王雷鳴，林令知，師法民

（國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100094）

0 引言

事故保安負(fù)荷即為保證機(jī)組安全停運，事故消除后能快速重新啟動，或為防止危及人身安全等原因，需在全廠停電時繼續(xù)供電的負(fù)荷。如果缺少事故保安電源，將引起主要設(shè)備損壞、重要的自動控制失靈或推遲恢復(fù)供電等嚴(yán)重后果。

大型機(jī)組在電力系統(tǒng)中居有重要地位，它直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。保安電源作為保護(hù)電廠重要設(shè)備的最后防線，顯得至關(guān)重要。保安電源的選擇決定著整個保安電源系統(tǒng)的可靠性。DL 5000-2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第13.3.17條規(guī)定：“容量為200 MW及以上的機(jī)組，應(yīng)設(shè)置交流保安電源。交流保安電源宜采用快速啟動的柴油發(fā)電機(jī)組”。采用柴油發(fā)電機(jī)組作為電廠保安電源的最大優(yōu)點是它獨立性強，不受外界電網(wǎng)干擾，投資也比較省，只要產(chǎn)品質(zhì)量過關(guān)，設(shè)計合理，運行維護(hù)得當(dāng)，供電可靠性較高。當(dāng)前，大型火電機(jī)組普遍采用專用柴油發(fā)電機(jī)組作為交流事故保安電源。

1 柴油機(jī)組作為保安電源的接線

1.1 采用自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的接線原理

以某2×300 MW電廠為例，介紹一種以柴油發(fā)電機(jī)作為保安電源的安全、可靠的接線方式。接線原理圖見圖1。

圖1 保安電源接線原理圖

圖1為交流保安電源采用自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的接線方案。每臺機(jī)組設(shè)置一臺柴油發(fā)電機(jī)組和兩路保安母線段，機(jī)組保安負(fù)荷分別接于保安MCCA段和MCCB段。保安MCCA（MCCB）段設(shè)有一路正常工作電源及兩路備用電源。正常工作電源為工作PCA（PCB）段，PCB（PCA）段作為工作電源的一路備用電源，柴油發(fā)電機(jī)組作為另一路備用電源。保安MCCA（MCCB）段正常工作時自動轉(zhuǎn)換開關(guān)1在工作PCA（PCB）側(cè)，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)2在工作電源側(cè)，當(dāng)工作PCA（PCB）側(cè)電源故障，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)1的控制器判斷為事故斷電，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)1延時（0～6 s）切換至工作PCB（PCA）段供電，同時啟動柴油機(jī)。如果工作PCB（PCA）側(cè)電壓正常，則延時0～60 min停柴油機(jī)，若工作PCB（PCA）側(cè)電源故障，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)2的控制器判斷為事故斷電，則自動轉(zhuǎn)換開關(guān)2快速切換至柴油機(jī)側(cè)。當(dāng)柴油機(jī)組起動成功并具備帶負(fù)荷條件時，保安負(fù)荷按各自的工藝連鎖要求自動投入，非重要的保安負(fù)荷或允許較長時間中斷供電的保安負(fù)荷可考慮延時自動投入或手動投入，以保證需瞬時投入的交流事故保安負(fù)荷的供電可靠性。

該接線的主要優(yōu)點在于：保安母線段與單元廠用工作母線段呈對應(yīng)設(shè)置，單元性強，任一保安母線段上的任一負(fù)荷回路故障而該回路保護(hù)設(shè)備拒動的情況下，則由該保安母線段進(jìn)線開關(guān)動作切除故障，而不會影響另一段保安母線的供電，且負(fù)荷均勻接至兩保安母線段上，即使跳掉一段保安母線，還有一半保安負(fù)荷繼續(xù)工作，對互為備用的保安負(fù)荷將不會受到影響。

1.2 選用自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的斷路器切換電源的接線方式相比，火力發(fā)電廠交流保安電源設(shè)計采用自動轉(zhuǎn)換開關(guān)接線在安全性、可靠性以及運行檢修的便利性等方面更具優(yōu)勢。

在安全性方面，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)為電磁瞬間激勵、機(jī)械保持結(jié)構(gòu)，具有電氣/機(jī)械雙重互鎖功能，完全避免了工作電源和備用電源的長期并聯(lián)運行；在事故切換過程中，通過機(jī)械聯(lián)鎖可實現(xiàn)先斷后合的串聯(lián)切換，避免了柴油發(fā)電機(jī)投入故障線路，保證了切換過程的安全性。

在可靠性方面，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的開關(guān)和控制器采用一體化裝置，避免了孤立元件引起的可靠性問題。同時，整套設(shè)備需按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠試驗，設(shè)備的可靠性得到了比較充分的保證。

在運行檢修的便利性方面，由于自動轉(zhuǎn)換開關(guān)成套的控制器具備同期檢測功能，試驗時將自動進(jìn)行先合后斷切換，試驗完成后，由切換開關(guān)自動完成先接后斷切換，切換過程中不中斷對保安段所帶負(fù)荷的供電。整個試驗過程操作簡單，減少了人為誤操作的風(fēng)險。同時，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)運行方式靈活，也可根據(jù)運行需要采用先斷后合切換方式。

2 柴油機(jī)容量的確定

柴油發(fā)電機(jī)組的長期允許容量應(yīng)能滿足機(jī)組安全停機(jī)最低限度連續(xù)運行負(fù)荷的需要。

2.1 柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷計算

采用換算系數(shù)法進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷計算。負(fù)荷的計算原則與廠用變壓器的負(fù)荷計算相同，但應(yīng)考慮保安負(fù)荷的投運規(guī)律。容量計算原則為：對經(jīng)常連續(xù)和不經(jīng)常連續(xù)運行的負(fù)荷應(yīng)計及全部容量；對經(jīng)常短時和經(jīng)常斷續(xù)運行的負(fù)荷應(yīng)計及一半的容量；對不經(jīng)常短時和不經(jīng)常斷續(xù)運行的負(fù)荷不應(yīng)計及容量。

負(fù)荷計算公式為 Sc=KΣP，Pc=Sccosφc，

式中：Sc為計算負(fù)荷看，kVA；ΣP為每個單元機(jī)組事故停機(jī)時，可能同時運行的保安負(fù)荷的額定功率之和，kW；K為換算系數(shù)，取0.8；Pc為計算負(fù)荷的有功功率，kW；cosφ為計算負(fù)荷的功率因數(shù)，可取0.86。

此電廠1號機(jī)組的保安計算負(fù)荷為616 kVA，選取，額定功率為550 kW，功率因數(shù)為0.8，額定容量為688 kVA的柴油發(fā)電機(jī)。

2.2 校驗柴油發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷啟動一臺最大容量的電動機(jī)時的過負(fù)荷能力

發(fā)電機(jī)在熱狀態(tài)下，能承受150%Se，時間為15s。校驗公式為

式中：PDm為最大電動機(jī)的額定功率，kW；Kq為最大電動機(jī)的起動電流倍數(shù)。

1號機(jī)組保安段上最大容量電動機(jī)為55 kW的頂軸油泵電機(jī)，代入公式有

2.3 校驗柴油發(fā)電機(jī)的首次加載能力

要求制造廠保證柴油發(fā)電機(jī)的首次加載能力，不低于額定功率的50%。首次加載能力校驗公式為

式中：ΣP″ed為首批加載的保安負(fù)荷額定功率之和，kW；KQ為起動負(fù)荷的電流倍數(shù)， 取5；cosφQ為起動負(fù)荷的功率因數(shù)，取0.4。

利用以上公式對1號柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行首批加載校驗，證明了688 kVA的容量滿足要求。

3 柴油機(jī)組作為保安電源需注意的事項

3.1 重視柴油發(fā)電機(jī)組

有些電廠認(rèn)為機(jī)組臺數(shù)多，全廠停電可能性不大，超過半小時的長時間全廠停電可能性更小。所以有的電廠取消了在柴油機(jī)房的專門值班人員，造成無人專門管理，平常也很少維護(hù)。因而柴油機(jī)組可靠性降低，關(guān)鍵時刻甚至運行不起來，起不到應(yīng)急保安電源的作用。

3.2 加強對柴油發(fā)電機(jī)組蓄電池的維護(hù)

電廠運行人員往往只重視發(fā)電機(jī)控制設(shè)備部分和機(jī)械部分的維護(hù)和管理，而忽視對蓄電池的維護(hù)和管理，殊不知柴油發(fā)電機(jī)不能正常起動的原因很大程度就在于蓄電池。所以蓄電池的在線監(jiān)測和定期檢測非常重要，為此，必須對蓄電池組進(jìn)行定期充放電測試，核對電池容量，及時發(fā)現(xiàn)和處理不良電池，保持蓄電池組的完好狀態(tài)以及進(jìn)行大電流放電的良好起動性能。

3.3 重視調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題

通過調(diào)試考核柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一、二次設(shè)備的性能及質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)并排除缺陷，使柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)安全順利地投入運行，且其保護(hù)和快速切換功能能夠滿足運行要求，確保今后發(fā)電機(jī)投運能夠順利進(jìn)行。

總之，選用合適的柴油發(fā)電機(jī)組，采用合理的布置方式，制定科學(xué)的運行管理辦法，積極的運行維護(hù)和常抓不懈的管理手段是保證柴油發(fā)電機(jī)組可靠穩(wěn)定運行的必要條件。

4 結(jié)束語

交流保安電源系統(tǒng)作為全廠停電或事故停機(jī)時，保證機(jī)組安全停運和設(shè)備、人身安全的交流電源系統(tǒng)，其重要性不言而喻。保安電源的接線方式，應(yīng)結(jié)合工程的具體情況。根據(jù)保安負(fù)荷容量選取合適的柴油發(fā)電機(jī)后，還需在電廠正常運行時，加強對柴油發(fā)電機(jī)組的維護(hù)、管理工作，以保證在全廠停電時柴油發(fā)電機(jī)組能夠順利投運。