劉 義

(沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110001)

對(duì)于有色金屬冶煉廠和其他行業(yè)低壓供配電系統(tǒng)的一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)其供電可靠性均提出了強(qiáng)制要求?！豆┡潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50052)中將一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷定義為:中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷,以及特別重要場(chǎng)所不允許中斷供電的負(fù)荷。其供電應(yīng)應(yīng)符合以下要求:除應(yīng)由雙重電源供電外,尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源,并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng);設(shè)備的供電電源切換時(shí)間,應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求。

《有色金屬冶煉廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50673)中規(guī)定:一級(jí)負(fù)荷中,中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)等情況的用電,大型關(guān)鍵設(shè)備的保安用電以及重要計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等的用電,屬于一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。其供電應(yīng)應(yīng)符合以下規(guī)定:一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電。當(dāng)一個(gè)電源故障時(shí),另一電源應(yīng)能連續(xù)供電或在不超過(guò)負(fù)荷允許的中斷供電時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,除上述兩個(gè)電源外,尚應(yīng)增設(shè)獨(dú)立于電力網(wǎng)的應(yīng)急電源。應(yīng)根據(jù)一級(jí)負(fù)荷允許中斷供電的時(shí)間,確定備用電源手動(dòng)或自動(dòng)方式投入。

由此可見(jiàn),一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電可靠性要求非常之高,否則將會(huì)造成特別重大的安全生產(chǎn)事故

1 典型供電系統(tǒng)分析研究

對(duì)于一級(jí)負(fù)荷中存在特別重要負(fù)荷的380/220 V電壓等級(jí)的供電系統(tǒng),特別重要的一級(jí)負(fù)荷除由兩個(gè)電源供電外,還應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。典型的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,該低壓供電系統(tǒng)采用單母線分段帶母聯(lián)的供電結(jié)構(gòu),設(shè)置兩段配電母線,每段母線設(shè)置一路電源進(jìn)線作為工作電源,共兩路工作電源,分別引自電力網(wǎng);一段配電母線上設(shè)置一路獨(dú)立于電力網(wǎng)的應(yīng)急電源,應(yīng)急電源采用采用低壓柴油發(fā)電機(jī)組。

圖1 典型供電系統(tǒng)圖

這種典型的供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式為:兩路電源同時(shí)工作,進(jìn)線開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài),母聯(lián)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài),柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源饋線開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。

供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能為:正常工作情況下,兩路電工作電源同時(shí)工作,柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源處于冷備用狀態(tài);當(dāng)任意一路工作電源故障或退出運(yùn)行時(shí),剩余一路工作電源負(fù)責(zé)特別重要一級(jí)負(fù)荷的供電,柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源不需投入運(yùn)行;當(dāng)兩路工作電源全部失電,造成低壓配電系統(tǒng)兩段母線全部停電后,手動(dòng)或自動(dòng)起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組,應(yīng)急電源自動(dòng)投入運(yùn)行,同時(shí)手動(dòng)斷開(kāi)兩路工作電源的進(jìn)線開(kāi)關(guān),使其退出運(yùn)行;當(dāng)兩路工作電源中任意一路工作電源恢復(fù)供電后,手動(dòng)合上對(duì)應(yīng)的工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān),使其投入運(yùn)行,再手動(dòng)停止柴油發(fā)電機(jī)組,應(yīng)急電源退出運(yùn)行。

由于這種操作模式某些操作環(huán)節(jié)采用手動(dòng)控制方式,存在較大的人為因素,特別是在緊急情況下,由于操作人員緊張失誤,將對(duì)供電系統(tǒng)造成誤操作,影響供電系統(tǒng)的快速恢復(fù);另一方面,由于柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源與正常工作電源之間存在短時(shí)并列運(yùn)行的情況,這種情況下將對(duì)設(shè)備和人身安全造成威脅,存在一定的安全隱患。雖然也有采用微機(jī)保護(hù)監(jiān)控單元來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路工作電源和低壓柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源間的自動(dòng)切換,但由于其對(duì)供電系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)及設(shè)備的裝備水平要求較高,造成一次投資較大;同時(shí)由于信號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)量較多,邏輯關(guān)系及接線復(fù)雜,容易發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)現(xiàn)象,使用效果并不理想。

2 自動(dòng)投切供電系統(tǒng)研究

當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源時(shí),通過(guò)對(duì)上述典型的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析研究,確定最為可靠的供電方式為:正常工作情況下,柴油發(fā)電機(jī)組處于冷備用狀態(tài),當(dāng)兩路工作電源全部失電,造成低壓配電系統(tǒng)兩段母線全部停電后,柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)自動(dòng)起動(dòng),應(yīng)急電源應(yīng)自動(dòng)投入運(yùn)行,同時(shí)為了防止應(yīng)急電源向供電系統(tǒng)反送電,要求兩路工作電源的進(jìn)線開(kāi)關(guān)應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài)退出運(yùn)行;當(dāng)兩路工作電源中的任意一路工作電源恢復(fù)供電后,該工作電源的進(jìn)線開(kāi)關(guān)應(yīng)自動(dòng)閉合投入運(yùn)行。同時(shí),為防止發(fā)生觸電安全事故,以及工作電源和應(yīng)急電源的并列運(yùn)行引起供電系統(tǒng)短路電流的增加而超出設(shè)備額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?要求應(yīng)急電源應(yīng)立即自動(dòng)退出運(yùn)行,其饋線開(kāi)關(guān)應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài);即,應(yīng)急電源與正常電源之間必須采取防止并列運(yùn)行的措施。

為實(shí)現(xiàn)上述自動(dòng)投切控制理念,通過(guò)研究開(kāi)發(fā)出了低壓柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源自動(dòng)投切供電系統(tǒng),這種自動(dòng)投切供電系統(tǒng)設(shè)置兩路工作電源和兩段低壓配電母線,兩路工作電源進(jìn)線處設(shè)置自動(dòng)切換開(kāi)關(guān),自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)輸出線上設(shè)置兩個(gè)交流接觸器;柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源,在應(yīng)急電源出口斷路器輸出線上設(shè)置兩個(gè)交流接觸器;通過(guò)上述四個(gè)交流接觸器分別將1#、2#工作電源和應(yīng)急電源接入兩段配電母線,通過(guò)PLC控制系統(tǒng)對(duì)兩組交流接觸器進(jìn)行相互閉鎖控制,實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源與兩路工作電源之間的自動(dòng)切換。自動(dòng)投切供電系統(tǒng)接線原理圖如圖2所示,其配置結(jié)構(gòu)如下:雙電源自

圖2 自動(dòng)投切供電系統(tǒng)接線原理圖

動(dòng)切換開(kāi)關(guān)1用于連接兩路工作電源,實(shí)現(xiàn)兩路工作電源的自動(dòng)切換操作。熔斷器2和熔斷器3用于控制回路的保護(hù)。電子監(jiān)視繼電器4用于兩路工作電源的電壓檢測(cè),當(dāng)兩路工作電源失電時(shí),向PLC控制系統(tǒng)19輸入一個(gè)斷電信號(hào),然后由PLC控制系統(tǒng)19控制柴油發(fā)電機(jī)17起動(dòng)。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5用于選擇流接觸器13和交流接觸器14的自動(dòng)或手動(dòng)控制方式。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6用于選擇交流接觸器15和交流接觸器16的自動(dòng)或手動(dòng)控制方式。停止按鈕7用于手動(dòng)控制方式下控制交流接觸器13和交流接觸器14斷電。停止按鈕8用于手動(dòng)控制方式下控制交流接觸器15和交流接觸器16斷電。起動(dòng)按鈕9用于手動(dòng)控制方式下控制交流接觸器13和交流接觸器14通電。起動(dòng)按鈕10用于手動(dòng)控制方式下控制交流接觸器15和交流接觸器16通電。PLC控制輸出接點(diǎn)11用于自動(dòng)控制方式下控制交流接觸器13和交流接觸器14的通電和斷電。PLC控制輸出接點(diǎn)12用于自動(dòng)控制方式下控制交流接觸器15和交流接觸器16的通電和斷電。交流接觸器13和交流接觸器14用于連接自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)1和配電母線20,通過(guò)其打開(kāi)和閉合對(duì)配電母線20進(jìn)行斷電和供電切換操作。交流接觸器15和交流接觸器16用于連接斷路器18和配電母線20,通過(guò)其打開(kāi)和閉合對(duì)配電母線20進(jìn)行斷電和供電切換操作。柴油發(fā)電機(jī)組17用于應(yīng)急電源。斷路器18用于連接柴油發(fā)電機(jī)17和配電母線20,柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)后閉合。PLC控制系統(tǒng)19用于柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源與兩路工作電源之間的自動(dòng)切換控制,PLC控制系統(tǒng)19分別對(duì)電子監(jiān)視繼電器4、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6、交流接觸器13、交流接觸器14、交流接觸器15和交流接觸器16的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

這種自動(dòng)投切供電系統(tǒng)的主要控制邏輯功能如下,控制邏輯圖如圖3所示。當(dāng)1#、2#工作電源帶電工作時(shí),自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)出線側(cè)的兩個(gè)交流接觸器閉合,為配電系統(tǒng)提供供電電源,此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)出口斷路器側(cè)的兩個(gè)交流接觸器處于斷開(kāi)狀態(tài),柴油發(fā)電機(jī)處于冷備用狀態(tài)。當(dāng)1#、2#工作電源失電停止工作時(shí),通過(guò)PLC控制系統(tǒng)將柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行,自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)出線側(cè)的兩個(gè)交流接觸器斷開(kāi),同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源出口斷路器側(cè)的兩個(gè)交流接觸器閉合,將應(yīng)急電源接入配電系統(tǒng),繼續(xù)為用電負(fù)荷提供供電電源。當(dāng)任意一路工作電源恢復(fù)供電時(shí),通過(guò)PLC控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)出線側(cè)的兩個(gè)交流接觸器閉合,同時(shí)將柴油發(fā)電機(jī)出口斷路器側(cè)的兩個(gè)交流接觸器斷開(kāi),柴油發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源的自動(dòng)投入和退出,保證重要一級(jí)負(fù)荷的可靠供電。

圖3 自動(dòng)投切供電系統(tǒng)控制邏輯圖

3 具體實(shí)施方式

下面結(jié)合上圖2和圖3,對(duì)低壓柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源自動(dòng)投切供電系統(tǒng)的具體實(shí)施方式說(shuō)明如下。

當(dāng)兩路工作電源中任意一路帶電時(shí),柴油發(fā)電機(jī)處于備用停止?fàn)顟B(tài),此時(shí),電子監(jiān)視繼電器4的輔助接點(diǎn)帶電閉合、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5打到自動(dòng)控制位置、PLC輸出接點(diǎn)11閉合,使交流接觸器13和交流接觸器14帶電閉合,PLC輸出接點(diǎn)12和交流接觸器13的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)、使交流接觸器15和交流接觸器16斷電斷開(kāi)并閉鎖,以此實(shí)現(xiàn)工作電源通過(guò)交流接觸器13和交流接觸器14接入配電母線20,為用電負(fù)荷提供供電電源。在此種情況下,如果發(fā)生交流接觸器15或交流接觸器16處于閉合狀態(tài),交流接觸器13或交流接觸器14處于斷開(kāi)狀態(tài),則PLC控制系統(tǒng)19發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)通知操作人員。

當(dāng)兩路工作電源全部失電時(shí),電子監(jiān)視繼電器4的輔助接點(diǎn)失電斷開(kāi),PLC控制系統(tǒng)19立即起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)17,斷路器18閉合,PLC輸出接點(diǎn)12閉合,使交流接觸器15和交流接觸器16帶電閉合,PLC輸出接點(diǎn)11和交流接觸器15的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),使交流接觸器13和交流接觸器14斷電斷開(kāi)并閉鎖,以此實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源通過(guò)交流接觸器15和交流接觸器16接入配電母線20,為用電負(fù)荷提供應(yīng)急供電電源。在此種情況下,如果發(fā)生交流接觸器15或交流接觸器16處于斷開(kāi)狀態(tài),交流接觸器13或交流接觸器14處于閉合狀態(tài),則PLC控制系統(tǒng)19發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)通知操作人員。

當(dāng)兩路工作電源中任意一路恢復(fù)供電工作時(shí),通過(guò)控制系統(tǒng),自動(dòng)將該工作電源接入配電母線,同時(shí)自動(dòng)切除柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源,從而實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源與兩路工作電源之間的自動(dòng)切換。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,通過(guò)對(duì)一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的典型供電系統(tǒng)進(jìn)行分析,針對(duì)運(yùn)行可靠性方面存在的問(wèn)題提出了解決方案,通過(guò)研發(fā)的低壓柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)投切供電系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)該負(fù)荷的兩路工作電源全停電時(shí)應(yīng)急電源自動(dòng)投入,當(dāng)任一路工作電源恢復(fù)供電時(shí),應(yīng)急電源自動(dòng)退出運(yùn)行。

采用該技術(shù)方案后,能夠可靠實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源的自動(dòng)投入和退出,避免了誤操作和存在的安全隱患等問(wèn)題,是一種解決特別重要一級(jí)負(fù)荷的可靠供電的技術(shù)措施,還可以節(jié)省一次投資。這種自動(dòng)投切供電系統(tǒng)更加符合企業(yè)安全可靠生產(chǎn)的需求,在新建、擴(kuò)建和提高可靠性改造項(xiàng)目中具有十分明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。