大型燃煤機組事故保安電源控制邏輯及自動準同期方法研究應用

鐘文華 張彬 張楠

摘 要：結合火力發電廠柴發控制系統升級改造工程，優化了柴油發電機控制方式、柴發出口開關以及保安電源之間的切換邏輯，并分析了柴發并網功能要點，通過試驗手段驗證了應用效果，使得保安電源可靠性大幅提升。

關鍵詞：柴油發電機;保安電源;控制邏輯;準同期;應用

0? ? 引言

《火力發電廠設計技術規程》（DL 5000—2000）要求：“容量為200 MW及以上的機組應設置交流保安電源。交流保安電源宜采用快速啟動的柴油機組。”保安電源作為保護重要設備的最后一道防線，在電廠有著舉足輕重的作用。

國家能源集團國華臺山電廠630 MW級機組配備的柴發機組在實際運行中曾多次出現開關本體、邏輯設置以及控制元器件等原因導致一次啟動不成功的例子，因此，技術人員決定對柴發控制電源系統、并網系統進行全面升級改造。

1? ? 柴油發電機（事故保安電源）的控制模式

以圖1為例，正常情況下保安A、B段分別由廠用電400 V汽機A、B段供電，作為保安段的主電源，400 V鍋爐A、B段作為輔助電源，柴油發電機作為事故備用電源，事故情況下只有當汽機段和鍋爐段失電，柴油發電機組才緊急啟動向保安段供電。

柴油發電機控制模式通常分為自動模式和手動模式兩大類。

（1）自動模式：通過設計好的邏輯程序判定實現柴油發電機啟停的控制，常用PLC模塊實現，無需人為干預，在事故情況下快速啟動。

（2）手動模式：根據需要隨時啟動柴發，常有DCS系統啟動、并網柜手動啟動、就地控制面板啟動等，實現一鍵啟動。

1.1? ? 柴油發電機自動啟動模式

以圖1保安A段為例，正常情況下工作電源開關K3合閘，備用電源開關K7分閘。事故情況下，當廠用電失去，也就是400 V汽機段和保安段失壓，K3將自動分閘，PLC模塊檢測到保安A段電壓失去，工作電源進線開關K3和備用電源進線開關K7在分閘位置，滿足柴發失壓啟動邏輯，觸發柴發啟動。失壓啟動邏輯如圖2所示，該邏輯可以避免單依靠判斷開關位置或母線電壓帶來的誤動風險。

柴發出口開關K0在柴發建立正常電壓后自動合閘（詳見章節2），柴發出口聯絡開關K1自動合閘程序同柴發啟動程序，但考慮到柴發從啟動到建立正常電壓需要一定時間，K1應在柴發建立正常電壓且K0合閘后合閘，延時可通過試驗數據設定。

模擬保安A段母線失壓進行試驗，保安A段失壓2.78 s后收到柴發正常運行反饋信號，3.27 s后柴油發電機建立電壓，5.21 s后柴油發電機出口開關K0自動合閘，6.1 s后保安A段進線開關K1自動合上，保安A段恢復正常供電。

由此可見，保安電源失電時間不超過8 s，滿足規程要求，同時低于本廠保安段重要負荷自保持回路9.9 s延時，故在機組事故失電情況下，保安段重要負荷不會掉電，機組可安全停運。

1.2? ? 柴油發電機手動啟動模式

柴發手動啟動，只需要在DCS控制界面觸發，或按下盤前緊急啟動按鈕，或在并網柜通過切換把手選擇以及按下就地控制面板啟停按鈕即能實現柴發啟停，這里不再闡述。

2? ? 柴發出口開關K0的邏輯控制

柴油發電機出口開關K0使用的是施耐德梅蘭日蘭D1-MT20/H1型號開關，該開關配備失壓脫扣器，合閘線圈AC220 V。原設計上，K0開關合閘回路不區分自動或手動模式，只要收到柴發本體遙開信號且建立正常電壓后即自動合閘。但考慮到柴發同期并網測試功能的需要，對K0開關合閘邏輯做了修改，即自動模式下（包括DCS啟動、失壓啟動）K0開關通過PLC程序判斷自動合閘，而測試模式下柴發啟動后K0開關需要人為手動合閘。其中PLC模塊和并網控制器均采集柴發遙開信號作為K0開關合閘條件之一，PLC走程序自動合閘，并網測試需要人工手動合閘。

為防止電動機群啟動電流過大，K1和K2合閘邏輯應設置一定的時間間隔，如K2比K1延遲1 s合閘，而K0開關宜在柴發建立正常電壓后K1開關合閘前合上，即K0

3? ? 柴發并網功能

柴油發電機作為保安緊急備用電源，需要配置同期并列裝置。通常事故失電情況下柴發無需與市電并列，但考慮到柴油機如果長期只在定期啟動試驗中空載運行一小段時間，這其實對柴發本體是一種損害，因此建議在條件允許情況下，讓柴發在調試或定期試驗中并網帶負荷運轉，以延長設備使用壽命。

3.1? ? 柴油發電機同期并網因素

發電機組與系統并列運行，需要滿足三個基本條件：相序一致、電壓相等、頻率相同。

本廠選用了WOODWARD公司生產的easYgen-3000XT系統自動準同期并網裝置。柴發并網控制器選取了出口聯絡開關K1、K2，采集柴發出口三相電壓、柴發電流、待并側保安段母線電壓、開關位置、柴發出口處電流信號等，可以準確捕捉并網時間，發合閘指令，并網輸出的有功功率可以進行自動或手動設定。

3.2? ? 柴油發電機同期并網測試

首先，通過并網控制器手動啟動柴發;其次，在并網柜手動合上出口開關K0;最后，選擇并網目標電源側，即保安A段（K1）或保安B段（K2），并網控制器跟蹤待并側與柴發出口側電壓幅值、頻率，當滿足并網條件后觸發K1（K2）開關合閘。

根據并網試驗數據得知，柴發聯絡開關K1（K2）合閘瞬間，柴發出口與待并側電壓差小于5 V，沖擊電流最小，滿足同期并網要求。

4? ? 結語

柴發和保安電源作為電廠關鍵系統，各廠在設備型號及邏輯功能設計上可能存在一定差異，但其重要性不言而喻。同行在維護檢修及技術改造期間應嚴把質量關，完善維護手段，優化邏輯設置，為發電機組的安全可靠運行提供可靠電源點。

[參考文獻]

[1] 火力發電廠設計技術規程：DL 5000—2000[S].

[2] Caterpillar.CAT3512技術手冊[Z].

[3] WOODWARD.easYgen-3000XT說明書[Z].

[4] 王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].2版.北京：中國電力出版社，2002.

[5] 國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答[M].2版.北京：中國電力出版社，2002.

收稿日期：2020-03-25

作者簡介：鐘文華（1982—），男，廣東化州人，工程碩士，工程師，主要從事火力發電廠繼電保護專業工作。