華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司 孫鵬濤

大型發(fā)電機組保安電源作為保護重要設備的最后防線，在發(fā)電廠中起著至關重要的作用。然而部分保安電源的設計上存在一定缺陷，突發(fā)事件造成的保安電源失電會引起設備損壞事故的發(fā)生，因此提高保安電源供電可靠性顯得尤為重要。

保安電源的選擇決定著整個保安電源系統(tǒng)的可靠性。保安電源的選擇是多樣的，起動和切換方式各異，一般以快速起動的柴油機組為基礎，因機組容量、接線方式等的不同，結合各電廠的實際情況又有一些差別，這些差別導致了保安電源的可靠性和靈活性的差異。鑒于保安電源系統(tǒng)負荷的重要性，當機組保安電源失壓后，如果柴油發(fā)電機因故障不能夠及時啟動，將會嚴重影響機組的安全穩(wěn)定停運。因此，非常有必要考慮當柴油發(fā)電機故障后如何保證事故保安電源的供電可靠性問題。

本文以華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司（以下簡稱新鄉(xiāng)公司或公司）的保安電源系統(tǒng)為例，介紹了改造的必要性，改造后的調試、運行方式的變化以及對電源系統(tǒng)供電可靠性的提高[1]。

1 改造原因

新鄉(xiāng)公司共有兩臺660MW 發(fā)電機組，每臺機組設置400V 保安PC A、B 段。正常運行中，保安PC A、B 段由鍋爐400V PC A、B 段供電。保安段的負荷主要有：汽機保安MCC ，鍋爐保安MCC、脫硫保安MCC、儀控MCC、事故照明MCC、UPS 電源、220V 直流充電電源、110V 直流充電電源、鍋爐側熱工配電箱、汽機側熱工配電箱、鍋爐執(zhí)行機構、汽機執(zhí)行機構等。

每臺機組設置一臺柴油發(fā)電機組作為本機組的應急保安電源。當該機組保安PC 段失電后，且保安段工作電源進線開關位于斷開位時，柴油發(fā)電機組在12秒內建立額定電壓后發(fā)出合閘脈沖，400V保安PC 段備用電源開關(柴油發(fā)電機電源進線開關)在確保400V 保安PC 段工作進線開關跳閘后合閘[2]。如果柴油發(fā)電機因故障不能夠及時啟動，將會嚴重影響機組的安全穩(wěn)定停運。

大型發(fā)電機組保安電源失電后，汽輪機潤滑油泵、盤車電機、頂軸油泵、鍋爐空預器等重要負荷將失電，危及機組安全。正常情況下，柴油發(fā)電機作為保安電源的備用電源將啟動，為保安系統(tǒng)供電。然而當保安PC 段失壓后，如果此時柴油發(fā)電機因某種故障不能夠及時啟動，保安電源將會長時間失去，汽輪機潤滑油泵、盤車電機等負荷無法運行，汽輪機將會出現(xiàn)化瓦，大軸彎曲等重大設備事故，給發(fā)電企業(yè)造成重大損失[3]。

鑒于保安電源系統(tǒng)負荷的重要性，非常有必要考慮當柴油發(fā)電機故障后如何保證保安PC 段的供電可靠性問題。同時由于柴油發(fā)電機出口開關質量差，原型號斷路器已經停產，無法采購備品，斷路器安裝形式為固定式，而且斷路器電源側和負荷側所接電纜較多。當斷路器出現(xiàn)故障需要更換開關時，需要將電源側和負荷側所接電纜引線拆開，開關更換后則需要將電源側和負荷側電纜引線與開關連接，這樣更換開關操作所需要的時間為兩天左右。在更換柴油發(fā)電機開關期間，柴油發(fā)電機做為事故保安段的備用電源將失去作用，將嚴重威脅發(fā)電廠安全運行。

為保證兩臺機組保安PC 段在柴油發(fā)電機故障等極端情況下供電的可靠性，在兩臺機組保安PC段之間增加聯(lián)絡開關，同時對柴油發(fā)電機出口斷路器ABB F 型固定式斷路器進行改造，改造成抽出式斷路器。改造后將提高保安電源可靠性，確保機組安全穩(wěn)定運行[4]。

2 改造方案

2.1 原保安電源系統(tǒng)設計及邏輯

新鄉(xiāng)公司共2臺660MW 機組，每臺機組設置一臺快速起動的英國大皇冠柴油發(fā)電機組（型號：BCP1500P，容量選擇COSΦ4=0.8，Pe=1200kW）作為本單元機組的應急保安電源。每臺機組設置400V 保安PC A、B 段。正常運行中，保安PC A、B 段由鍋爐400V PC A、B 段供電。

保安電源的啟動是根據380V 保安PC 段的電壓進行自動跳、合閘。具體邏輯為：當380V 保安PC段失壓后，380V 保安PC 段電壓互感器柜內的電壓監(jiān)視繼電器聯(lián)鎖跳380V 保安PC 段的工作電源進線開關；如果380V 保安PC A 段或380V 保安PC B段失壓后，且380V 保安PC A 段或380V 保安PC B 段工作電源進線開關位于斷開位時，柴油發(fā)電機組在12秒內建立額定電壓后發(fā)出合閘脈沖，380V保安PC 段備用電源開關（柴油發(fā)電機電源進線開關）在確保380V 保安PC 段工作進線開關跳閘后合閘。當保安段工作電源正常后，手動停柴油發(fā)電機組及斷開有關保安段備用電源進線開關，然后投入保安段工作電源進線開關。

2.2 改造方案

為保證兩臺機組保安PC 段在柴油發(fā)電機故障等極端情況下供電的可靠性，主要是在兩臺機組保安PC 段之間增加聯(lián)絡開關，具體參見圖1。通過保安電源改造簡圖可以看出，在一臺機組保安PC 段失壓且柴油發(fā)電機無法啟動的極端情況下，失壓的保安PC 段能夠從另一臺機組的保安PC 段取得電源，以此提高保安電源供電的可靠性[5]。

圖1 改造前后的保安電源系統(tǒng)圖

對柴油發(fā)電機出口斷路器ABB F 型固定式斷路器進行改造，改造成抽出式斷路器，拆除原母排、斷路器靜觸頭連接，根據現(xiàn)場實際制作母排以及連接件。

在每個保安段三個進線電源開關之間增加快速切換裝置，實現(xiàn)電源快速切換功能。切換裝置所有接線、調試工作均由承包方負責。切換要求：工作電源、備用電源、柴油機電源之間可實現(xiàn)自動互切換，開關之間切換回路必須串入閉鎖接點，防止并聯(lián)切換，三個開關可實現(xiàn)遠方及就地操作，所有接線必須引致開關柜內的端子排上。所用開關必須使用開關的輔助接點，不能擴展繼電器來增加開頭輔助接點。

2.3 改造的安全措施

開關柜在施工條件滿足安裝要求時方可進行安裝。開關柜在安裝地點附近開箱后，應立即將箱板等雜物清理干凈，以免阻塞通道或釘子扎腳。開關柜在運送時，應在盤柜與鋼絲繩連接處墊厚毛氈，防止將盤柜表面噴漆刮傷。盤柜撬動就位時人力應足夠、指揮應統(tǒng)一、狹窄處應防止擠傷。盤柜在安裝固定好以前應有防止傾倒的措施，特別是重心偏在一側的盤。開關柜內的各式熔斷器、刀閘，凡直立布置的必須上口接電源，下口接負荷。

3 保安電源系統(tǒng)調試

3.1 調試準備工作

全面檢查：對保安PCA 段聯(lián)絡開關41A2A 及刀閘41A2A1檢查，對保安PCB 段聯(lián)絡開關41B2B及刀閘41B2B1檢查，檢查快切裝置。

送電調試：將保安PCA 段聯(lián)絡開關41A2A 及刀閘41A2A1控制電源、快切裝置控制電源合上，確認無報警。將保安PCB 段聯(lián)絡開關41B2B 及刀閘41B2B1控制電源、快切裝置控制電源合上，確認無報警。

3.2 具體調試步驟

保安PCA 段備自投裝置調試（本次調試驗證邏輯：當#2機組380V 保安PCA 段母線失壓且#1機組380V 保安PCA 段母線電壓正常時，聯(lián)絡開關41A2A 自合）：運行人員操作將保安PCA 段聯(lián)絡刀閘41A2A1及聯(lián)絡開關41A2A 送入工作位置；由集控運行人員遠方DCS 操作跳#2機保安PC2A 段工作電源開關42A15檢查備自投裝置及聯(lián)絡開關動作情況；由集控運行人員就地操作備自投裝置“手動切換”按鈕，檢查備自投裝置及#2機保安PC2A 段工作電源開關42A15動作情況；由電氣維護分場人員對備自投裝置動作事件記錄進行檢查并記錄。

保安PCB 段備自投裝置調試（本次調試驗證邏輯：當#2機組380V 保安PCB 段母線失壓且#1機組380V 保安PCB 段母線電壓正常時，聯(lián)絡開關自合）：運行人員操作將保安PCB 段聯(lián)絡刀閘41B2B1及聯(lián)絡開關41B2B 送入工作位置；由集控運行人員遠方DCS 操作跳#2機保安PC2B 段工作電源開關42B15檢查備自投裝置及聯(lián)絡開關動作情況；由集控運行人員就地操作備自投裝置“手動切換”按鈕，檢查備自投裝置及#2機保安PC2B 段工作電源開關42B15動作情況；由電氣維護人員對備自投裝置動作事件記錄進行檢查并記錄。

3.3 改造后保安電源系統(tǒng)的運行方式及邏輯

3.3.1 改造后保安電源的運行方式

在正常情況下，兩臺機組的保安電源系統(tǒng)原有的運行方式不變，新增加的聯(lián)絡開關和聯(lián)絡刀閘一直保持冷備用狀態(tài)。在一臺機組保安PC 失壓且柴油發(fā)電機無法啟動的極端情況下，在確認保安PC段工作電源進線開關和備用電源進線開關均在分閘狀態(tài)下，運行人員將新增加的聯(lián)絡開關和聯(lián)絡刀閘送至工作位，手動合上新增加的聯(lián)絡開關，恢復對失壓保安PC 段的供電，以此保障機組潤滑油泵、盤車電機等保安電源設備的安全運行和機組的緊急停運。

3.3.2 改造后保安電源系統(tǒng)的邏輯

保安電源可在集控室DCS 進行合閘控制，可在就地進行跳合閘控制。保安電源系統(tǒng)根據380V 保安PC 段的電壓進行自動跳、合閘。

柴油發(fā)電機及其出口開關邏輯（以1號柴油發(fā)電機為例）：當1號機380V 保安PC 任意一段母線失壓時，柴油發(fā)電機自啟，在12秒內建立額定電壓后其出口開關471閉合，如失壓段保安PC 進線開關和1號、2號機組380V 保安段聯(lián)絡開關均為分閘位時，則柴油發(fā)電機至失壓段保安PC 段備用電源開關自合，對保安段進線供電；如失壓段保安PC 進線開關、聯(lián)絡開關任一處于合閘位置時，柴油發(fā)電機至失壓段保安PC 段備用電源開關不閉合。

1號、2號機組380V 保安段聯(lián)絡開關的邏輯：當1號或2號機組380V 保安PCA 段任一母線失壓且另一段母線電壓正常時，聯(lián)絡開關自合；當1號和2號機組380V 保安PCA 段母線同時失壓時，閉鎖聯(lián)絡開關合閘；當1號或2號機組380V 保安PCA 段工作進線開關或備用電源進線開關處于合閘位置時，閉鎖聯(lián)絡開關合閘；1號和2號機組380V 保安PCB段聯(lián)絡開關邏輯與380V 保安PCA 段聯(lián)絡開關邏輯相同。

當保安段工作電源正常后，手動停柴油發(fā)電機組及斷開有關保安段備用電源進線開關，然后投入保安段工作電源進線開關。在手動啟動方式時合上柴油發(fā)電機啟動開關，當轉速、電壓達到額定值時合柴油發(fā)電機出口開關。若啟動失敗，應等待機組完全停止1～2分鐘后方可再次啟動。

4 結語

通過對保安電源系統(tǒng)的改造，使得在單臺機組廠用電失去時，可利用臨機實現(xiàn)對失電機組保安電源的無時限切換。極大地提高了保安電源的可靠性，同時，將柴油發(fā)電機組作為保安電源的最后一道防線，真正體現(xiàn)了其保安電源的屬性。此保安電源接線方式的改造，一方面增加了大型火電機組保安電源系統(tǒng)供電的可靠性；另一方面詳細的安裝調試方案對于同類型機組保安電源系統(tǒng)改造調試也具有一定借鑒意義。