660 MW超超臨界機組保安電源接線方式優化分析

金俊杰，陳雙照

(浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 樂清 325600)

660 MW超超臨界機組保安電源接線方式優化分析

金俊杰，陳雙照

(浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 樂清 325600)

介紹某發電廠660 MW超超臨界機組保安電源系統的接線方式，分析其存在的問題，并在提高保安電源可靠性的基礎上提出優化方案，達到保安段短時失電不影響機組正常運行，并可真實進行保安電源在線試驗的目的。

保安電源；柴油發電機；接線方式；優化

0 引言

隨著發電機組容量的不斷增大，發電機組在事故發生情況下能否安全停機，成為一個至關重要的問題。柴油發電機組因自身的獨立性及快速性，被廣泛作為機組應急保安電源。一般來說，保安電源是為避免全廠事故停電時造成機組失控、損壞設備、影響電廠長期不能恢復供電而設置的電源，它可向事故保安負荷可靠供電。事故保安電源分直流、交流2種，交流事故保安電源選用能快速、自啟動的柴油發電機，給主機、小機的交流潤滑油泵、盤車、頂軸油泵供電，在全廠停電時保證安全停運；同時還可給爐側空預器電機供電，保證鍋爐熄火后空預器不會變形、卡澀以及為其他交流事故保安負荷供電。交流保安電源的選擇、設置及接線方式決定了該機組整個保安電源系統的可靠性。

1 現狀分析

1.1 下屬負荷多

該發電廠設計的保安段下屬負荷較多，特別與機組負荷密切相關電源，如空預器的主、副電機，磨煤機的油站電源等。此類電源在機組正常運行中時刻處于運行狀態，且不能失去，否則將會引起事故，輕則影響機組負荷，重則引起鍋爐MFT(Main Fuel Trip，主燃料跳閘)。如在機組正常運行時，空預器主電機失電將會引起空預器

RB(Run Back，輔機故障減負荷)，送、引風機跳閘；磨煤機油泵失電將會使磨煤機跳閘，進而引起磨煤機RB事故。此類事故都將嚴重影響機組負荷，且若處理不當也極易引起機組跳閘，使事故擴大。因此，在正常運行中保安段不能有任何閃失，需要保持連續運行，即便在線試驗也不能出現任何差池，這就使得在運行中進行試驗時的風險與壓力劇增。

1.2 系統設置復雜

該發電廠保安段系統設置復雜，保安段相關聯鎖設置也復雜。由于脫硫系統與主機分開設計，脫硫系統正常運行時也需要保安電源來確保全廠停電后石灰石漿液池不凝固等，因此必須增加脫硫保安段。這樣每臺機組各有3段保安段，保安A段與B段負荷較多，在A，B段上又設置了分段開關，用于在啟動柴油發電機時分段啟動。由于設計的下屬負荷在機組運行過程中要保證連續供電，既不能有失電、失壓現象發生，又要保證運行中能夠進行各類在線試驗，如柴油發電機帶載試驗、電源切換試驗等，在這些前提下要提高設備的可靠性就必須安裝同期裝置，使在切換或帶載試驗過程中進行同期捕捉、合閘，保證母線不失電、失壓。現場具體實施時，在DCS上實現切換邏輯，而同期系統則另由PLC控制，設計過于復雜。

1.3 試驗風險大

該發電廠規程規定要定期進行柴油發電機空載和帶載試驗，以保證保安電源的可靠供給，因此給正常運行和維護操作帶來一定的風險。如，柴油發電機帶載試驗比較復雜，如果試驗不成功，則會影響機組安全運行；事實上該發電廠柴油發電機帶載試驗不正常時有發生。由于條件不具備，真正的低電壓啟動帶載試驗實做的邏輯也無法進行。

2 原因分析

該發電廠保安段下屬負荷多、接線復雜，這與該廠一次低壓系統的接線有關。由于低壓一次系統均不設置備用電源自投功能，導致與負荷密切相關的空預器主副電機、磨煤機油泵、六大風機油泵等電源只能接到保安段，即使鍋爐段單段出現故障，也可保證此類設備不停電繼續運行（保安段工作電源和備用電源可切換），從而提高機組運行的可靠性。現有保安段的主要負荷如圖1所示。

圖1 現有保安段主要負荷示意

由于現有保安段負荷多，且要保證設備連續運行，這就帶來一系列問題。首先，要保證保安段的不停電切換需設同期裝置，在切換過程中啟動同期裝置，以保證母線不失壓；當負荷過多，在全廠失電啟動柴油發電機時，則要與柴油發電機啟動容量相匹配，應在每段保安段上設置分段開關，在啟動柴油發電機時起到延時合閘功能。

現各重要負荷接至保安段下，均是為了追求設備可靠運行，但保安段的自動切換功能也只有低電壓切換，即母線電壓低至一定值時，啟動切換邏輯，啟用備用電源。對部分輔機來講，低電壓自動切換時也有可能會跳閘，并不是萬無一失。

3 優化方案

改造的優化目標是：通過較小的接線改動，在不影響機組設備安全可靠的基礎上，對保安段的負荷及接線進行調整，從而達到保安段母線在機組輕松運行的目的，且能在全廠失電時為機組安全停運提供最后保障。通過分析，找到最合理的優化方案。

低壓一次系統不具備自動切換功能，想要對其作出優化已不現實，故在保持原有低壓一次系統的基礎上，對機組重要負荷進行電源轉接，成為優化的主要方向。優化目標要達到真正體現保安段的設計初衷，即正常運行時可以短時停運，為此要改變相關負荷的取接，簡化系統聯鎖。從圖1可以發現，影響保安段的負荷主要為爐側的空預器主電機和磨煤機油泵電源(不能在任何時候有閃失)，其他電源均在另一段上設有備用電源，即使跳閘，另一油泵也會聯鎖備用電源，所以主要考慮空預器主電機與磨煤機油泵的接法即可。

3.1 磨煤機油站電源優化

經分析，將磨煤機的油站電源改接至鍋爐MCC上，增壓風機的1臺油泵電源改接至380 V脫硫B段，不會影響負荷的安全性。如果鍋爐MCC失電時，即使磨煤機的油站電源正常，機組也會由于給煤機跳閘等原因造成磨煤機RB、機組減負荷，因為給煤機電源也同樣接在鍋爐MCC上。故磨煤機運行的可靠性并不受影響。

3.2 空預器主電機電源優化

空預器主電機電源可考慮采用2路電源，一路轉接至380 V鍋爐PC，另一路仍然接在保安段上，保安段上電源在機組正常運行時作為備用，在380 V鍋爐PC失電或全廠失電時啟用，保證主電機正常運轉，避免停爐后由于冷熱段溫度偏差引起空預器卡澀。

3.3 六大風機油泵電源優化

將六大風機油泵電源改為總油站電源，油站電源取2路，電源1接至鍋爐MCC，電源2接至保安段。正常運行時，由鍋爐MCC供；電源1故障時，自動切至電源2供。優化后的保安段主要負荷如圖2所示。

4 效果分析

若進行負荷改接，那么保安段在正常運行時其負荷將變小，只有UPS電源、直流電源、事故照明等一些可短時停電的負荷；而主機、小機油系統的油泵可通過適當調整運行方式，如將主機和小機油泵均切至保安A段或B段的油泵運行，就可達到短時停運保安B段或A段的條件。當一段母線滿足短時停運條件后，正常柴油發電機帶載試驗以及備用電源自動切換試驗就可采取低電壓方式，分開保安段的工作電源饋線開關，在備用電源開關檢測到保安段母線失壓后作出判斷，自動進行備用電源合閘，這樣就模擬出真正廠用電失去時的事故狀態，使試驗更具實用性。保安段可靠性的提高，意味著整個機組的安全性也隨之提高。由于保安段下屬負荷均具有抵抗短時失電能力，因此用于切換的同期系統設備也可取消，節約了設備更換與維護的成本。由此可見，經優化后的系統將更簡潔，安全性能更高。

圖2 優化后保安段主要負荷示意

就現場接線方式分析，爐側負荷接至保安段分段前，機側負荷大部分接在分段后。保安段事故失電時，柴油發電機啟動后先帶動保安段分段開關前負荷，經延時合分段開關，分段開關后的負荷才得電。從設備的重要性來講，汽機系統相對而言更加重要，那么鍋爐側在分段前、汽機側在分段后的接線方式就不太合理。更為合理的接線方式應為：機側各油泵負荷置于分段前，爐側空預器電機、六大風機油站電源等置于分段后。此項改動工作量較大，如果將原先部分負荷移至鍋爐MCC后，剩余負荷的容量能滿足柴油機啟動要求，就可考慮取消分段開關。

對于脫硫保安段，目前每臺機組的脫硫設置一段保安段，其自身保安電源與主機保安段共用1臺柴油發電機。其實只要將部分不重要的負荷移至PC或MCC，將主要負荷接至主機保安段，則可取消脫硫保安段，使機組保安系統更加簡潔、有效。

此外，當本機廠用電全停時，保安段將只由本機柴油發電機帶，相關其他各臺柴油發電機機出口是否可以考慮有手動聯絡；這樣當事故機組的柴油發電機故障時，可由鄰機備用。畢竟當全廠失電時，4臺機組的柴油發電機能夠同時保證正常供電的難度也比較大。若能增加手動聯絡，則可進一步提高全廠保安電源的可靠性。

5 結束語

綜上所述，通過對現有保安段上負荷的重新分配及調整，將現有保安段上的爐側負荷，如空預器主電機、六大風機油泵電源以及增壓風機油泵電源轉接至380 V鍋爐段或鍋爐MCC，在保安段上設備用電源；將磨煤機油泵電源移至鍋爐MCC，取消保安段上該負荷，在合理分配機側油泵運行的情況下(主機和小機均使用A段油泵或B段油泵)即可使得保安B段或A段具備短時停運而不影響機組正常運行的功能。具備此條件后，既可讓機組正常運行時保安段輕松運行，又可在在線試驗時，如柴油發電機帶載試驗以及備用電源自動切換試驗時，改模擬試驗為真實試驗，使得試驗結果更真實可靠。同時，對柴油發電機機出口安裝手動聯絡，可進一步規避設備故障偶發率，提高保安系統的可靠性。

1 中國大唐集團公司．防止電力生產重大事故的二十五項重點要求[M]．北京：中國電力出版社，2006．

2 百會平．一起因輔機電源故障引起的機組非計劃停機事件分析[J]．電力安全技術，2013，13(7)：34-35．

3 鄒鵬輝．發電廠交流保安電源優化設計[D]．保定：華北電力大學，2015．

2016-06-18。

金俊杰(1973-)，男，工程師，主要從事火力發電廠電氣安全管理工作，email：476326706@qq．com。

陳雙照(1985-)，男，工程師，主要從事火力發電廠集控運行工作。