柴油發電機和保安電源系統調試

陳誠

（中國能源建設集團華中電力試驗研究院有限公司，湖南長沙 410000）

0.引言

發電機保安電源是指全廠停電時，為了保證汽輪機組順利停機，保證重要設備能夠運行，不至于損壞設備而設置的電源。柴油發電機及保安電源系統的PLC邏輯顯得至關重要，直接關系到柴油發電機及保安電源系統的可靠性。

1.采用柴油發電機作為保安電源

根據《火力發電廠設計技術規程》規定，容量為200MW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發電機。因此，柴油發電機電源成為各電廠的優先事項。保安電源手動帶負荷一次系統圖如圖1所示。

1.1 功能介紹

機組配置一臺1690kW柴油發電機組作為機組的事故保安電源，供電給柴油發電機配電盤。在柴油發電機配電盤之下連接有柴發電源進線開關1ZK及汽機保安A段、汽機保安B段、鍋爐保安A段、鍋爐保安B段、脫硫保安MCC的饋線開關2ZK。汽機鍋爐保安每段保安PC段由3路電源對其供電，正常情況下只合1路電源，汽機、鍋爐保安段及保安電源進線斷路器5ZK、4ZK、3ZK的控制均進入DCS系統。

汽機、鍋爐保安段PC兩回工作進線電源（A、B段各來一回）的備自投功能采用深圳國立智能設備開發有限公司生產的SID-409B型數字式備自投裝置實現，可通過DCS發備自投切換命令給備自投裝置實現兩個工作進線電源之間的并聯切換，這里不做詳細的介紹；汽機、鍋爐保安PC的工作與保安電源進線兩者間正常切換或全廠停電后由柴油發電機給保安段供電后恢復到工作電源1或電源2的同期功能由柴油發電機組控制盤PLC和柴油發電機控制器實現；脫硫保安MCC正常由工作電源供電，自動模式下失壓后啟動柴油發電機，柴發啟動正常后自動合1ZK，可直接通過脫硫保安饋線開關對脫硫保安MCC供電。柴油發電機組及保安電源系統相關的PLC邏輯由泰豪電源技術有限公司提供[1]。

1.2 柴油發電機啟停試驗

柴油發電機的啟停方式分為自動啟動、控制室DCS遠方啟/停、控制室‘緊急啟動’、就地手動啟/停4種方式，各種方式間轉換通過就地控制柜上的操作按鈕來實現。柴油發電機就地控制柜上的操作按鈕分為‘停機’‘手動’‘自動’‘試驗’4種方式。

（1）‘自動’方式。啟動柴發的正常工作方式，可通過控制室DCS遠方啟/停及緊急啟動柴油發電機，也可以通過保安電源失壓聯鎖啟動柴油發電機。（2）‘手動’方式。通過就地控制柜上‘啟動’‘停機’按鈕，控制柴油發電機的啟/停。（3）‘停機’方式。停止柴油發電機運行并閉鎖柴油發電機的遠方操作。（4）‘試驗’方式。就地啟動柴油發電機，柴發啟動正常后就地合上柴發出口開關1ZK，當3ZK對應的聯鎖開關投入后，在PLC控制柜先后按3ZK合閘按鈕兩次后同期合上對應的3ZK開關，柴油與保安電源系統同期并列。

1.2.1 柴油機就地啟/停

（1）在柴油發電機PLC控制柜選擇‘手動’方式；（2）按下柴油發電機本體控制柜上‘啟動’按鈕；（3）檢查柴油發電機啟動，發電機電壓、頻率正常；（4）按下柴油發電機本體控制柜上‘停運’按鈕；檢查柴油發電機停止運行。

1.2.2 柴油發電機在DCS啟/停

（1）在柴油發電機PLC控制柜上選擇‘自動’方式；（2）單擊DCS畫面上的柴油發電機，在彈出的柴油發電機組操作畫面中單擊‘啟動’；（3）檢查柴油發電機啟動，發電機電壓、頻率正常；（4）延時自動合發電機出口開關1ZK；（5）檢查柴油發電機配電盤母線電壓、頻率正常；（6）在DCS柴油發電機組操作畫面中單擊‘停止’；（7）自動跳開發電機出口開關1ZK，經過冷卻時間后柴油發電機停止運行。

1.2.3 柴油發電機通過控制室內‘緊急啟動’按鈕啟動

（1）在柴油發電機PLC控制柜上選擇‘自動’方式；（2）按下控制室內‘緊急啟動柴油發電機’按鈕；（3）檢查柴油發電機啟動，發電機電壓、頻率正常；（4）延時自動合發電機出口開關1ZK；（5）檢查柴油發電機配電盤母線電壓、頻率正常；（6）單擊DCS畫面上的柴油發電機，在彈出的柴油發電機組操作畫面中單擊‘停止’；（7）自動跳開發電機出口開關1ZK，經過冷卻時間后柴油發電機停止運行。

1.3 保安電源自動邏輯試驗（以汽機保安A段為例）

1.3.1 模擬開關偷跳，備用電源自投試驗

（1）柴油發電機方式選擇開關置于‘自動’方式；（2）確認5ZK2開關在合位，4ZK2開關在分位，2ZK2開關在合位，備自投裝置退出運行，汽機保安A段電壓正常；（3）拉開5ZK2開關，模擬汽機保安A段失電，即主電源失電；（4）柴油發電機組接收汽機保安A段失壓信號，自動啟動柴油發電機；（5）柴油發電機建壓正常后合柴油發電機出口開關1ZK，PLC確認5ZK2和4ZK已分開，延時2s自動合3ZK2，由柴油發電機給汽機保安A段供電。檢查以上開關動作正常、柴油發電機建壓正常、保安PC段電壓正常、汽機保安A段電壓正常。此項調試完成。當汽機保安A由汽機PC B段供電時，重復以上4個步驟，完成此項調試。

1.3.2 汽機保安A段由備用供電恢復至正常運行方式的試驗

（1）調試工作接上述備用電源自投試驗進行；（2）確認汽機PC A段電壓正常，汽機PC B段電壓正常；（3）就地解除5ZK2或4ZK2的聯鎖開關，由DCS選擇汽機保安A段恢復工作電源1或2指令，由柴油發電機控制盤PLC同期合上5ZK2或4ZK2，對汽機保安A段恢復供電，恢復成功后，自動延時20s跳開3ZK2斷路器；（4）完成電源恢復，就地退出5ZK2或4ZK2的聯鎖開關，此項調試完成。

（1）汽機保安A段工作電源事故（失壓）退出運行，備用電源自投試驗柴油發電機方式選擇開關置于‘自動’方式；（2）確認5ZK2（4ZK2）開關在合位，4ZK2（5ZK2）開關在分位，2ZK2開關在合位，備自投裝置退出運行，汽機保安A段電壓正常；（3）拉開汽機PCA（B）段400V工作電源進線開關，汽機PCA（B）段失壓，汽機保安A段失電，即主電源失電；（4）自動啟動柴油發電機，建壓完成后自動合柴發主開關1ZK；（5）PLC判斷汽機保安A段仍失電，汽機保安A段工作電源進線1斷路器5ZK2在合位（分位）、工作電源進線2斷路器4ZK2在分位（合位），2ZK2開關在合位PLC跳開5ZK2（4KZ2），合3ZK2，對汽機保安A段供電，完成此項調試。

汽機保安B段、鍋爐保安A、B段備用電源自投及恢復到工作電源1或2供電試驗，參照上述步驟執行，這里不做介紹。

1.4 柴發在‘試驗’方式下，保安段備用電源正向并網試驗

汽機保安A段備用電源正向并網試驗。（1）柴油發電機方式選擇開關置于‘試驗’方式；（2）確認5ZK2（4ZK2）開關在合位，4ZK2（5ZK2）開關在分位，2ZK2開關在合位，備自投裝置投入運行，汽機保安A段電壓正常；（3）使3ZK2的聯鎖開關至退出位置；（4）就地啟動柴油發電機，當柴油發電機啟動正常后，就地合上1ZK；（5）柴油發電機PLC控制柜按下3ZK2合閘按鈕，同期繼電器動作，再次按下3ZK2合閘按鈕2s，同期合3ZK2，并網成功后在PLC柜按3ZK2跳閘按鈕，跳開3ZK2，投入3ZK2的聯鎖開關，此項調試完成。（6）汽機保安B段備用電源、鍋爐保安A、B段正向并網試驗參照上述步驟執行。

1.5 柴油發電機‘手動’方式下帶負荷試驗

（1）柴油發電機方式選擇開關置于‘手動’方式；（2）就地啟動柴油發電機、啟動正常后就地合1ZK；（3）汽機保安A、B段備自投閉鎖投入；（4）跳開汽機PC A段工作電源進線開關，并將開關置于試驗位置；（5）汽機PC的母聯開關置于試驗位置；（6）跳開汽機PC B段工作電源進線開關，并將開關置于試驗位置；（7）汽機PC的母聯開關置于試驗位置；（8）遠方合上備用進線開關3ZK2、3ZK1，通過保安工作電源開關把柴油發電機的電倒送到汽機PCA/B段，啟動保安段及PC段負荷；（9）跳開鍋爐PC A段工作電源進線開關，并將開關置于試驗位置；（10）鍋爐PC的母聯開關置于試驗位置；（11）跳開鍋爐PC B段工作電源進線開關，并將開關置于試驗位置；（12）鍋爐PC的母聯開關置于試驗位置；（13）遠方合上備用進線開關3ZK4、3ZK3，通過保安工作電源開關把柴油發電機的電倒送到鍋爐PCA/B，啟動保安段及PC段負荷；（14）帶負荷完成，恢復到原來的正常運行狀態，此項調試完成。

對圖1數據進行分析：在柴油發電機手動帶負荷將DCS顯示的數據和就地指示的數據進行對比，基本一致，DCS的設置正確；帶負荷時柴油發電機的有功功率為536.8kW，發電機B相電流為927.5A柴發出口開關的有功功率為535.6kW，電流為919.5A柴發配電盤4個饋線的電流和為920.8A，4個備用分支的有功功率總和為529.1kW，4個備用分支的電流和為913.2A，柴油發電機出口電壓與各母線電壓依次減小，試驗數據在誤差允許的范圍內，柴油發電機手動帶負荷檢查各電氣量正常[2]。

2.調試中發現的問題

（1）柴油發電機出口開關1ZK1（柴發配電盤電源進線開關）到柴油就地PLC少一對合閘位置反饋，否則PLC不能判斷1ZK1已合上。處理結果：設計增加該信號到柴發本體控制柜，再轉接到PLC控制柜，設計院在原設計圖更改了設計圖紙及對應的接線位置。

（2）沒有設計柴油發電機配電段母線‘無壓’去柴油發電機PLC的信號，PLC取反后作為柴油發電機配電段帶電后‘有壓’的判據。處理結果：取消柴油發電機配電段的母線一次電壓去柴油發電機控制盤的四芯電壓線，PLC內部不需要采柴油配電段的母線電壓作為邏輯判據，將此電纜的兩芯改為柴油發電機配電盤母線‘無壓’去PLC信號，設計院按廠家圖紙變更了設計圖紙。

（3）脫硫保安MCC的問題。原因分析：脫硫是另一家設計院設計的，按原設計要求，脫硫保安MCC應該是3個電源開關，兩個工作電源開關，一個備用電源開關，實際到貨為兩路電源供電，并配有ATS自動切換裝置，柴油電源作為脫硫MCC的備用電源，脫硫PC的工作電源在ATS設置優先級。處理結果：取消脫硫保安MCC的進線1電壓、進線2電壓、母線電壓去柴發PLC的一次電壓線，只保留脫硫保安MCC母線失壓啟動柴油發電機的二次線，取消DCS到PLC脫硫PC A和PCB段恢復工作電源的同期指令。

（4）DCS到PLC的同期指令和同期電壓設計不滿足實際要求的問題：DCS到PLC的同期指令不滿足要求。原因分析：從DCS到PLC的4對同期指令分別為汽機PCA段、PCB段、鍋爐PCA段和PCB段恢復工作電源同期指令，該指令用于保安段失電由柴油發電機帶保安負荷后，市電正常后恢復到工作電源供電，實際有8個工作電源開關，顯然不滿足要求。處理結果：取消DCS去柴發PLC的柴油發電機啟動逆向切換指令，自動模式下同期恢復4段汽機、鍋爐保安段供電指令由4個改為8個指令，確保在市電恢復后都可以由DCS單獨發出其中任一個恢復電源指令完成保安電源由柴油機對保安段供電同期切換到工作電源供電，同期電壓繼電器也由原來的4個改為8個同期繼電器，廠家出變更圖紙，現場按圖紙改好同期電壓的一次線。

（5）自動狀態下啟動過程中出現過電壓導致啟動失敗的問題。原因分析：柴油發電機本體控制器AVRD輸出，該參數應該根據機組特性修改，出廠默認設置為50%，因為這個AVR調壓板是模擬量調壓，設置不合理可能在啟動時柴油發電機端電壓會過高，過電壓保護動作導致柴油發電機啟動失敗。處理結果：將柴油發電機本體控制器AVRD輸出由50%改為40%，因為這個AVR調壓板是模擬量調壓，啟動時會有一定的誤差，因此這個值是調試過程中根據機組特性修改的。修改該參數后，多次啟動柴油發電機未出現過電壓導致啟動失敗的問題。

3.這種設計的優點

（1）兩個工作電源之間通過備自投裝置可以實現并聯切換。汽機鍋爐保安A/B四段每段由電源三路供電，正常運行時由其中任一工作電源1或2供電，每段在PCA的電源1開關柜上設有備用電源自投裝置，運行時備自投投入，由DCS發手動切換可實現兩個工作電源之間的并聯切換，提供供電的可靠性。

（2）設計合理、聯鎖完備。柴油發電機出口開關1ZK只能由柴油發電機本體或PLC控制柜滿足合閘條件后來合閘，柴油發電機故障聯跳1ZK。2ZK、3ZK、4ZK、5ZK工作位DCS或柴油發電機控制盤按鈕或自動合閘和跳閘，開關柜合閘只允許試驗位合閘。汽機鍋爐保安電源饋線開關2ZK與備用進線開關3ZK有硬接線閉鎖，2ZK合閘允許合3ZK，2ZK分閘聯跳3ZK，正常運行時2ZK必須在工作位置合閘狀態，遠方。備用進線3ZK與工作進線1和2即5ZK和4ZK之間有硬接線閉鎖，設有聯鎖投入，退出切換開關，工作進線1或2合閘位置或保護動作閉鎖合備用進線，備用進線合位或保護動作閉鎖合工作進線1和2合閘，正常運行時3ZK、4ZK、5ZK聯鎖開關時投入，正常狀態下由工作電源帶保安負荷，工作電源失電，由柴油發電機帶保安負荷。

（3）“自動”方式下多種方式啟動柴油發電機，保安段失壓后可由柴油發電機帶保安負荷。“自動”方式下可以在DCS、集控室操作臺、柴油發電機本體控制柜、柴油發電機PLC顯示屏啟動柴油發電機；汽機鍋爐保安A/B段、脫硫保安MCC任一段失壓可自動啟動柴油發電機，柴油發電機啟動正常后，PLC自動合柴油發電機出口主開關1ZK，判斷柴油發電機配電盤母線電壓正常，此時保安母線仍失壓，PLC跳開工作電源1或2，并確認電源1、2全部跳開，延時合上備用電源進線3ZK，保安段由柴油發電機供電。市電恢復后，退出對應的4ZK或5ZK的聯鎖退出開關，DCS上單擊恢復保安電源電源1或2的按鈕，柴油發電機PLC接收到恢復工作電源同期命令后，啟動柴油發電機本體的同期裝置，滿足條件后同期合上對應的5ZK或4ZK開關，恢復成功后，3ZK延時20s自動跳開。

（4）“試驗”方式下實現柴油發電機與保安段母線并車。“試驗”方式下柴油發電機PLC控制柜啟動柴油發電機，啟動正常后，在柴油發電機本體柜按發電機出口開關1ZK合閘按鈕，手動合上1ZK，確認母線帶電后，解除3ZK的聯鎖開關后在柴油發電機PLC控制盤按下其中一個3ZK的合閘按鈕，柴油發電機同期裝置啟動，滿足條件后同期合上對應的3ZK開關，并網成功后可與PC段搶負荷。

（5）“手動”方式下實現人為將柴油發電機電源送至PC段。“手動”方式在滿足試驗條件下，斷開PC段工作電源開關并放置試驗位置，通過柴油發電機把電送到PC工作段，啟動PC段負荷，讓柴油發電機盡可能帶負荷，可以檢查發電機帶負荷能力及后臺與就地模擬量的正確性。

4.運行建議

自動方式下不定期地在DCS上啟動柴油發電機，確保柴油發電機能正常可靠啟動；柴油發電機空載運行時間不超過半小時。柴油發電機達到廠家規定的運行時間應及時保養，更換廠家指定的機油、添加冷卻水等。

5.結語

通過對一臺660MW燃煤機組的柴油發電機及保安電源系統的功能進行必要的試驗和整體調試，特別是對柴油發電機的自動方式、手動方式和試驗方式的邏輯進行論證，對調試中發現的問題進行分析和處理，全面考察該系統設備的設計、安裝質量，了解系統設備的運行特性，以便保安電源系統能夠長期、安全和穩定地運行，滿足機組對保安電源的要求。