摘要：為增加廠用電失去時保安電源的正確投入率，本專題針對目前國內(nèi)電廠存在的問題做了較全面的分析，論述了國內(nèi)保安電源自投方式的發(fā)展歷程及其分類，并重點(diǎn)描述了近年常用的自投方式，分析了各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了自己的解決方案，具有較大的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：保安電源 自動切換裝置 發(fā)電廠

目前，國內(nèi)電源項(xiàng)目建設(shè)速度很快，300MW、600MW及以上容量的火力發(fā)電機(jī)組已成為全國各大電網(wǎng)的主力發(fā)電機(jī)組，尤其近年隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，高效率、低能耗的1000MW容量機(jī)組成為新一輪電廠建設(shè)的亮點(diǎn)和重點(diǎn)。隨著單臺機(jī)組容量的提高，為增加廠用電失去時保安電源的正確投入，要求保安電源投入必須快速、準(zhǔn)確。本專題針對目前國內(nèi)電廠存在的問題做一全面分析，并與制造單位合作研究，力求開發(fā)一種專用裝置，滿足本工程及國內(nèi)類似工程的需要。

本文首先論述了國內(nèi)保安電源自投方式的發(fā)展歷程及其分類，并重點(diǎn)描述了近年常用的自投方式，分析了各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終求出目前最為適用的專用裝置，具有較大的推廣價(jià)值。

1 國內(nèi)保安電源電氣接線和投入方式

投入方式說明：

根據(jù)廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程有關(guān)規(guī)定，機(jī)組正常運(yùn)行時，機(jī)組保安MCC由對應(yīng)的工作PC供電，柴油發(fā)電機(jī)組處于停止?fàn)顟B(tài)。

保安電源投入過程：

當(dāng)機(jī)組保安MCCA失去電源時(工作PCA失電或進(jìn)線斷路器保護(hù)動作)，進(jìn)線跳閘同時啟動柴油機(jī)，經(jīng)7~10秒后合柴油機(jī)斷路器,同時檢測工作PCB段電壓，若PCB段有電壓，則合保安PCB進(jìn)線開關(guān)，經(jīng)一定延時確認(rèn)保安MCCA滿足要求后，停柴油機(jī)，斷開柴油機(jī)斷路器。

此時機(jī)組保安MCCA由工作PCB段供電。

當(dāng)機(jī)組保安MCCA轉(zhuǎn)入工作PCB段供電不成功時，則在第一時段15秒內(nèi)投入柴油機(jī)。

2 目前國內(nèi)保安電源投入方式

目前保安電源投入方式有四種。一種是采用分立元件(單個繼電器)進(jìn)行邏輯搭接構(gòu)成保安電源自投回路。第二種是在DCS內(nèi)部采用軟件進(jìn)行邏輯，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保安電源自投。第三種是采用大容量切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)保安電源自投。第四種是最近研發(fā)出的采用專用自動裝置實(shí)現(xiàn)保安電源自投。

2.1 采用分立元件構(gòu)成保安電源自投回路

200MW~300MW機(jī)組開始出現(xiàn)保安電源的概念，同時在電廠中引進(jìn)DCS作為機(jī)爐電集中控制方式。由于保安電源自投的重要性，很多電廠對保安電源自投納入DCS存有疑慮，并且當(dāng)時保安電源自投的邏輯還不十分成熟。在該時期電氣專業(yè)設(shè)計(jì)自投回路時仍采用硬結(jié)線(繼電器)搭接方式。該自投回路設(shè)計(jì)相當(dāng)麻煩，并且對繼電器穩(wěn)定性、定值的設(shè)定等等具有很高要求，在電廠中逐步淘汰。

2.2 DCS進(jìn)行邏輯自投

在國內(nèi)300MW機(jī)組投產(chǎn)較多后，在實(shí)際生產(chǎn)中對保安電源自投的運(yùn)行方式有了更深入的認(rèn)識，同時DCS制造商對邏輯框圖的設(shè)計(jì)漸漸成熟，大部分DCS制造商均配備了DCS系統(tǒng)專門電氣人員。在電廠設(shè)計(jì)、DCS設(shè)計(jì)、業(yè)主單位之間建立了比較好的溝通渠道。此時，許多電廠開始應(yīng)用DCS完成保安電源自投回路，即在DCS內(nèi)部采用軟件編程方式完成保安電源自投過程，采用該方式在電廠調(diào)試過程中順利通過。

采用該方式簡化了二次接線，減少了設(shè)備投資。但此接線方式有如下缺點(diǎn)：

1)使用開關(guān)較多，故障幾率大，導(dǎo)致保安MCC失電的可能性比較大;開關(guān)之間只有電氣閉鎖，可靠性不是很高。同期裝置采用柴油發(fā)電機(jī)組配套功能，彼此之間的接線較復(fù)雜。

2)事故情況下的開關(guān)控制完全依賴于DCS的動作，經(jīng)與熱控專業(yè)溝通，機(jī)組事故情況下DCS有可能發(fā)生負(fù)荷率過高、通道阻塞等情況;且在DCS故障時，可能導(dǎo)致保安MCC失電。

3)同期帶載實(shí)驗(yàn)時電源切換由運(yùn)行人員手動操作，若誤操作則保安段失電的可能性較大。由于電廠柴油機(jī)帶載實(shí)驗(yàn)為每半月或一個月一次，頻率較高，對保安負(fù)荷的可靠供電威脅較大。

4)斷路器是保護(hù)元件，不適合頻繁操作。經(jīng)常操作將會降低其使用壽命。且斷路器的切換時間較長。若外部控制電源失去，將不能完成切換，特別是事故時工作電源失電下的切換失敗將危及機(jī)組安全。

5)不能實(shí)現(xiàn)瞬時并列切換(先合后斷)功能，只能串聯(lián)切換，不能實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)帶負(fù)荷并列切換試驗(yàn)，柴油機(jī)長時間空載試驗(yàn)將影響柴油機(jī)的性能及使用壽命;如果采用短時停電切換(先斷開工作電源再投柴油機(jī)的工作過程)進(jìn)行柴油機(jī)帶載試驗(yàn)，將進(jìn)行保安MCC所帶負(fù)荷(如油泵、充電機(jī)、火檢風(fēng)機(jī)等)的倒換，勢必增加運(yùn)行操作并對機(jī)組的安全構(gòu)成威脅。在機(jī)組動力中心失電后柴油發(fā)電機(jī)組有可能不能正常起動而被迫停機(jī)的現(xiàn)象。

故有些電廠運(yùn)行人員對將保安電源自投功能納入DCS仍有保留意見。

2.3 采用大容量切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)保安電源自投

在采用DCS進(jìn)行電源切換不能消除有些電廠運(yùn)行人員的疑慮后，國內(nèi)有些電廠采用了大容量開關(guān)進(jìn)行切換，采用此種開關(guān)和接線方式的優(yōu)點(diǎn)是：

1)此種接線簡單，可靠性應(yīng)比第一種方案高;配置智能微處理控制器一體化設(shè)備，且同時具有機(jī)械及電氣互鎖，可靠性很高，維護(hù)量少。

2)在事故切換過程中，切換開關(guān)通過機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)首先斷開工作電源，然后接通備用電源，不存在將柴油發(fā)電機(jī)組投入故障電纜的可能性。

3)通過2個ATS可實(shí)現(xiàn)三路電源的切換，不依賴DCS或保安電源自投裝置，免除了用戶擔(dān)心DCS的可靠性和速度的因素。

4)控制器自帶同期捕捉功能，滿足條件可進(jìn)行自動切換。

5)控制器電源取自主開關(guān)電源信號，兩側(cè)電源哪側(cè)有就使用那一路，不會因外部電源的消失而受影響。當(dāng)兩路電源沒有時，ATS不動。

6)開關(guān)采用電磁驅(qū)動，動作時間較快，電動機(jī)電壓衰減較少，頻率穩(wěn)定，切換成功可靠性很高，減少沖擊。

7)可以實(shí)現(xiàn)帶載試驗(yàn)和切換過程的不斷電運(yùn)行方式，使電廠柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)真正的帶載試驗(yàn)，用以檢驗(yàn)柴油機(jī)和電源開關(guān)動作的正確性，提高柴油機(jī)的性能，延長柴油機(jī)的使用壽命。

采用此種開關(guān)和接線方式的缺點(diǎn)是：

1)對ATS設(shè)備可靠性要求較高，電源切換依賴于ATS來實(shí)現(xiàn)。

2)目前ATS制造商較少，國內(nèi)目前僅有愛默生公司的ASCO開關(guān)和GE公司產(chǎn)品。

據(jù)目前了解，ASCO開關(guān)在國內(nèi)電廠保安電源的應(yīng)用業(yè)績有：鄒縣電廠四期、沁北電廠、黃島電廠、靈武電廠、馬連臺電廠、西固電廠、韓城電廠、國華錦界電廠、蒲城電廠、后石電廠、福建華電可門電廠等;

GE公司產(chǎn)品在國內(nèi)電廠保安電源的應(yīng)用業(yè)績有：日照電廠二期。

3)設(shè)備價(jià)格較貴，相對于第一種方案投資較高，需要綜合考慮費(fèi)用。

目前有少量電廠采用此種裝置和接線方式。但此種接線方式與規(guī)程DL/T 5153-2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)定》4.6.2條有出入。4.6.2條規(guī)定“正常運(yùn)行時保安母線段應(yīng)由本機(jī)組的低壓明或暗備用動力中心供電，當(dāng)確認(rèn)機(jī)組動力中心真正失電后應(yīng)能切換到交流保安電源供電。”該條文詳細(xì)解釋為“…如采用暗備用動力中心接線時，每臺機(jī)組有2段動力中心。且相互之間只能手動切換，故應(yīng)確認(rèn)2段動力中心都失電后才能啟動柴油發(fā)電機(jī)組，此時保安母線段應(yīng)接自2段動力中心互為自投;無確切信息證明本機(jī)組已失去廠用電源而啟動柴油發(fā)電機(jī)組是不應(yīng)當(dāng)?shù)?rdquo;。

因此，本接線存在較大設(shè)計(jì)缺陷，不符合規(guī)程規(guī)定的精神，對電廠運(yùn)行安全性也是不利的。

此種切換方式完全由切換開關(guān)和柴油機(jī)完成，不用經(jīng)DCS判斷，打消了運(yùn)行人員的擔(dān)心。該種開關(guān)為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格高，每臺機(jī)組需要4個開關(guān)，兩臺機(jī)共需200萬元，相當(dāng)于40面低壓開關(guān)柜，投資較大。

2.4 保安電源專用自投裝置

為求得技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)方案，滿足不同電廠實(shí)際運(yùn)行需要，制造單位開發(fā)出一種保安電源專用自投裝置，該裝置既能滿足自投回路不依靠DCS的獨(dú)立性，又能保證自投回路準(zhǔn)確性、快速性。其能夠自動檢測工作母線電壓，及相關(guān)斷路器工作狀態(tài)，經(jīng)過自身一系列邏輯判斷確定是否需要自投，并且可手動恢復(fù)，能夠接收遠(yuǎn)方信號并上傳DCS需要的信號，還可以進(jìn)行保護(hù)定值整定。

2.4.1 裝置主要特點(diǎn)

裝置采用128×128藍(lán)屏液晶，采用標(biāo)準(zhǔn)的九鍵操作方法。面板上配有USB口，可以方便的進(jìn)行程序加載以及導(dǎo)出裝置內(nèi)部的SOE事件。

裝置采用DSP+ARM構(gòu)架，運(yùn)算速度快，性能穩(wěn)定。采用強(qiáng)電開入，抗干擾性能優(yōu)越。

裝置抗干擾達(dá)EMC最高等級4級。

裝置采用全閉結(jié)構(gòu)，體積小，可安裝于MCC進(jìn)線柜內(nèi)，不另外占用配電室空間。

2.4.2配置方式

該裝置按保安MCC母線段對應(yīng)配置，即每段MCC配置一臺自投裝置。本工程兩臺機(jī)有8段MCC,共需8臺，費(fèi)用為35~40萬元。

3　推薦意見

本文從保安電源自投的原理入手，論述了保安電源自投回路的發(fā)展歷程,同時分析了各種保安電源自投回路和裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終推薦方案三——采用保安電源專用自投裝置。該裝置不依靠DCS邏輯即可實(shí)現(xiàn)保安電源的自投和電源的恢復(fù)，完全能夠滿足本工程的需要，且造價(jià)不高，值得在國內(nèi)外電廠中推廣使用。

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