DCS軟邏輯和ATS硬件之間；缺點是需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)多，接線較復雜，一定程度上影響了切換的可靠性，且目前國內(nèi)運行經(jīng)驗有待積累。

3結(jié)語

DCS切換方式節(jié)省了硬件費用，減少了設(shè)備投資，但控制邏輯復雜，切換時間較長，且切換可靠性易受DCS系統(tǒng)影響。ATS開關(guān)接線簡單，切換時間短，易于安裝、維護，但價格較為昂貴，成本較高。保安電源自投裝置切換速度介于DCS和ATS方式之間，價格較ATS便宜，但接線復雜。綜合以上分析后可知，保安電源的不同切換方式各有優(yōu)缺點，應結(jié)合保安負荷實際情況來合理選擇。

參考文獻

［1］GB／T50660—2011大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］DL／T5136—2012火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］GB／T14048．11—2016低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］．

［4］何敏強．自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在火電廠保安PC中的應用［J］．電力安全技術(shù)，2013，15（5）：3－5

作者:陳建偉 李瑩 裴善鵬 單位:山東電力工程咨詢院有限公司