王寶文　吳俊霞　李永春　焦平義　馮振國　路守山

【摘 要】以華能沾化發(fā)電廠目前現(xiàn)有的各類型的熱工交流電源冗余切換裝置為對(duì)象，研究供電可靠性問題，測試目前熱工系統(tǒng)供電可靠性指標(biāo)，對(duì)照現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)，分析影響可靠性的因素，并對(duì)所有現(xiàn)有熱工系統(tǒng)的電源切換裝置進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果，對(duì)影響可靠性的因素進(jìn)行分析，提出有效解決方案。

【關(guān)鍵詞】熱工電源;切換裝置;可靠性

中圖分類號(hào)： TM910文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）34-0108-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.048

0 引言

目前，在發(fā)電廠中熱工儀表和控制系統(tǒng)可靠性是保證發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。熱工儀表和控制系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要設(shè)備。熱工系統(tǒng)電源的可靠性是系統(tǒng)正常工作的保障。

為保證供電可靠，熱工電源一般采用冗余供電方式。對(duì)于機(jī)組DCS、DEH、ETS、輔助控制系統(tǒng)等主要程控系統(tǒng)，一般采用兩路交流供電方式，一路來自廠用電系統(tǒng)，另一路來自UPS電源。正常情況下，UPS為熱工系統(tǒng)提供電源，當(dāng)UPS電源故障時(shí)，自動(dòng)切換為另一路供電，切換失敗將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位或斷電，造成機(jī)組跳閘。同時(shí)電源故障并不一定是簡單的電壓消失，也可能是電壓降低或波動(dòng)，電源切換裝置的動(dòng)作可能引起計(jì)算機(jī)復(fù)位，這方面的事故事例經(jīng)常在實(shí)踐中遇到，電源可靠性問題是引起熱工系統(tǒng)故障的主要原因之一。

1 熱控110/220V直流控制電源

一般設(shè)計(jì)兩路110VDC或220VDC電源，用于熱控保護(hù)、連鎖和重要控制回路的電磁閥電源。一般用在汽輪機(jī)AST跳閘電磁閥及OPC電磁閥等重要的電磁閥電源。直流雙電源配置以往都是采用二極管切換模式，該方案的優(yōu)點(diǎn)是切換速度快，切換時(shí)間小于1ms，而且又能保證兩路直流不形成環(huán)流，但是發(fā)生兩點(diǎn)異極接地時(shí)，二極管起不到電氣隔離而直接造成短路，實(shí)際上是把兩套直流系統(tǒng)聯(lián)系起來了，給整個(gè)直流系統(tǒng)帶來危險(xiǎn)，當(dāng)直流接地時(shí)無法查到接地點(diǎn)，所以在新規(guī)程里DL/T5455-2012中明確規(guī)定不允許采用二極管直流切換模式。目前通常采用雙隔離模式如圖一，這種方式既保證了電源的勿擾切換，又能滿足電氣隔離，而且在任何情況下都不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，給直流系統(tǒng)造成危險(xiǎn)。

2 熱控交流220V控制系統(tǒng)電源

一路采用交流不間斷電源（UPS），另一路應(yīng)采用交流不間斷電源或廠用電保安段電源，主要用于DCS、DEH、ETS、TSI等系統(tǒng)電子設(shè)備電源。DCS電源，如圖2所示，其組成：兩路電源輸入，一路UPS，一路保安段廠用電，主要由交流接觸器及電源濾波器組成。該裝置結(jié)構(gòu)和原理簡單，切換時(shí)間短，一般小于50ms。該類型裝置由于處于截圖狀態(tài)的接觸器處于長期帶電工作狀態(tài)，線圈功耗和發(fā)熱量都比較大，如果電壓偏高時(shí)，接觸器的線圈容易燒壞，影響其可靠性。另外接觸器觸頭容量越大，其動(dòng)作時(shí)間越長，所以此裝置不適合大容量設(shè)備或給系統(tǒng)供電。該裝置還有一個(gè)更致命的缺點(diǎn)，當(dāng)電壓低時(shí)，由于繼電器的吸和及釋放電壓不確定性，可能造成電源切換不成功，給設(shè)備帶來斷電危險(xiǎn)，建議該裝置增加電壓判斷模塊，設(shè)定在電壓低至190V時(shí)，如果備用電源電壓正常（大于210）則輸出開關(guān)動(dòng)作（斷開），自動(dòng)切換到備用電源工作。當(dāng)主電源電壓恢復(fù)至正常工作電壓時(shí)（大于215V）時(shí)，再切換至主電源工作。

3 熱控交流380/220V執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源

用于熱控就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電，一般從保安電源取得。就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用AST機(jī)械快速開關(guān)切換裝置，該類型切換裝置切換時(shí)間一般在1-2s，個(gè)別品牌PC級(jí)AST別（個(gè)別品牌PC級(jí)別AST）勉強(qiáng)做到100ms內(nèi)，ATS不同于雙斷路器或雙接觸器或雙負(fù)荷開關(guān)組合形式。其工作原理象電動(dòng)的“跟頭閘”。

該裝置基本上滿足鍋爐側(cè)及汽機(jī)側(cè)的電動(dòng)門供電要求，但是對(duì)重要的DCS控制系統(tǒng)及要求較高的電磁閥控制不適用。在實(shí)際試驗(yàn)切換過程中，發(fā)現(xiàn)有時(shí)會(huì)切換時(shí)間較長，就地電動(dòng)門有瞬間失電現(xiàn)象。為保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，重要設(shè)備的就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)要保證控制系統(tǒng)下達(dá)指令后執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠快速動(dòng)作，供電采用上路供電、切換時(shí)間小于50ms的三級(jí)AST或STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，以保證電源切換過程中智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)不重啟，保證機(jī)組生產(chǎn)安全運(yùn)行。

STS設(shè)計(jì)用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)同步三相交流電源之間進(jìn)行不間斷（<8ms）轉(zhuǎn)換。兩路交流電源的幅度、頻率和相位差應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。STS的主要作用是在一路輸入電源發(fā)生故障或需要檢修、測試時(shí)實(shí)現(xiàn)從一路電源到另一路電源之間真正地不間斷地轉(zhuǎn)換，禁止接入兩路會(huì)產(chǎn)生回流的輸入電源。STS可以通過控制面板設(shè)定其中任意一路輸入電源為主電源，另一路輸入電源為備用電源。只有在主電源故障或手動(dòng)復(fù)位的情況下，STS才會(huì)自動(dòng)在8ms內(nèi)從主電源切換到備用電源。STS的兩路靜態(tài)開關(guān)是嚴(yán)格互鎖，STS內(nèi)還裝有手動(dòng)旁路開關(guān)，在STS需要檢修時(shí)，可以手動(dòng)地將輸入電源切換到旁路開關(guān)。進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)可保證輸出不間斷。STS的所有的轉(zhuǎn)換都是快速的先斷后合，主備電源之間不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，所有的轉(zhuǎn)換都在小于8ms的時(shí)間內(nèi)完成。正常工作狀態(tài)下，在主電源處于正常的電壓范圍內(nèi)，負(fù)載一直連接于主電源。在主電源發(fā)生故障時(shí)，負(fù)載自動(dòng)切換到備用電源，主電源恢復(fù)正常后，負(fù)載又自動(dòng)切換到主電源。

4 DCS、DEH內(nèi)部直流24/48V控制電源

用于控制系統(tǒng)內(nèi)部供電，由交流220V電壓轉(zhuǎn)換為24V或48V直流電源，為控制系統(tǒng)內(nèi)部卡件供電。電源失電報(bào)警必須放在電源的輸出側(cè)，不能再耦合后的二極管之后設(shè)置，以防電源監(jiān)視故障影響正常設(shè)備工作。

5 熱控獨(dú)立裝置交流220V電源

用于就地重要獨(dú)立裝置的電源，大都是從常用UPS電源取得，主要用于爐膛火檢、汽輪機(jī)本體監(jiān)視儀表等;獨(dú)立的24V電源由內(nèi)部的交流電源經(jīng)過電源模塊交直流轉(zhuǎn)換獲得。

6 給煤機(jī)、磨煤機(jī)、給粉機(jī)交流控制電源

用于給煤機(jī)、磨煤機(jī)、給粉機(jī)等設(shè)備的供電，一般從保安電源取得。由于電網(wǎng)或廠用電異常工作時(shí)，造成帶變頻器的給煤機(jī)、磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分類器等設(shè)備電源降低或瞬間失去造成設(shè)備停運(yùn)、機(jī)組停機(jī)事件，一般在給煤機(jī)、磨煤機(jī)、給粉機(jī)電源加裝一臺(tái)或多臺(tái)UPS電源或交流升壓裝置，使其能夠抗擊低電壓穿越工況，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

7 熱控電源系統(tǒng)可靠性防控措施

（1）分散控制系統(tǒng)供電電源必須有兩路獨(dú)立可靠的電源，一路為UPS，一路保安電源，優(yōu)選第一路選用UPS，當(dāng)保安電源電壓不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)增加穩(wěn)壓器以穩(wěn)定電源輸出。

（2） 現(xiàn)場電源裝置應(yīng)設(shè)有失電報(bào)警功能，報(bào)警信號(hào)要送到與此電源獨(dú)立的其他系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)視。

（3）控制站中所有控制單元、模件、驅(qū)動(dòng)器的工作電源應(yīng)為冗余電源。冗余電源的直流隔離或切換組件（如二極管）應(yīng)冗余配置，防止因其故障造成控制站電源系統(tǒng)的故障。

（4）熱控系統(tǒng)交流動(dòng)力電源配電箱應(yīng)有2路輸入電源，分別引自廠用低壓母線的不同段;在有事故保安電源的發(fā)電廠中，其中1路輸入電源引自廠用事故保安電源段。

（5）熱控儀表電源柜及輔控系統(tǒng)，均應(yīng)由2路不同段交流電源，經(jīng)冗余自動(dòng)切換供電或與DCS機(jī)柜電源來源相同。

8 結(jié)語

根據(jù)熱工系統(tǒng)電源實(shí)際配置情況，對(duì)所有電源系統(tǒng)配置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，分析了幾種典型的電源切換裝置設(shè)計(jì)原理，提出避免電源切換故障可行的方案，并針對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，提出來合理的建議，提高熱控電源系統(tǒng)的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：DL_T261-2012火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則.

[2]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：DLT5455-2012火力發(fā)電廠熱工電源及氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.

[3]李冬梅.完善電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)可靠性措施淺析[J].中小管理與科技（上旬刊），2010（5）.