600MW 機(jī)組保安電源特點(diǎn)分析及調(diào)試-基礎(chǔ)電子

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    摘要：銅川電廠1號(hào)機(jī)(600MW)同時(shí)采用廠外獨(dú)立電源和柴油發(fā)電機(jī)作為保安電源，且采用了ASCO雙電源自動(dòng)切換開關(guān)進(jìn)行切換，在事故狀態(tài)下保安段完全不失電，具有供電可靠性高、接線簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。文中介紹了該機(jī)組保安電源的系統(tǒng)組成、動(dòng)作邏輯、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及有光工程問題探討，值得類似機(jī)組參考借鑒。

1引言

隨著近年大量的新建600MW及以上機(jī)組投入運(yùn)行，目前我國(guó)的火力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入大容量、高參數(shù)的時(shí)代。相應(yīng)地，機(jī)組的廠用設(shè)備造價(jià)也越來越高，這些設(shè)備一旦發(fā)生事故，損失極為慘重。

機(jī)組廠用事故保安電源是保護(hù)機(jī)組設(shè)備一道防線，對(duì)其可靠性要求自然也越來越高。

一般廠用保安電源有兩種基本形式，一種是采用柴油發(fā)電機(jī)組作為機(jī)組的保安電源，另一種是利用廠外（或其他機(jī)組）獨(dú)立電源作為機(jī)組保安電源。這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。柴油機(jī)作為一個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)，受電力系統(tǒng)等因素干擾的機(jī)會(huì)少，這是其被廣泛選作機(jī)組保安電源的主要原因；但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于柴油機(jī)長(zhǎng)期處于靜止?fàn)顟B(tài)，以及日常管理、維護(hù)、保養(yǎng)中人為不到位，寒冷環(huán)境下冷卻水和燃料的防凍問題的原因，使得柴油機(jī)作為保安電源在事故時(shí)的起動(dòng)成功率并不高，這是其主要缺點(diǎn)。另外，事故情況下即使柴油發(fā)電機(jī)組自起動(dòng)成功，但是在起動(dòng)過程（約5~15s）中，機(jī)組保安段還是會(huì)失電。廠外獨(dú)立電源的優(yōu)點(diǎn)是可以長(zhǎng)期處于帶電備用狀態(tài)，事故時(shí)立即投入，事故過程保安電源完全不失電；但其缺點(diǎn)是這些所謂的“獨(dú)立”電源并不能完全獨(dú)立于電力系統(tǒng)，在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障情況下也將難以保證，一旦廠外獨(dú)立電源失電，將面臨保安段失電的嚴(yán)重后果，這是電廠難以接受的。

如果綜合這兩種接線方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采取這兩種方式作為保安電源的備用電源，就能實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)下保安段完全不失電，極大地提高事故狀態(tài)下的供電可靠性。華能銅川電廠#1機(jī)組是首臺(tái)國(guó)產(chǎn)空冷亞臨界600MW機(jī)組，于2007年11月1日投運(yùn)，該廠采用了廠外獨(dú)立電源作為保安電源，柴油發(fā)電機(jī)組作為第二保安電源，并且采用帶有檢同期功能的ASCO7000自動(dòng)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)下的自動(dòng)切換，以及廠用電恢復(fù)后的自動(dòng)回切，實(shí)現(xiàn)了從備用電源切換到恢復(fù)的整個(gè)事故過程中的完全不失電。

2銅川#1機(jī)組保安系統(tǒng)

華能銅川電廠1號(hào)機(jī)組設(shè)0.4kV保安PC1A段、保安PC1B段、保安PC備用段。保安段正常運(yùn)行工作電源由本機(jī)的鍋爐PC1A、1B段供電，鍋爐PC段、保安PC段和保安PC備用段之間以具有檢同期功能的自動(dòng)切換開關(guān)ASCO連接。保安電源有兩路，保安電源為來自廠外的獨(dú)立10kV市電專線，經(jīng)保安變接于保安PC備用段上；第二保安電源為柴油發(fā)電機(jī)組。整個(gè)保安系統(tǒng)接線示意圖見圖1。

圖1銅川#1機(jī)組保安系統(tǒng)示意圖。

3自動(dòng)切換開關(guān)ASCO

自動(dòng)切換開關(guān)ASCO7ACTS是一種電氣瞬間單線圈激磁操作、機(jī)械互鎖型雙投切換開關(guān)，這種開關(guān)切換速度快，一般開路切換于1/6s內(nèi)完成，負(fù)載實(shí)際斷電時(shí)間少于50ms。該開關(guān)配有智能控制器，可依據(jù)兩路電源的情況進(jìn)行開路式自動(dòng)轉(zhuǎn)換(先斷后接)或閉路式自動(dòng)轉(zhuǎn)換（先接后斷），開路切換見圖2(a)，閉路轉(zhuǎn)換見圖2(b)。

圖2自動(dòng)切換開關(guān)的兩種切換方式。

N——工作電源；E——備用電源；L——負(fù)載。

控制器邏輯自動(dòng)決定采用開路轉(zhuǎn)換還是閉路轉(zhuǎn)換。如果兩路電源都是有效的，就進(jìn)行負(fù)載電壓無中斷的閉路方式轉(zhuǎn)換。若檢測(cè)到任何一路電源失效，則進(jìn)行先斷后接形式的開路方式轉(zhuǎn)換，切換延時(shí)可設(shè)定，以便根據(jù)用戶要求控制負(fù)載失電的時(shí)間。

在工作電源失電的開路轉(zhuǎn)換方式中，控制器邏輯還可以在監(jiān)測(cè)到工作電源失效后，延時(shí)發(fā)出啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)指令信號(hào)。當(dāng)工作電源恢復(fù)，控制器邏輯在閉路回切至工作電源以后，能夠以可整定延時(shí)發(fā)出停止柴油發(fā)電機(jī)指令信號(hào)。

7000系列ASCO開關(guān)還具有準(zhǔn)同期功能，可以在工作電源與備用電源之間進(jìn)行同期檢查，同期條件如壓差、頻差、相差均可設(shè)置。

ASCO開關(guān)還可由指令控制禁止工作向備用，或者備用向工作的切換。這個(gè)功能在某些特殊的情況下，如開關(guān)檢修等，是十分有必要的。

4保安電源切換邏輯

由于ASCO雙電源自動(dòng)切換開關(guān)自帶邏輯控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)多種靈活的工作方式，動(dòng)作時(shí)間可整定，且具有雙向檢同期合閘功能，因此，除了柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)K0與保安變電壓側(cè)開關(guān)ZK之間的互鎖通過硬接線實(shí)現(xiàn)外，其余所有切換邏輯均靠ASCO開關(guān)實(shí)現(xiàn)，無需另設(shè)PLC控制器。

（1）保安電源供電邏輯。

以A段邏輯為例，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，保安PCA段靠的鍋爐PCA段供電，開關(guān)1ZK作為死開關(guān)長(zhǎng)期處于合閘狀態(tài)，保安電源進(jìn)線保安變低壓側(cè)開關(guān)ZK合閘，保安段由保安變長(zhǎng)期帶點(diǎn)運(yùn)行。當(dāng)保安PCA段失電后，2ZK開關(guān)失壓脫扣跳閘，ASCO1開關(guān)控制器檢測(cè)到工作分支N側(cè)無壓，而備用分支E側(cè)有壓后，則ASCO1開關(guān)控制器自動(dòng)選擇以“先斷后接”的開路切換方式，先跳N側(cè)，后合E側(cè)，將保安PCA段切換到保安備用段，由保安電源保安變供電。由于ASCO1開關(guān)切換時(shí)間只有約50ms，保安段負(fù)荷基本不會(huì)受到影響。

（2）第二保安電源供電邏輯。

如果2ZK開關(guān)跳閘后，ASCO1開關(guān)控制器檢測(cè)到工作分支N側(cè)和備用分支E側(cè)均無壓，就說明遇到了嚴(yán)重的電網(wǎng)系統(tǒng)故障，外部獨(dú)立的保安電源也已經(jīng)失去，ASCO1開關(guān)控制器立即發(fā)指令起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，約10s后柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)成功，柴油發(fā)電機(jī)組PLC檢測(cè)到機(jī)端電壓頻率、幅值達(dá)到額定值后，自動(dòng)合閘出口開關(guān)KO，同時(shí)聯(lián)跳保安電源，由柴油發(fā)電機(jī)組供電到保安備用段。ASCO1開關(guān)控制器檢測(cè)到保安備用段有壓后，立即以“先斷后接”的開路切換方式，先跳N側(cè)，后合E側(cè)，將保安PCA段切換到保安備用段，由第二保安電源，即柴油發(fā)電機(jī)給保安段供電。

（3）工作電源恢復(fù)邏輯。

對(duì)于由電源供電的方式，當(dāng)鍋爐PCA段電源恢復(fù)時(shí)，由運(yùn)行人員手動(dòng)合上開關(guān)2ZK，一旦ASCO1開關(guān)控制器檢測(cè)到工作分支有壓，延時(shí)5min后，在工作分支和而備用分支電壓之間檢同期，當(dāng)滿足同期條件后，以“先接后斷”的閉路切換方式將保安PCA段切換到鍋爐PCA段供電，實(shí)現(xiàn)不斷電自動(dòng)回切，對(duì)保安PCA段負(fù)荷無擾動(dòng)。

對(duì)于由第二電源供電，即柴油發(fā)電機(jī)供電的方式恢復(fù)工作電源過程與此類似，不同的是在完成回切以后，ASCO1開關(guān)控制器再延時(shí)5min發(fā)出柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)指令。

（4）柴油發(fā)電機(jī)組手動(dòng)試驗(yàn)邏輯。

由于保安電源長(zhǎng)期存在，而柴油發(fā)電機(jī)出口斷路器無同期功能，因此日常的柴油發(fā)電機(jī)手動(dòng)試驗(yàn)不并網(wǎng)，僅起動(dòng)柴油機(jī)空載運(yùn)行10min，檢查運(yùn)行正常后后手動(dòng)停止。

（5）正常停機(jī)及鍋爐段檢修邏輯。

正常停機(jī)時(shí)，鍋爐PC段停電，要禁止ASCO開關(guān)由主向備的電源自動(dòng)切換，防止誤切到保安電源，或起動(dòng)柴油機(jī)；而鍋爐段檢修或做試驗(yàn)時(shí)，先將保安段負(fù)荷由ASCO開關(guān)切換至備用電源，然后禁止ASCO開關(guān)由備至主的切換，防止當(dāng)鍋爐段有電時(shí)ASCO開關(guān)的自動(dòng)回切。

由以上邏輯可以看出，銅川電廠#1機(jī)組采用了相對(duì)獨(dú)立的市電作為保安電源，采用柴油發(fā)電機(jī)作為第二保安電源，當(dāng)采用具有同期功能的ASCO自動(dòng)切換開關(guān)以后，可以做到保護(hù)動(dòng)作廠用電故障情況下保安段完全不失電（約50ms），保安段負(fù)荷不受影響；而廠用電和外部電網(wǎng)系統(tǒng)同時(shí)故障情況下，保安段還有柴油發(fā)電機(jī)做的保障，僅需短時(shí)間失電（約10s的柴油發(fā)電機(jī)自起動(dòng)時(shí)間）即可恢復(fù)，故保安電源供電可靠性大大提高。

5保安電源切換試驗(yàn)

由以上切換邏輯可見，要保證以上功能的實(shí)現(xiàn)，有兩個(gè)關(guān)鍵的地方需要通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)：①保安PC段失電后，ASCO1開關(guān)以“先斷后接”的開路切換方式將保安PCA段切換到保安備用段，切換時(shí)保安段有短暫的失電，根據(jù)ASCO自動(dòng)切換開關(guān)說明書，此時(shí)間約50ms。此時(shí)間內(nèi)會(huì)不會(huì)導(dǎo)致保安段負(fù)荷跳閘？②在保安段的工作電源恢復(fù)過程中，ASCO開關(guān)以“先接后斷”的閉路切換方式將保安PCA段切換到鍋爐PCA段供電，在此過程中ASCO1開關(guān)能否正確監(jiān)測(cè)同期條件并進(jìn)行同期操作？

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，在多次的開路式切換過程中，主機(jī)交流潤(rùn)滑油泵會(huì)偶然存在跳閘情況，其余保安段負(fù)荷運(yùn)行正常；當(dāng)保安段的工作電源恢復(fù)后，ASCO開關(guān)的閉路切換方式檢同期時(shí)間長(zhǎng)短不定，一般在半分鐘內(nèi)可平穩(wěn)回切，多次切換試驗(yàn)對(duì)保安段負(fù)荷運(yùn)行無影響。

6問題探討

（1）電源的相角問題。

經(jīng)實(shí)測(cè)，正常運(yùn)行時(shí)，保安電源電壓與機(jī)組保安段電壓之間的相角為28度。這是因?yàn)椋菏紫龋?號(hào)保安變繞組接線選型錯(cuò)誤。現(xiàn)1號(hào)保安變的繞組接線形式為Yd11，如果更換1號(hào)保安變的繞組接線形式為Yd12，則可調(diào)整角度30度；其次，因?yàn)楸０搽娫词峭獠开?dú)立電源，其電壓與本機(jī)組交流電壓之間有一定的功角，約為2度。

如果能夠更換1號(hào)保安變的繞組接線形式，則可實(shí)現(xiàn)保安電源電壓與機(jī)組保安段電壓之間的相角接近0度，即可實(shí)現(xiàn)更快的切換速度，主機(jī)交流潤(rùn)滑油泵會(huì)偶然存在跳閘情況可能不會(huì)再發(fā)生。

（2）ASCO開關(guān)的禁止切換問題。

正常停機(jī)及鍋爐段檢修邏輯時(shí)，需要用到ASCO開關(guān)的禁止切換功能，也即同時(shí)禁止了柴油機(jī)的自動(dòng)起動(dòng)功能，這是正確的。但該指令的觸點(diǎn)采用斷開有效的形式，即正常時(shí)應(yīng)該是導(dǎo)通的，允許柴油機(jī)自起動(dòng)，當(dāng)斷開后，就禁止柴油機(jī)自起動(dòng)。

如果由于某種原因，該觸點(diǎn)斷開而沒有發(fā)現(xiàn)，則故障時(shí)柴油機(jī)就不能緊急起動(dòng)，顯然存在隱患。

因此，建議取消此功能，將觸點(diǎn)在ASCO開關(guān)短死。為了防止正常停機(jī)及鍋爐段檢修邏輯時(shí)ASCO開關(guān)的自動(dòng)切換，可通過隔離開關(guān)倒閘實(shí)現(xiàn)，在運(yùn)行停機(jī)操作規(guī)程中予以規(guī)定。

7結(jié)論

（1）采用獨(dú)立電源和柴油發(fā)電機(jī)雙重備用電源后，在獨(dú)立電源正常時(shí)發(fā)生廠用電故障情況下，保安段不斷電，明顯優(yōu)于單獨(dú)