田 福，楊黎明，楊 鵬，李學(xué)智

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133

為保證發(fā)電廠及變電站內(nèi)工作人員能在正常照明系統(tǒng)因故不能正常照明的情況下繼續(xù)工作，各重要設(shè)備和場(chǎng)所均設(shè)有應(yīng)急照明，所以應(yīng)急照明系統(tǒng)的電源設(shè)置對(duì)發(fā)電廠及變電站內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行有著重要的意義。

某發(fā)電廠的照明系統(tǒng)供電方式中，同區(qū)域的正常照明和應(yīng)急照明交流電源均取自同一段400 V母線。在該400 V母線檢修時(shí)，檢修工期一般需要1～2 d，對(duì)應(yīng)的正常照明沒(méi)有交流動(dòng)力電源，而EPS系統(tǒng)容量?jī)H能保證應(yīng)急照明負(fù)荷90～120 min的用電需求，所以EPS系統(tǒng)由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有交流電源需退出運(yùn)行。因此，會(huì)出現(xiàn)某一區(qū)域正常工作照明和應(yīng)急照明均不亮、停電區(qū)域無(wú)任何照明的情況，對(duì)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行及設(shè)備應(yīng)急處理有較大的安全隱患。

下面將通過(guò)對(duì)該廠照明系統(tǒng)運(yùn)行檢修狀態(tài)的分析，研究EPS系統(tǒng)交流供電回路優(yōu)化方式，為類似電廠及行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供參考意見(jiàn)。

1 應(yīng)急照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀

發(fā)電廠及變電所的照明種類可以分為：正常照明、應(yīng)急照明、警衛(wèi)照明和障礙照明[1]。因正常照明的電源失效而啟用的照明統(tǒng)稱為應(yīng)急照明[2]，應(yīng)急照明又分為備用照明、疏散照明和安全照明三種。當(dāng)正常照明因故障熄滅后，需確保正常工作或活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行的場(chǎng)所、需確保處于潛在危險(xiǎn)之中的人員安全的場(chǎng)所、需要確保人員安全疏散的出入口和通道應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明。由于現(xiàn)有的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，并沒(méi)有統(tǒng)一正常照明和應(yīng)急照明的電源設(shè)計(jì)規(guī)范，因此發(fā)電廠及變電所的照明系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，需要不斷地完善和改進(jìn)。

某發(fā)電廠裝設(shè)有EPS系統(tǒng)，供電給應(yīng)急照明。該廠照明電源由1、2號(hào)兩個(gè)照明供電點(diǎn)21MD、22MD組成，每個(gè)照明供電點(diǎn)都設(shè)有兩段母線，每段照明母線上又設(shè)有1套400 V EPS系統(tǒng)，其裝置接線簡(jiǎn)圖如圖1所示。正常工作時(shí)EPS系統(tǒng)工作在旁路方式，應(yīng)急照明負(fù)荷由照明供電點(diǎn)交流電源供電；同時(shí)交流電源為EPS系統(tǒng)充電模塊進(jìn)行供電，充電模塊輸出穩(wěn)定的直流電源對(duì)蓄電池組充電。照明供電點(diǎn)交流電源消失狀態(tài)下自動(dòng)切換裝置動(dòng)作，EPS系統(tǒng)的電池組通過(guò)逆變器向應(yīng)急照明負(fù)荷供電；交流電源恢復(fù)后逆變器自動(dòng)退出，恢復(fù)至交流電源供電，同時(shí)整流/充電裝置對(duì)電池組進(jìn)行充電。

圖1 某發(fā)電廠EPS系統(tǒng)接線簡(jiǎn)圖

每套EPS系統(tǒng)包括1面主機(jī)柜、1面配電柜和1組電池架，主機(jī)柜上設(shè)置了整流/充電模塊、逆變器、EPS系統(tǒng)監(jiān)控裝置和維修旁路開(kāi)關(guān)，電池架上設(shè)置了電池組和電池巡檢儀。蓄電池包括充電開(kāi)關(guān)DK1、DK2、DK3及蓄電池組放電開(kāi)關(guān)DK4。EPS系統(tǒng)設(shè)置有緊急運(yùn)行開(kāi)關(guān)，在蓄電池放電至低電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)，亦可強(qiáng)行手動(dòng)應(yīng)急啟動(dòng)電源對(duì)應(yīng)急照明負(fù)荷供電。EPS系統(tǒng)的蓄電池裝配圖如圖2所示。

圖2 某發(fā)電廠EPS系統(tǒng)蓄電池裝配圖

2 某發(fā)電廠應(yīng)急照明系統(tǒng)的工作原理

如圖1所示，正常工作時(shí)EPS應(yīng)急輸出由主電供電，同時(shí)充電機(jī)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。照明供電點(diǎn)電源輸入后經(jīng)過(guò)QF1、QF2、靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)至KM3，再通過(guò)應(yīng)急輸出開(kāi)關(guān)QF3到應(yīng)急照明負(fù)荷盤母線。電池組充電完成后，整流/充電器應(yīng)自動(dòng)調(diào)整電壓向蓄電池浮充電。

照明供電點(diǎn)交流電源消失狀態(tài)下自動(dòng)切換裝置動(dòng)作，蓄電池組電能經(jīng)過(guò)直流輸入開(kāi)關(guān)QF5輸送到逆變模塊，逆變后的交流輸送經(jīng)靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)，通過(guò)KM3送至應(yīng)急輸出開(kāi)關(guān)QF3到應(yīng)急照明負(fù)荷盤母線。交流電源恢復(fù)后逆變器則自動(dòng)退出，恢復(fù)原有交流供電方式。

3 應(yīng)急照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

目前，該電廠1號(hào)照明供電點(diǎn)21MD兩段母線分別為1號(hào)EPS、2號(hào)EPS供電，廠用電供電簡(jiǎn)圖如圖3所示；2號(hào)照明供電點(diǎn)22MD兩段母線分別為3號(hào)EPS、4號(hào)EPS供電，廠用電供電簡(jiǎn)圖如圖4所示。從圖4中可以看出，21MD Ⅰ段所帶正常照明負(fù)荷與1號(hào)EPS所帶應(yīng)急照明負(fù)荷中有同時(shí)覆蓋的區(qū)域，其他的照明供電點(diǎn)母線也有相同的情況。如果一段母線停電檢修或跳閘時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩類照明均覆蓋的區(qū)域無(wú)任何照明。

圖3 21MD供電簡(jiǎn)圖

圖4 22MD供電簡(jiǎn)圖

以1號(hào)照明供電點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱21MD)檢修為例：當(dāng)21MDⅠ段檢修時(shí)，其所帶正常照明負(fù)荷均失電，對(duì)應(yīng)的1號(hào)EPS系統(tǒng)也相應(yīng)退出，應(yīng)急照明負(fù)荷失電，直接結(jié)果是導(dǎo)致21MD Ⅰ段供電的部分區(qū)域無(wú)任何照明。具體包含該區(qū)域的機(jī)組水車室及旁樓梯間、發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)層主廠房、廠用電設(shè)備及檢修排水泵房等。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，應(yīng)由火災(zāi)報(bào)警控制器或消防聯(lián)動(dòng)控制器啟動(dòng)應(yīng)急照明控制器實(shí)現(xiàn)[3]。發(fā)生火情信號(hào)時(shí)，消防系統(tǒng)動(dòng)作切除該區(qū)域正常照明，并投入該區(qū)域事故照明。很顯然，該廠應(yīng)急照明系統(tǒng)存在的問(wèn)題是不滿足要求的，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)：

1)停電區(qū)域包含21MDⅠ段，停電后涉及區(qū)域大、覆蓋面廣。一方面，停電在一定程度上對(duì)維護(hù)部門的檢修工作帶來(lái)極大的不便，工作人員在進(jìn)行檢修工作時(shí)需要就近從檢修分電箱接臨時(shí)照明且光線昏暗，由于檢修工期短、檢修內(nèi)容多，將會(huì)影響設(shè)備的檢修質(zhì)量；另一方面，停電期間也不利于工作人員的日常巡回檢查和正常消缺工作；

2)當(dāng)停電區(qū)域設(shè)備出現(xiàn)漏水、漏油和漏氣等情況時(shí)，不便于運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和第一時(shí)間應(yīng)急處理；

3)對(duì)于停電后無(wú)任何照明的區(qū)域，還存在人員滑到、絆倒、踏空和觸電等人身傷害風(fēng)險(xiǎn)；

4)在設(shè)備出現(xiàn)故障或異常時(shí)，會(huì)影響應(yīng)急處理效率，造成事故擴(kuò)大、損失增加，對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行十分不利。

由于該電廠目前在進(jìn)行照明供電點(diǎn)停電時(shí)會(huì)造成該區(qū)域的正常照明和應(yīng)急照明同時(shí)停電的情況，因此，有必要進(jìn)一步分析和優(yōu)化EPS系統(tǒng)的供電回路。

4 改進(jìn)措施及分析

為解決照明供電點(diǎn)檢修期間廠房照明問(wèn)題，在合理安排檢修任務(wù)和停電方式的同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化現(xiàn)有EPS系統(tǒng)的電源回路。以21MD Ⅰ段母線停電檢修為例：

4.1 跨接電源法

為保證21MD Ⅰ段母線停電檢修期間1號(hào)EPS正常運(yùn)行，在21MD Ⅰ段母線停電前可以從其他供電點(diǎn)跨接電源。具體做法是跨接前做好必要的安全隔離措施后，解開(kāi)原1號(hào)EPS供電電纜，然后從21MD Ⅱ段某一備用開(kāi)關(guān)進(jìn)行電纜跨接接入原1號(hào)EPS供電開(kāi)關(guān)QF1上端?？缃与娫措m然能很好地解決應(yīng)急照明系統(tǒng)供電問(wèn)題，但是跨接過(guò)程中需考慮的因素很多且存在安全隱患：一是對(duì)負(fù)荷電源進(jìn)行的是帶電跨接，跨接電源過(guò)程中對(duì)人身極不安全；二是電纜跨接后因開(kāi)關(guān)柜門無(wú)法關(guān)閉而造成電纜室裸露帶電，存在誤碰帶電部位的可能；三是該廠同類型的檢修工作較多，如果都要采用跨接電源的方式，將極大地增加工作量和時(shí)間成本。

4.2 交叉供電法

以21MD為例，從圖3可以看出，正常情況下，21MD Ⅰ段母線為1號(hào)EPS供電，21MD Ⅱ 段母線為2號(hào)EPS供電。當(dāng)21MDⅠ段檢修時(shí)，其所帶正常照明負(fù)荷和1號(hào)EPS所帶應(yīng)急照明負(fù)荷均失電， 21MDⅠ段供電的部分區(qū)域無(wú)任何照明；同理，當(dāng)21MD Ⅱ段檢修時(shí)，21MD Ⅱ段供電的部分區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)無(wú)任何照明的情況。如果將EPS電源交叉取至照明供電點(diǎn)另外一段母線，將會(huì)避免上述情況的發(fā)生，修改后的廠用電供電簡(jiǎn)圖如圖5所示。

圖5 EPS系統(tǒng)電源交叉供電簡(jiǎn)圖

此種方式下，同一區(qū)域的正常照明和應(yīng)急照明電源分別取自不同的400V母線，能保證正常照明檢修時(shí)該區(qū)域應(yīng)急照明正常使用。但是，這種方式也存在不足之處，應(yīng)急照明只有一路交流電源，電源單一、供電不可靠。例如，21MD Ⅰ段正常照明停電檢修時(shí)，2號(hào)EPS仍然會(huì)同時(shí)退出運(yùn)行，如果此時(shí)出現(xiàn)21MD Ⅱ段所供電的正常照明燈損壞或開(kāi)關(guān)脫扣損壞的情況，仍然會(huì)導(dǎo)致21MD Ⅱ段供電的部分區(qū)域無(wú)任何照明，因此需加強(qiáng)對(duì)照明燈和電源開(kāi)關(guān)的維護(hù)。

4.3 雙路互投法

為EPS系統(tǒng)從另一段母線上增加一路交流電源，EPS電源采用雙路互投裝置[4]，兩路交流電源互為備用。該電廠現(xiàn)有的EPS系統(tǒng)電源接線圖如圖1所示，以1號(hào)EPS為例，修改后，保留原有的1號(hào)EPS電源，并將電源名稱修改為1號(hào)EPS 1號(hào)電源，將21MD Ⅱ段某一備用開(kāi)關(guān)修改為1號(hào)EPS2號(hào)電源，將原有交流輸入電源開(kāi)關(guān)QF1更換為具有雙路互投功能的開(kāi)關(guān)，正常方式下一路交流電源投入運(yùn)行，另外一路交流電源備用。當(dāng)工作母線上的電壓低于設(shè)定的電壓定值，且持續(xù)時(shí)間大于時(shí)間定值時(shí)，雙路互投裝置將自動(dòng)切換為備用電源供電[5]；主供電源恢復(fù)正常后，備用電源自動(dòng)切回主供電源供電。但須注意供電方式修改前需要核對(duì)變壓器和雙路互投裝置的容量及相關(guān)參數(shù)，必須保證電源優(yōu)化后各設(shè)備能滿足正常運(yùn)行，雙路互投法應(yīng)急照明電源接線圖如圖6所示。

圖6 EPS電源雙路互投法接線圖

這種方式既能提高電源供電的可靠性，又能保證EPS系統(tǒng)始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)因正常照明停電檢修而退出，為正常檢修和日常巡檢、維護(hù)工作帶來(lái)了很大的便利。

5 比較分析

跨接法直觀經(jīng)濟(jì)，不需要修改電源接線和開(kāi)關(guān)編號(hào)，實(shí)施起來(lái)也比較簡(jiǎn)單，但是不符合以人為本的本質(zhì)安全，對(duì)人身和設(shè)備存在較大的安全隱患，長(zhǎng)期來(lái)看，相關(guān)工作量也較大。

交叉供電法技改相對(duì)簡(jiǎn)單，僅需修改電源接線和開(kāi)關(guān)編號(hào)，但是EPS系統(tǒng)供電方式單一，且伴隨正常照明停電檢修時(shí)有另一區(qū)域相應(yīng)EPS系統(tǒng)退出，可能導(dǎo)致部分區(qū)域無(wú)照明。

雙路互投法需要增加雙路互投裝置和電源回路接線，在一定程度上增加了成本，但是這種方式可以提高供電可靠性，可以保證EPS系統(tǒng)始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)因正常照明停電檢修而失電，但已有變壓器等電氣設(shè)備容量需滿足要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上分析，新電站設(shè)計(jì)時(shí)EPS系統(tǒng)交流電源應(yīng)采用雙路互投法，已有電站優(yōu)化可選用交叉供電法或雙路互投法。

可靠性和安全性是保證應(yīng)急照明系統(tǒng)在應(yīng)急狀況下正常工作的首要條件，希望上述改進(jìn)方案能為應(yīng)急照明系統(tǒng)同樣存在此類問(wèn)題的電廠以及新建電廠提供參考。