CB級ATSE裝置在火電廠Ⅰ類廠用負荷中的應用分析

堯 陽

（華電電力科學研究院 中南分院，湖北 武漢 430000）

CB級ATSE裝置在火電廠Ⅰ類廠用負荷中的應用分析

堯 陽

（華電電力科學研究院 中南分院，湖北 武漢 430000）

某電廠風機油站電氣控制系統有兩路工作電源，配備了CB級ATSE裝置，裝置采用了“自投自復”的工作模式；在電源切換過程中，出現了設備供電中斷的現象。針對此問題展開了分析和討論，并提出了改進措施，希望能為其他火電廠類似的CB型ATSE裝置的應用提供參考。

自動轉換開關電器（ATSE）； Ⅰ類負荷； 自投不自復

0 引言

火電廠正常運行和啟停過程中都離不開Ⅰ類廠用負荷提供的動力電源和控制電源，某些Ⅰ類廠用負荷在運行中如果長時間失電，將會導致機組失控或設備損壞，從而影響了電廠的經濟效益和生產安全。因而，電廠Ⅰ類廠用負荷設備對供電的電源質量、電源可靠性等方面具有很高的要求。為提高設備運行可靠性，火電廠中很多Ⅰ類廠用負荷都配備有兩路工作電源，電源之間的切換是通過自動轉換開關電器（ATSE）來實現的。其中，ATSE裝置的作用就是在常用工作電源發生故障時迅速將負載回路自動切換至備用電源，確保重要負荷供電的連續性和可靠性，從而保證電力生產安全、穩定、經濟運行。

圖1 某款CB級ATSE裝置原理圖Fig.1 The schematic diagram of a CB ATSE device

隨著電力行業的發展和電力新技術的引進，ATSE裝置產品也不斷的更新換代，從結構原理上區分，目前的ATSE裝置可分為：接觸器式轉換開關、斷路器式轉換開關、負荷開關式轉換開關和雙投式轉換開關這四種。這幾種ATSE裝置，工作原理不完全相同，性能指標方面各有優缺點，分別使用于電力系統中的各個場合。其中的斷路器式轉換開關，是我國國家標準和IEC標準中所謂的CB級ATSE裝置，它的基本構成是由兩臺塑殼式斷路器及其相關附件組成，具有過電流和短路保護功能，空間體積小，工作模式靈活多樣，是目前使用最廣泛的ATSE，但同時存在機械連鎖不可靠、切換時間較長的缺點，大多使用在斷電允許時間相對要求不高的電氣轉動設備控制系統中。CB級ATSE裝置的基本原理圖如圖1所示。

2 設備概況

某電廠二期2*1000MW機組一次風機油站電氣控制系統為Ⅰ類廠用負荷，有兩路電源，分別取自鍋爐保安MCC段和鍋爐MCC段；其中鍋爐保安MCC段電源為常用工作電源，鍋爐MCC段電源為備用工作電源，一次風機油站電氣控制系統的具體接線詳見圖2所示。

圖2 一次風機油站電氣控制系統接線圖Fig.2 Primary air fan station electric control system wiring diagram

一次風機油站電氣控制系統使用的是某款CB級ATSE裝置，此款產品，有三種可選工作方式：“自投自復”、“自投不自復”和“互為備用”；此外，轉換延時時間和返回延時時間均可調。自投自復：當兩路電源正常情況下，常用電源工作，如果常用電源故障或失電時，ATSE自動將負載從常用電源轉換至備用電源；當常用電源恢復正常時，則自動將負載返回到常用電源。自投不自復：兩路電源均正常情況下上電，常用電源優先工作；運行過程中常用電源故障時，ATSE能自動將負載從常用電源轉換到備用電源，如果常用電源恢復正常時，ATSE不能自動返回到常用電源，此時兩路電源為對等優先權，變成“互為備用”電源。互為備用：兩路電源無常用、備用之分，優先級相同；先上電的那路電源為工作電源，后一路電源為備用電源；當工作電源故障，備用電源自動投入，兩路電源輪流備用。轉換時間：測定從主電源被監測到偏差的瞬間起至主觸頭閉合備用電源為止的時間，不包括特意引入的延時；返回時間：從常用電源完全恢復正常的瞬間起至主觸頭組閉合常用電源止的時間加上特意引入的延時（“自投不自復”和“互為備用”工作模式時，無返回延時時間）。這三種工作方式和轉換延時、返回延時時間，均可根據現場實際需要而設定，工作狀態和延時時間的設置方法見表1、圖3所示。

表1 動作參數設置Tab.1 Action parameter Settings

圖3 參數設置撥碼開關Fig.3 Parameter setting dial switch

油站電氣控制系統，能采集相關的開關量信號，并將開關量信號傳輸到主控室DCS系統，由DCS實現對油站的控制。采集的信號有：電機運行和停止信號、油箱內油系統壓力、油溫等。DCS輸出的驅動信號為長信號。

一次風機油站油壓系統由低壓和高壓兩部分組成的，低壓部分油系統額定壓力為0.4MPa，為風機電機、風機軸瓦提供潤滑作用；高壓部分油系統額定壓力為12MPa，通過液壓來調節風機動葉角度從而來調節風機出力。油站共四臺電機，兩臺低壓泵電機（一主一備）和兩臺高壓泵電機（一主一備），一次風機油站電氣控制系統主要負荷見表2。

表2 油站系統主要電氣負荷Tab.2 Oil station system main electric load

3 應用問題

在機組檢修期間，按照電廠運行規程的要求，對一次風機油站電氣控制系統進行例行的ATSE裝置切換試驗。1）試驗目的：通過試驗來檢測ATSE裝置切換是否動作正常、油站控制系統電氣設備在緊急情況下能否可靠運行；2）試驗前設備基本情況如下：CB型ATSE工作模式為“自投自復”，轉換延時和返回延時時間均為0s；3）試驗方法：通過斷開、合上QF1主電源開關（鍋爐保安MCC段饋線開關、塑殼式斷路器）來模擬常用電源失電或恢復送電狀態；4）試驗條件：一次風機電機停運，正常帶油站控制系統負荷、選擇自動控制方式、投DSC邏輯。

試驗前，#1低壓泵電機和#1高壓泵電機運行。當斷開QF1開關，模擬“鍋爐保安MCC段”常用電源失電，#1低壓泵電機和#1高壓泵電機停運；ATSE裝置自動將負載回路切換到備用工作電源后，#2低壓油泵電機聯啟，#1、#2高壓泵電機聯啟；短時間內（不超過10s）合上常用工作電源開關（QF1開關），ATSE裝置再一次切換，#2低壓泵電機和#1、#2高壓泵電機停運，但在成功切換至常用電源后，#1低壓泵電機運行，兩臺高壓油泵電機均未啟動。

若機組正常運行中兩臺高壓油泵電機停運后未及時啟動，會導致一次風機動葉無法調節，從而影響了機組的正常運行和負荷調節，存在較大安全隱患。

4 問題分析

風機油站工作原理如下：油站啟動時，首先啟動潤滑系統一臺低壓油泵電機，若系統壓力未達系統的額定壓力，則啟動備用油泵電機，當系統壓力達正常值時備用泵電機停止；當低壓泵電機維持正常運行一段時間后，可以啟動液壓系統高壓泵電機，高壓泵電機工作原理也一樣，正常壓力下一臺高壓泵電機運行，若工作壓力低于系統壓力時啟動備用泵電機，壓力恢復正常時備用泵電機停止；系統停用時先關閉液壓系統高壓泵電機，然后再關閉潤滑系統低壓泵電機。

油站的自動控制方式，主要通過就地的壓力開關和主控DCS系統之間的配合來實現。在油系統的低壓潤滑部分和高壓液壓部分都裝有“壓力下限”、“壓力下極限”壓力開關，當系統壓力低于維持系統工作設定最低壓力時，“壓力下限”壓力開關動作、發信號至DCS，然后啟動備用泵電機；當系統壓力低于系統極限壓力時，“壓力下極限”壓力開關動作、發報警信號至DCS，由主控室作出停主機等相關處理。一次風機油站控制系統壓力開關測點見表3。

表3 油站系統壓力開關Tab.3 Oil station system pressure switch

CB型ATSE切換總動作時間一般在2000-3000ms，每次切換過程中都會導致設備停電，期間會引起一次風機低壓和高壓油系統壓力下降。第一次電源切換時，常用電源斷開，#1低壓泵電機停運、接觸器斷開，給上位機DCS發送一個分閘信號反饋；低壓潤滑系統壓力下降，但未下降到“壓力下限”設定值（0.1200MPa），低壓系統“壓力下限”壓力開關未動作；DCS系統系統檢測到#1低壓泵電機停運，按邏輯設定，發出啟#2低壓泵電機的指令。切至備用電源后，因為DCS系統默認投備用、啟動#2低壓泵電機，所以切換后存在“倒泵”現象。#1高壓油泵電機停運時，高壓油系統壓力下降較快，壓力下降到1.0000MPa以下，會導致高壓系統“壓力下限”壓力開關動作，為盡快提高油壓、DSC邏輯默認啟動兩臺高壓泵電機，所以切換后兩臺高壓泵電機同時運行。在短時間內（不超過10s），常用電源恢復正常、“自投自復”工作狀態的ATSE裝置會進行第二次切換時，切換過程中，低壓系統壓力未下降至“壓力下限”臨界值（0.1200MPa），同理，切換以后DCS系統只啟動#1低壓泵電機；但高壓液壓系統由于連續兩次切換，高壓壓力下降較快、來不及恢復，壓力降到“壓力下極限”臨界值（0.8000MPa）以后，高壓系統“壓力下限”和“壓力下極限”壓力開關均動作，DCS采集到相關信號，按邏輯設定、不會啟動高壓電機。兩次切換過程中高低壓泵電機和壓力開關的動作情況見表4。

表4 油站系統切換過程Tab.4 The switching process of oil station system

由于高低壓油站和CB級ATSE的結構特點，每次電源切換過程中，高壓、低壓油系統壓力都會下降，并且高壓系統壓力下降更迅速。分析表明：ATSE裝置每一次切換后，高壓系統壓力若要恢復正常額定壓力，需要一段時間，大概是10s左右；第二次切換若未躲過高壓油恢復正常壓力所需的時間限制時，將會引起高壓油系統保護邏輯動作，導致高壓油系統設備停運。

在生產實際中，為了提高Ⅰ類廠用負荷的運行可靠性，鍋爐保安MCC段母線往往設計有多路進線電源（如圖2所示），常用電源和備用電源之間的切換也是通過備自投裝置來實現的。在機組運行中，也存在鍋爐保安MCC段電源失電后、短時間又恢復供電的可能性；如風機油站控制系統采用的CB型ATSE裝置工作模式或時限配合不當，會影響風機系統或機組的安全運行。因而，應盡量提高鍋爐保安MCC段電源的可靠性，同時也應慎重選擇CB型ATSE裝置的工作方式。

5 應對措施

綜上所述，一次風機油站電氣控制系統的CB型ATSE裝置的工作模式不當，未考慮“常用工作電源失電后短時恢復、裝置連續切換”的極端情況，為避免此類現象地出現，改進方法有兩種：一是仍采用“自投自復”的工作模式，但將“返回延時時間”由0s改為30s，以避開高壓油系統恢復時間。關于CB型ATSE“自投自復”工作方式的切換時間，在《民用建筑電氣設計規范》（JGJ 16-2008）中有說明：“7.5.4自動轉換開關電器(ATSE)的選用應符合下列規定：ATSE的切換時間應與供配電系統繼電保護時間相配合，并應避免連續切換”，條文解釋：當設計的供配電系統具有自動重合閘功能，或雖無自動重合閘功能但上一級電源具有此功能時，工作電源突然斷電時，ATSE不應立即投到備用電源側，應有一段延時，避免剛切換到備用電源側，又自復至工作電源，這種連續切換是比較危險的。在實際運行中，CB型ATSE裝置存在機械連鎖不可靠、容易出現機械卡澀、切換時間過長等問題，若采用“自投自復”工作模式時，連續切換使得上述風險增大，同時還可能帶來后續其它的問題。二是將工作模式由“自投自復”改為“自投不自復”，這樣可以避免ATSE裝置連續切換。ATSE裝置若采用“自投不自復”工作模式，可以簡化與其它設備的時限配合設置工作。鑒于此，建議優先選用“自投不自復”的工作模式，可以減小設備運行中潛在的風險，提高設備運行可靠性。

6 結語

關于CB型ATSE裝置在相關場合具體的運行方式，暫時未有相關規程對此做出明確規定，但實際應用中的消防、醫院等Ⅰ類重要負荷場所用的CB級ATSE裝置，均采用“自投不自復”方式。是因為CB級ATSE裝置每次切換電源，都會導致主回路中的接觸器跳閘，設備需要重新啟動，沒有自動重合功能的設備需要人工干預才能啟動；而Ⅰ類重要負荷一旦啟動，保證電源供應的需要、遠比選擇優先電源供電重要，所以只要此類設備啟動，無論供電電源是常用電源還是備用電源，就保證供電。因而，為減小電源切換所帶來的風險，在火電廠Ⅰ類廠用負荷中應慎重選擇CB型ATSE裝置“自投自復”的工作方式。

[1]GB/T 1048.11-2016，低壓開關設備和控制設備 第6-1部分：多功能電器 轉換開關電器[S].

[2]JGJ 16-2008，民用建筑電氣設計規范[S].

Application Analysis of CB ATSE Device in Category I Load of Thermal Power Plant

YAO Yang
（Huadian Electric Power Research Institute Zhongnan Branch,Wuhan 430000，China）

The electric control system of fan oil station of a power plant has two working power supply,equipped with CB ATSE device,the device adopts the working mode ofquot;automatically transfer and restorequot;;In the process of power switching,the power supply interruption occurred.This paper had analyzed and discussed the problem,and put forward some improvement measures，hoped to provide reference for other similar CB ATSE in thermal power plants.

automatic transfer switching equipment(ATSE)； category I load； automatically transfer and nonautomatically restore

TM621

B

2095-3429（2017）05-0059-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.014

2017-07-20

堯陽（1986-），男，湖北咸寧人，本科，助理工程師，主要從事高電壓試驗技術的研究工作。