一種600MW級及以上機組保安段切換系統的設計與實現

張 鋼 周亞群 談 博 牛利濤 趙俊杰

一種600MW級及以上機組保安段切換系統的設計與實現

張 鋼 周亞群 談 博 牛利濤 趙俊杰

（西安熱工研究院有限公司，西安 710043）

600MW級及以上的機組，當裝設發電機斷路器或負荷開關時，可不設高壓廠用備用變壓器，從另一臺機組的高壓廠用母線引接本機組的高壓停機電源，互為事故停機電源，而事故停機電源通常僅作為本機組停機檢修電源，無法實現與工作電源之間的快速切換，這種接線方式對保安段切換系統提出了更高的要求。通過在保安段配置四電源切換系統，由快切裝置實現保安段電源之間切換，切換方式靈活，運行安全可靠，具有一定的借鑒參考意義。

保安段；四電源；快切裝置

0 引言

600MW級及以上的機組，當裝設發電機斷路器或負荷開關時，可從另一臺機組的高壓廠用工作變壓器低壓側廠用工作母線引接本機組的高壓停機電源，機組之間的高壓廠用母線設置聯絡，互為事故停機電源，此時可不設專用的高壓廠用備用變壓 器[1]。采用該種接線方式時，若機組正常運行過程中發生故障，為了防止高壓廠用電源切換導致另一臺機組高壓廠用工作變壓器同時帶載兩臺機組高、低壓廠用電源，影響另一臺機組正常運行，在高壓廠用工作電源進線和事故停機電源之間通常不配置快切裝置，事故停機電源僅作為停機檢修電源，不作為事故情況下備用切換電源。該種接線方式在機組發生故障情況下，高壓廠用電源無法實現快速切換，此時為了能夠保證機組安全停機，對保安段切換系統提出了更高的要求，因此，研究該種接線方式下保安段切換系統的設計與實現方式具有十分重要的意義[1-10]。

1 主接線方式

以某廠2×660MW機組主接線為例，本期新建2臺660MW機組通過1回500kV線路接入系統，本期工程不設高壓廠用備用變壓器，按一個半斷路器接線形式，500kV配電裝置設置2個完整串，其中#1主變進線和#1出線組成1個完整串，#2主變進線和#2出線組成1個完整串，為提高系統的可靠性，將同名元件接入不同側母線。

發電機經主變接入500kV配電裝置，發電機出口加裝出口斷路器，每臺機組設置1臺高壓廠用工作有載調壓分裂變壓器和兩段10kV工作母線段，兩臺機組的10kV互相聯絡，作為事故停機的電源。電廠高壓廠用電源系統采用10kV級電壓等級。主接線圖如圖1所示。

圖1 主接線圖

該種接線方式未配置高壓廠用備用變壓器，通過兩臺機組10kV互為聯絡，作為事故停機電源，滿足《大中型火力發電廠設計規范》及《火力發電廠廠用電設計技術規程》要求。

2 保安段切換系統設計與實現

2.1 保安段切換系統的提出

常規機組設計時，通常在高壓廠用母線配置快切裝置，實現工作電源進線開關和備用電源進線開關之間的切換，當高壓廠用母線工作電源失電時，由快切裝置將高壓廠用電源切換至備用電源，保證廠用系統安全穩定運行，切換方式靈活。

200MW級及以上的機組應設置交流保安電源[1]，保安段接有保證機組安全停機的重要負荷。保安段切換通常由備自投裝置或ASICO開關實現，保安段切換邏輯單一。常規發電機組的保安段電源系統配置三路電源，其中前兩路為工作電源進線，第三路為柴油發電機組，兩路工作電源進線能實現雙向切換，當兩路工作電源進線均失電時，起動柴油發電機組，為保安段提供電源，該種方式后備電源單一，切換方式靈活性差，同時根據《火力發電廠廠用電設計技術規程》，柴油發電機組應采用快速自起動的應急性，失電后第一次自起動恢復供電的時間可取15～20s，柴油發電機組自起動過程中，保安段母線處于失電狀態，失電時間長[2]。

采用上述主接線方式時，由于無法實現高壓廠用電源快速切換，為了防止保安電源失電，保證機組安全停機，對保安段切換系統提出了更高的要求。

2.2 保安段切換系統的構成

為了提高保安段切換系統的可靠性及靈活性，采用四電源切換系統，前兩路電源為工作電源進線、第三路電源為廠外電源、第四路電源為柴油發電機，同時在保安段配置快切裝置，由快切裝置實現保安段四路電源之間切換，保安段前兩路電源之間可實現雙向切換，當前兩路工作電源均失電時，快切裝置優先選擇切換至廠外電源，縮短了保安段失電時間，只有廠外電源無法為保安段提供電源時，才會起動柴油發電機，由柴油發電機為保安段提供電源。同時為了縮短保安段失電延時，在主變、高廠變保護裝置增加起動保安段快切出口，當主變或者高廠變發生故障時，快切裝置第一時間起動保安段快切，進一步縮短了保安段切換時間。

保安段系統圖如圖2所示。

2.3 保安段切換系統的邏輯

汽機PC1A段（鍋爐PC1A段）為保安段第一路電源，汽機PC1B段（鍋爐PC1B段）為保安段第二路電源，廠外電源為保安段第三路電源，柴油發電機為保安段第四路電源。

本例保安段切換邏輯由保安段配置的快切裝置實現，邏輯如下：

保安MCC正常情況下由汽機或鍋爐PC供電，廠外線路保安電源段供電至7ZKK開關上側。

正常情況下，開關ZKK、4ZKK、5ZKK、1ZKK（或2ZKK）均處于閉合狀態，3ZKK、7ZKK、2ZKK（或1ZKK）處于斷開狀態。

1）電源一與電源二之間切換邏輯

若保安MCC A（或B）電源故障，由快切裝置檢測1ZKK（或2ZKK）狀態及母線電壓，如在合位且母線電壓低則跳開MCC A（或B）電源進線開關1ZKK（或2ZKK），合上MCC B（或A）電源進線開關2ZKK（或1ZKK），保安MCC由B（或A）電源供電。

2）電源一、電源二均失電時切換邏輯

若保安MCC兩段電源均失去，由快切裝置檢測1ZKK、2ZKK狀態及母線電壓，如在合位且母線電壓低則跳開MCCA、MCCB電源進線開關1ZKK、2ZKK，如本機組保安PC廠外進線電源有電，則合本機組保安PC廠外電源進線斷路器7ZKK及3ZKK，本保安MCC由廠外電源供電，如本機組保安PC廠外進線電源無電，則發起動本機組柴油發電機指令并合3ZKK，柴油發電機組起動后由柴油發電機控制系統自動合6ZKK，本保安MCC由本機組柴油發電機組供電。

3）保護起動快切邏輯

保護起動快切分為高廠變分支跳閘起動快切和高廠變跳閘起動快切，其中高廠變分支跳閘起動快切實現保安段電源一與電源二之間切換，高廠變跳閘起動快切實現將保安段電源切換至電源三或者電源四。

4）保安段電源恢復邏輯

當機組廠用電源恢復后，DCS發出遠方手動切換命令，快切裝置同期合1ZKK（或2ZKK），跳開3ZKK及7ZKK，DCS停柴油發電機組。

2.4 保安段切換系統的運行情況

保安段切換系統通過設計、施工、調試，驗證了其切換邏輯的準確性及可靠性，從保安段首次送電至機組達標投產以來，保安段切換均能正確動作，滿足設計要求，切換方式靈活，運行安全可靠。

3 結論

600MW級及以上的機組，當裝設發電機斷路器或負荷開關時，可不配置高壓廠用備用變壓器，通過兩臺機組高壓廠用母線之間設置聯絡開關，互為事故停機電源。該種主接線方式，能夠節約建設成本，但是由于高壓廠用電源無法實現快速切換，對保安段切換系統就提出了更高的要求。本例在保安段配置四路電源，通過快切裝置實現保安段各電源之間切換，切換方式靈活，運行狀況良好，可以給類似項目提供參考。

[1] 國家住建部. GB 50660—2011. 大中型火力發電廠設計規范[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2012.

[2] 國家能源局. DL/T 5153—2014. 火力發電廠廠用電設計技術規程[S]. 北京: 中國電力出版社, 2015.

[3] 陳緒勇. MFC2000-6型微機快切裝置在電廠的應用[J]. 電力安全技術, 2017, 19(5): 45-48.

[4] 牛利濤, 郭小勤. 燃氣分布式能源電站廠用電快切系統的設計與實現[J]. 電氣時代, 2017(5): 14-17.

[5] 段世方. 基于快切裝置的廠用電源切換改造與試驗[J]. 節能, 2018(5): 22-25.

[6] 凌家光, 蔣灝, 江琦珊, 等. 300MW機組廠用電互聯改造方案[J]. 電氣技術, 2019, 20(12): 94-97.

[7] 宋紅超, 田耀偉. 發電廠事故保安電源改造[J]. 電氣時代, 2019(7): 70-71.

[8] 葉朋珍, 王旭, 濮浩東, 等. 一次保安段失電故障分析[J]. 東北電力技術, 2019, 40(3): 43-46.

[9] 吳劍. 保安母線電源切換方式優化[J]. 華電技術, 2013, 35(12): 43-45.

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Design and implementation of a security segment switching system for 600MW and above units

ZHANG Gang ZHOU Yaqun TAN Bo NIU Litao ZHAO Junjie

(Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710043)

When installing generator circuit breakers or load switches, 600MW and above units do not have to install standby transformer, the high-voltage shutdown power of the unit is connected to the high-voltage shutdown power from the another unit, it is usually used only as the power supply for the shutdown maintenance of the unit, unable to achieve a quick switch with the working power supply. This kind of connection puts forward higher requirements for security segment switching system. By configuring a four-power switching system in the security segment, switching between power supply is realized by fast cutting device, switching mode is flexible, operation is safe and reliable, it has certain reference significance.

security section; four power supply; fast cutting device

2020-06-30

2020-07-19

張 鋼（1987—），男，江蘇省常州市人，碩士，工程師，主要從事電站起動調試工作。