300 MW火电机组交流保安系统探讨

王雷鸣，林令知，师法民

（国核电力规划设计研究院，北京 100094）

0 引言

事故保安负荷即为保证机组安全停运，事故消除后能快速重新启动，或为防止危及人身安全等原因，需在全厂停电时继续供电的负荷。如果缺少事故保安电源，将引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或推迟恢复供电等严重后果。

大型机组在电力系统中居有重要地位，它直接关系到电力系统的稳定性和可靠性。保安电源作为保护电厂重要设备的最后防线，显得至关重要。保安电源的选择决定着整个保安电源系统的可靠性。DL 5000-2000《火力发电厂设计技术规程》第13.3.17条规定：“容量为200 MW及以上的机组，应设置交流保安电源。交流保安电源宜采用快速启动的柴油发电机组”。采用柴油发电机组作为电厂保安电源的最大优点是它独立性强，不受外界电网干扰，投资也比较省，只要产品质量过关，设计合理，运行维护得当，供电可靠性较高。当前，大型火电机组普遍采用专用柴油发电机组作为交流事故保安电源。

1 柴油机组作为保安电源的接线

1.1 采用自动转换开关的接线原理

以某2×300 MW电厂为例，介绍一种以柴油发电机作为保安电源的安全、可靠的接线方式。接线原理图见图1。

图1 保安电源接线原理图

图1为交流保安电源采用自动转换开关的接线方案。每台机组设置一台柴油发电机组和两路保安母线段，机组保安负荷分别接于保安MCCA段和MCCB段。保安MCCA（MCCB）段设有一路正常工作电源及两路备用电源。正常工作电源为工作PCA（PCB）段，PCB（PCA）段作为工作电源的一路备用电源，柴油发电机组作为另一路备用电源。保安MCCA（MCCB）段正常工作时自动转换开关1在工作PCA（PCB）侧，自动转换开关2在工作电源侧，当工作PCA（PCB）侧电源故障，自动转换开关1的控制器判断为事故断电，自动转换开关1延时（0～6 s）切换至工作PCB（PCA）段供电，同时启动柴油机。如果工作PCB（PCA）侧电压正常，则延时0～60 min停柴油机，若工作PCB（PCA）侧电源故障，自动转换开关2的控制器判断为事故断电，则自动转换开关2快速切换至柴油机侧。当柴油机组起动成功并具备带负荷条件时，保安负荷按各自的工艺连锁要求自动投入，非重要的保安负荷或允许较长时间中断供电的保安负荷可考虑延时自动投入或手动投入，以保证需瞬时投入的交流事故保安负荷的供电可靠性。

该接线的主要优点在于：保安母线段与单元厂用工作母线段呈对应设置，单元性强，任一保安母线段上的任一负荷回路故障而该回路保护设备拒动的情况下，则由该保安母线段进线开关动作切除故障，而不会影响另一段保安母线的供电，且负荷均匀接至两保安母线段上，即使跳掉一段保安母线，还有一半保安负荷继续工作，对互为备用的保安负荷将不会受到影响。

1.2 选用自动转换开关的技术优势

与传统的断路器切换电源的接线方式相比，火力发电厂交流保安电源设计采用自动转换开关接线在安全性、可靠性以及运行检修的便利性等方面更具优势。

在安全性方面，自动转换开关为电磁瞬间激励、机械保持结构，具有电气/机械双重互锁功能，完全避免了工作电源和备用电源的长期并联运行；在事故切换过程中，通过机械联锁可实现先断后合的串联切换，避免了柴油发电机投入故障线路，保证了切换过程的安全性。

在可靠性方面，自动转换开关的开关和控制器采用一体化装置，避免了孤立元件引起的可靠性问题。同时，整套设备需按国家相关标准进行出厂试验，设备的可靠性得到了比较充分的保证。

在运行检修的便利性方面，由于自动转换开关成套的控制器具备同期检测功能，试验时将自动进行先合后断切换，试验完成后，由切换开关自动完成先接后断切换，切换过程中不中断对保安段所带负荷的供电。整个试验过程操作简单，减少了人为误操作的风险。同时，自动转换开关运行方式灵活，也可根据运行需要采用先断后合切换方式。

2 柴油机容量的确定

柴油发电机组的长期允许容量应能满足机组安全停机最低限度连续运行负荷的需要。

2.1 柴油发电机组的负荷计算

采用换算系数法进行柴油发电机组负荷计算。负荷的计算原则与厂用变压器的负荷计算相同，但应考虑保安负荷的投运规律。容量计算原则为：对经常连续和不经常连续运行的负荷应计及全部容量；对经常短时和经常断续运行的负荷应计及一半的容量；对不经常短时和不经常断续运行的负荷不应计及容量。

负荷计算公式为 Sc=KΣP，Pc=Sccosφc，

式中：Sc为计算负荷看，kVA；ΣP为每个单元机组事故停机时，可能同时运行的保安负荷的额定功率之和，kW；K为换算系数，取0.8；Pc为计算负荷的有功功率，kW；cosφ为计算负荷的功率因数，可取0.86。

此电厂1号机组的保安计算负荷为616 kVA，选取，额定功率为550 kW，功率因数为0.8，额定容量为688 kVA的柴油发电机。

2.2 校验柴油发电机带负荷启动一台最大容量的电动机时的过负荷能力

发电机在热状态下，能承受150%Se，时间为15s。校验公式为

式中：PDm为最大电动机的额定功率，kW；Kq为最大电动机的起动电流倍数。

1号机组保安段上最大容量电动机为55 kW的顶轴油泵电机，代入公式有

2.3 校验柴油发电机的首次加载能力

要求制造厂保证柴油发电机的首次加载能力，不低于额定功率的50%。首次加载能力校验公式为

式中：ΣP″ed为首批加载的保安负荷额定功率之和，kW；KQ为起动负荷的电流倍数， 取5；cosφQ为起动负荷的功率因数，取0.4。

利用以上公式对1号柴油发电机组进行首批加载校验，证明了688 kVA的容量满足要求。

3 柴油机组作为保安电源需注意的事项

3.1 重视柴油发电机组

有些电厂认为机组台数多，全厂停电可能性不大，超过半小时的长时间全厂停电可能性更小。所以有的电厂取消了在柴油机房的专门值班人员，造成无人专门管理，平常也很少维护。因而柴油机组可靠性降低，关键时刻甚至运行不起来，起不到应急保安电源的作用。

3.2 加强对柴油发电机组蓄电池的维护

电厂运行人员往往只重视发电机控制设备部分和机械部分的维护和管理，而忽视对蓄电池的维护和管理，殊不知柴油发电机不能正常起动的原因很大程度就在于蓄电池。所以蓄电池的在线监测和定期检测非常重要，为此，必须对蓄电池组进行定期充放电测试，核对电池容量，及时发现和处理不良电池，保持蓄电池组的完好状态以及进行大电流放电的良好起动性能。

3.3 重视调试过程中发现的问题

通过调试考核柴油发电机系统一、二次设备的性能及质量，及时发现并排除缺陷，使柴油发电机系统安全顺利地投入运行，且其保护和快速切换功能能够满足运行要求，确保今后发电机投运能够顺利进行。

总之，选用合适的柴油发电机组，采用合理的布置方式，制定科学的运行管理办法，积极的运行维护和常抓不懈的管理手段是保证柴油发电机组可靠稳定运行的必要条件。

4 结束语

交流保安电源系统作为全厂停电或事故停机时，保证机组安全停运和设备、人身安全的交流电源系统，其重要性不言而喻。保安电源的接线方式，应结合工程的具体情况。根据保安负荷容量选取合适的柴油发电机后，还需在电厂正常运行时，加强对柴油发电机组的维护、管理工作，以保证在全厂停电时柴油发电机组能够顺利投运。