660MW機(jī)組保安電源系統(tǒng)的改造與調(diào)試探討

華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司 孫鵬濤

大型發(fā)電機(jī)組保安電源作為保護(hù)重要設(shè)備的最后防線，在發(fā)電廠中起著至關(guān)重要的作用。然而部分保安電源的設(shè)計(jì)上存在一定缺陷，突發(fā)事件造成的保安電源失電會(huì)引起設(shè)備損壞事故的發(fā)生，因此提高保安電源供電可靠性顯得尤為重要。

保安電源的選擇決定著整個(gè)保安電源系統(tǒng)的可靠性。保安電源的選擇是多樣的，起動(dòng)和切換方式各異，一般以快速起動(dòng)的柴油機(jī)組為基礎(chǔ)，因機(jī)組容量、接線方式等的不同，結(jié)合各電廠的實(shí)際情況又有一些差別，這些差別導(dǎo)致了保安電源的可靠性和靈活性的差異。鑒于保安電源系統(tǒng)負(fù)荷的重要性，當(dāng)機(jī)組保安電源失壓后，如果柴油發(fā)電機(jī)因故障不能夠及時(shí)啟動(dòng)，將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定停運(yùn)。因此，非常有必要考慮當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)故障后如何保證事故保安電源的供電可靠性問(wèn)題。

本文以華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱新鄉(xiāng)公司或公司）的保安電源系統(tǒng)為例，介紹了改造的必要性，改造后的調(diào)試、運(yùn)行方式的變化以及對(duì)電源系統(tǒng)供電可靠性的提高[1]。

1 改造原因

新鄉(xiāng)公司共有兩臺(tái)660MW 發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置400V 保安PC A、B 段。正常運(yùn)行中，保安PC A、B 段由鍋爐400V PC A、B 段供電。保安段的負(fù)荷主要有：汽機(jī)保安MCC ，鍋爐保安MCC、脫硫保安MCC、儀控MCC、事故照明MCC、UPS 電源、220V 直流充電電源、110V 直流充電電源、鍋爐側(cè)熱工配電箱、汽機(jī)側(cè)熱工配電箱、鍋爐執(zhí)行機(jī)構(gòu)、汽機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組作為本機(jī)組的應(yīng)急保安電源。當(dāng)該機(jī)組保安PC 段失電后，且保安段工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)位于斷開(kāi)位時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組在12秒內(nèi)建立額定電壓后發(fā)出合閘脈沖，400V保安PC 段備用電源開(kāi)關(guān)(柴油發(fā)電機(jī)電源進(jìn)線開(kāi)關(guān))在確保400V 保安PC 段工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘后合閘[2]。如果柴油發(fā)電機(jī)因故障不能夠及時(shí)啟動(dòng)，將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定停運(yùn)。

大型發(fā)電機(jī)組保安電源失電后，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵、盤車電機(jī)、頂軸油泵、鍋爐空預(yù)器等重要負(fù)荷將失電，危及機(jī)組安全。正常情況下，柴油發(fā)電機(jī)作為保安電源的備用電源將啟動(dòng)，為保安系統(tǒng)供電。然而當(dāng)保安PC 段失壓后，如果此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)因某種故障不能夠及時(shí)啟動(dòng)，保安電源將會(huì)長(zhǎng)時(shí)間失去，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵、盤車電機(jī)等負(fù)荷無(wú)法運(yùn)行，汽輪機(jī)將會(huì)出現(xiàn)化瓦，大軸彎曲等重大設(shè)備事故，給發(fā)電企業(yè)造成重大損失[3]。

鑒于保安電源系統(tǒng)負(fù)荷的重要性，非常有必要考慮當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)故障后如何保證保安PC 段的供電可靠性問(wèn)題。同時(shí)由于柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)質(zhì)量差，原型號(hào)斷路器已經(jīng)停產(chǎn)，無(wú)法采購(gòu)備品，斷路器安裝形式為固定式，而且斷路器電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)所接電纜較多。當(dāng)斷路器出現(xiàn)故障需要更換開(kāi)關(guān)時(shí)，需要將電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)所接電纜引線拆開(kāi)，開(kāi)關(guān)更換后則需要將電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)電纜引線與開(kāi)關(guān)連接，這樣更換開(kāi)關(guān)操作所需要的時(shí)間為兩天左右。在更換柴油發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)期間，柴油發(fā)電機(jī)做為事故保安段的備用電源將失去作用，將嚴(yán)重威脅發(fā)電廠安全運(yùn)行。

為保證兩臺(tái)機(jī)組保安PC 段在柴油發(fā)電機(jī)故障等極端情況下供電的可靠性，在兩臺(tái)機(jī)組保安PC段之間增加聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，同時(shí)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)出口斷路器ABB F 型固定式斷路器進(jìn)行改造，改造成抽出式斷路器。改造后將提高保安電源可靠性，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

2 改造方案

2.1 原保安電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及邏輯

新鄉(xiāng)公司共2臺(tái)660MW 機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一臺(tái)快速起動(dòng)的英國(guó)大皇冠柴油發(fā)電機(jī)組（型號(hào)：BCP1500P，容量選擇COSΦ4=0.8，Pe=1200kW）作為本單元機(jī)組的應(yīng)急保安電源。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置400V 保安PC A、B 段。正常運(yùn)行中，保安PC A、B 段由鍋爐400V PC A、B 段供電。

保安電源的啟動(dòng)是根據(jù)380V 保安PC 段的電壓進(jìn)行自動(dòng)跳、合閘。具體邏輯為：當(dāng)380V 保安PC段失壓后，380V 保安PC 段電壓互感器柜內(nèi)的電壓監(jiān)視繼電器聯(lián)鎖跳380V 保安PC 段的工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)；如果380V 保安PC A 段或380V 保安PC B段失壓后，且380V 保安PC A 段或380V 保安PC B 段工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)位于斷開(kāi)位時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組在12秒內(nèi)建立額定電壓后發(fā)出合閘脈沖，380V保安PC 段備用電源開(kāi)關(guān)（柴油發(fā)電機(jī)電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)）在確保380V 保安PC 段工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘后合閘。當(dāng)保安段工作電源正常后，手動(dòng)停柴油發(fā)電機(jī)組及斷開(kāi)有關(guān)保安段備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)，然后投入保安段工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)。

2.2 改造方案

為保證兩臺(tái)機(jī)組保安PC 段在柴油發(fā)電機(jī)故障等極端情況下供電的可靠性，主要是在兩臺(tái)機(jī)組保安PC 段之間增加聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，具體參見(jiàn)圖1。通過(guò)保安電源改造簡(jiǎn)圖可以看出，在一臺(tái)機(jī)組保安PC 段失壓且柴油發(fā)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的極端情況下，失壓的保安PC 段能夠從另一臺(tái)機(jī)組的保安PC 段取得電源，以此提高保安電源供電的可靠性[5]。

圖1 改造前后的保安電源系統(tǒng)圖

對(duì)柴油發(fā)電機(jī)出口斷路器ABB F 型固定式斷路器進(jìn)行改造，改造成抽出式斷路器，拆除原母排、斷路器靜觸頭連接，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制作母排以及連接件。

在每個(gè)保安段三個(gè)進(jìn)線電源開(kāi)關(guān)之間增加快速切換裝置，實(shí)現(xiàn)電源快速切換功能。切換裝置所有接線、調(diào)試工作均由承包方負(fù)責(zé)。切換要求：工作電源、備用電源、柴油機(jī)電源之間可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)互切換，開(kāi)關(guān)之間切換回路必須串入閉鎖接點(diǎn)，防止并聯(lián)切換，三個(gè)開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方及就地操作，所有接線必須引致開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的端子排上。所用開(kāi)關(guān)必須使用開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)，不能擴(kuò)展繼電器來(lái)增加開(kāi)頭輔助接點(diǎn)。

2.3 改造的安全措施

開(kāi)關(guān)柜在施工條件滿足安裝要求時(shí)方可進(jìn)行安裝。開(kāi)關(guān)柜在安裝地點(diǎn)附近開(kāi)箱后，應(yīng)立即將箱板等雜物清理干凈，以免阻塞通道或釘子扎腳。開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)送時(shí)，應(yīng)在盤柜與鋼絲繩連接處墊厚毛氈，防止將盤柜表面噴漆刮傷。盤柜撬動(dòng)就位時(shí)人力應(yīng)足夠、指揮應(yīng)統(tǒng)一、狹窄處應(yīng)防止擠傷。盤柜在安裝固定好以前應(yīng)有防止傾倒的措施，特別是重心偏在一側(cè)的盤。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的各式熔斷器、刀閘，凡直立布置的必須上口接電源，下口接負(fù)荷。

3 保安電源系統(tǒng)調(diào)試

3.1 調(diào)試準(zhǔn)備工作

全面檢查：對(duì)保安PCA 段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)41A2A 及刀閘41A2A1檢查，對(duì)保安PCB 段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)41B2B及刀閘41B2B1檢查，檢查快切裝置。

送電調(diào)試：將保安PCA 段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)41A2A 及刀閘41A2A1控制電源、快切裝置控制電源合上，確認(rèn)無(wú)報(bào)警。將保安PCB 段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)41B2B 及刀閘41B2B1控制電源、快切裝置控制電源合上，確認(rèn)無(wú)報(bào)警。

3.2 具體調(diào)試步驟

保安PCA 段備自投裝置調(diào)試（本次調(diào)試驗(yàn)證邏輯：當(dāng)#2機(jī)組380V 保安PCA 段母線失壓且#1機(jī)組380V 保安PCA 段母線電壓正常時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)41A2A 自合）：運(yùn)行人員操作將保安PCA 段聯(lián)絡(luò)刀閘41A2A1及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)41A2A 送入工作位置；由集控運(yùn)行人員遠(yuǎn)方DCS 操作跳#2機(jī)保安PC2A 段工作電源開(kāi)關(guān)42A15檢查備自投裝置及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況；由集控運(yùn)行人員就地操作備自投裝置“手動(dòng)切換”按鈕，檢查備自投裝置及#2機(jī)保安PC2A 段工作電源開(kāi)關(guān)42A15動(dòng)作情況；由電氣維護(hù)分場(chǎng)人員對(duì)備自投裝置動(dòng)作事件記錄進(jìn)行檢查并記錄。

保安PCB 段備自投裝置調(diào)試（本次調(diào)試驗(yàn)證邏輯：當(dāng)#2機(jī)組380V 保安PCB 段母線失壓且#1機(jī)組380V 保安PCB 段母線電壓正常時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自合）：運(yùn)行人員操作將保安PCB 段聯(lián)絡(luò)刀閘41B2B1及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)41B2B 送入工作位置；由集控運(yùn)行人員遠(yuǎn)方DCS 操作跳#2機(jī)保安PC2B 段工作電源開(kāi)關(guān)42B15檢查備自投裝置及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況；由集控運(yùn)行人員就地操作備自投裝置“手動(dòng)切換”按鈕，檢查備自投裝置及#2機(jī)保安PC2B 段工作電源開(kāi)關(guān)42B15動(dòng)作情況；由電氣維護(hù)人員對(duì)備自投裝置動(dòng)作事件記錄進(jìn)行檢查并記錄。

3.3 改造后保安電源系統(tǒng)的運(yùn)行方式及邏輯

3.3.1 改造后保安電源的運(yùn)行方式

在正常情況下，兩臺(tái)機(jī)組的保安電源系統(tǒng)原有的運(yùn)行方式不變，新增加的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)刀閘一直保持冷備用狀態(tài)。在一臺(tái)機(jī)組保安PC 失壓且柴油發(fā)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的極端情況下，在確認(rèn)保安PC段工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)和備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)均在分閘狀態(tài)下，運(yùn)行人員將新增加的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)刀閘送至工作位，手動(dòng)合上新增加的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)對(duì)失壓保安PC 段的供電，以此保障機(jī)組潤(rùn)滑油泵、盤車電機(jī)等保安電源設(shè)備的安全運(yùn)行和機(jī)組的緊急停運(yùn)。

3.3.2 改造后保安電源系統(tǒng)的邏輯

保安電源可在集控室DCS 進(jìn)行合閘控制，可在就地進(jìn)行跳合閘控制。保安電源系統(tǒng)根據(jù)380V 保安PC 段的電壓進(jìn)行自動(dòng)跳、合閘。

柴油發(fā)電機(jī)及其出口開(kāi)關(guān)邏輯（以1號(hào)柴油發(fā)電機(jī)為例）：當(dāng)1號(hào)機(jī)380V 保安PC 任意一段母線失壓時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)自啟，在12秒內(nèi)建立額定電壓后其出口開(kāi)關(guān)471閉合，如失壓段保安PC 進(jìn)線開(kāi)關(guān)和1號(hào)、2號(hào)機(jī)組380V 保安段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均為分閘位時(shí)，則柴油發(fā)電機(jī)至失壓段保安PC 段備用電源開(kāi)關(guān)自合，對(duì)保安段進(jìn)線供電；如失壓段保安PC 進(jìn)線開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)任一處于合閘位置時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)至失壓段保安PC 段備用電源開(kāi)關(guān)不閉合。

1號(hào)、2號(hào)機(jī)組380V 保安段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的邏輯：當(dāng)1號(hào)或2號(hào)機(jī)組380V 保安PCA 段任一母線失壓且另一段母線電壓正常時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自合；當(dāng)1號(hào)和2號(hào)機(jī)組380V 保安PCA 段母線同時(shí)失壓時(shí)，閉鎖聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘；當(dāng)1號(hào)或2號(hào)機(jī)組380V 保安PCA 段工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)或備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)處于合閘位置時(shí)，閉鎖聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘；1號(hào)和2號(hào)機(jī)組380V 保安PCB段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)邏輯與380V 保安PCA 段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)邏輯相同。

當(dāng)保安段工作電源正常后，手動(dòng)停柴油發(fā)電機(jī)組及斷開(kāi)有關(guān)保安段備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)，然后投入保安段工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)。在手動(dòng)啟動(dòng)方式時(shí)合上柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速、電壓達(dá)到額定值時(shí)合柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)。若啟動(dòng)失敗，應(yīng)等待機(jī)組完全停止1～2分鐘后方可再次啟動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)保安電源系統(tǒng)的改造，使得在單臺(tái)機(jī)組廠用電失去時(shí)，可利用臨機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)失電機(jī)組保安電源的無(wú)時(shí)限切換。極大地提高了保安電源的可靠性，同時(shí)，將柴油發(fā)電機(jī)組作為保安電源的最后一道防線，真正體現(xiàn)了其保安電源的屬性。此保安電源接線方式的改造，一方面增加了大型火電機(jī)組保安電源系統(tǒng)供電的可靠性；另一方面詳細(xì)的安裝調(diào)試方案對(duì)于同類型機(jī)組保安電源系統(tǒng)改造調(diào)試也具有一定借鑒意義。