某电厂保安电源系统改造的可行性探讨

张鉴斌

摘要： 本文在某电厂新建机组的保安电源基础上提出了一种新的保安电源形式，并对其可行性加以分析探讨。

Abstract： In this paper， a new security power supply form is proposed based on the security power supply of the newly built unit and its feasibility is analyzed.

关键词： 柴油发电机组；保安电源；供电可靠性

Key words： diesel generator；security power supply；power supply reliability

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）12-0021-02

0 引言

近些年，大容量的发电机组逐渐成为我国电力系统的主力电源。作为系统中重要的电力生产环节，大型发电厂的安全、稳定运营将为电力系统安全运行提供有力保障。由于突发事件的不可预见性，发电厂有时也会发生因全厂停电造成设备损坏的重大事故。为了保证大容量机组安全停机和尽快启动并网发电，在大型火力发电厂都设置有应急保安电源。

一般厂用保安电源有两种基本形式，一种是采用柴油发电机组作为机组的保安电源，另一种是利用厂外（或其他机组）独立电源作为机组保安电源。柴油发电机组作为一个完全独立的系统，受电力系统等因素影响较小，这是其被广泛选作机组保安电源的主要原因；但是在实际应用中，由于柴油机长期处于静止状态以及日常管理、维护、保养的不到位、寒冷环境下冷却水和燃料的防冻问题等原因，使得柴油机作为保安电源在事故时的经常存在启动故障的问题，这是其主要缺点。另外，事故情况下即使柴油发电机组自启动成功，但是其启动时间过长（约5-15s），机组的保安段会短暂失电。厂外独立电源的优点是可以长期处于热备用状态，事故时立即投入，事故过程中保安电源的短暂失电时间缩短，但其缺点是厂外独立电源并不能完全独立于外部电力系统，在外部系统发生严重故障情况下也将难以保证，一旦厂外独立电源失电，将面临保安段无备用电源的严重后果。如果综合这两种形式的优点，以厂外独立电源作为第一保安电源，柴油发电机组可作为第二保安电源，采取这两种方式作为保安电源的备用电源，既可以缩短事故状态下保安段失电时间，又极大地提高事故状态下的供电可靠性。目前在国内火力发电厂设计中，以柴油发电机组为机组保安电源的发电机组一般采用一台机组配一套柴油发电机组的接线方式。针对前面所述的柴油发电机组存在自启动的“可靠性”以及外供独立用电源的“不独立性”的问题，可以将对应于各机组的柴油发电机组系统改造成为一台机组配两台柴油发电机组互为备用的接线方式，提高柴油发电机自启动和供电的可靠性。为了提高保安电源的可靠性，可以考虑以厂外独立电源作为第一保安电源，柴油发电机组可作为第二保安电源，两台机组的柴油发电机组系统互为备用，组成新的保安电源系统。以某电厂的保安电源系统为例，对新的保安电源系统的可行性进行进一步探讨。

1 原保安电源系统

某电厂现建1号机组保安电源设400V机用保安11段、机用保安12段、炉用保安11段、炉用12段、柴保10段。机用11段作为机用保安11段的工作电源，机用12段作为机用保安11段的备用电源；机用11段作为机用保安12段的备用电源，机用12段作为机用保安12段的工作电源；炉用11段作为炉用保安11段的工作电源，炉用12段作为炉用保安11段的备用电源；炉用11段作为炉用保安12段的备用电源，炉用12段作为炉用保安12段的工作电源。柴油发电机组的控制以及机用、炉用保安段的电源切换逻辑是通过PLC来实现。保安电源系统一次接线图如图1所示。

2 新保安电源系统

新保安电源系统由厂外独立电源、两台互为备用的柴油发电机组组成。厂外独立电源有电时，以厂外独立电源为第一保安电源，两台互为备用的柴油发电机组为第二保安电源，保安MCC段失电，工作电源向备用电源切换同时启动设为“主”的柴发，若切换失败则优先由保安变供电，在保安变失电的情况再由设为“主”的柴发给保安MCC供电。以下从厂外独立电源和互为备用的柴油发电机组角度对新保安电源系统加以介绍。

2.1 独立的厂外电源

2.1.1 一次系统 某厂新建项目的500kV电源系统与原老厂的220kV电源系统属于相对独立的两个电源系统，以老厂的高备变作为备用电源，利用现有的临时6kV开关室内的6kV开关以及到新厂6kV系统的电缆转接柜之间的电缆，在6kV电缆转接柜处直接引电缆至新增设计的变比为6000/400V的保安变高压侧。图2中，虚线框内的高备变和保安变作为保安电源系统的独立厂外电源。

2.1.2 系统功能 柴油发电机组在自动状态，PLC检测到保安MCC段失电，工作电源向备用电源切换，同时柴油发电机组自启（不合柴发出口开关）；若切换失败，检测到保安段有正常电压后自动合保安变到柴保段的馈线开关，柴油发电机组停机；若合闸失败，则依次合柴油发电机出口开关和柴发到保安MCC段的馈线开关。

2.1.3 注意问题 柴发PLC系统除具备机组保安电源失电自启动和同期恢复功能之外还需监视保安段电压是否正常，对保安段到柴保段馈线开关的分、合操作，增加保安电源失电后保安变优先供电的功能。保安MCC段恢复正常电源时需要PLC进行同期合相应开关，由于保安变电源是电压相对不可控的电源，使用保安变电源时同期的整定值需要考虑到保安变电源与厂用电源之间的初始角差。

2.2 互为备用的柴油发电机组

2.2.1 一次系统介绍 利用两台机组的柴油发电机组，将两台柴油发电机组通过隔离开关、电源开关及电缆互联实现互为备用，如图2所示。endprint

2.2.2 系统功能 将1号柴油发电机组设为“主”，2号柴油发电机组设为“备”，设为“主”的柴油发电机组可以给2台机组失电的保安MCC段供电，设为“备”的柴油发电机组在“主”柴油发电机组故障、容量不够或者联络开关故障的情况下启动给失电的保安MCC段供电。1号柴油发电机组在自动状态，保安段失电，PLC检测到本机组的一段保安MCC段失电，工作电源向备用电源切换，同时1号柴油发电机组自启和合柴发出口开关；若切换失败或检测备用电源进线无压则不合备用电源开关，合柴油发电机保安MCC段馈线开关，柴油发电机组给保安MCC段供电。若此时2号柴油发电机组的保安MCC段失压，2号机组柴发PLC检测到失压信号则发指令给1号机组柴发PLC合1、2号柴油发电机组之间的联络开关；若合闸失败则2号柴油发电机组启动，若合闸成功则在2号柴油发电机组的工作电源与备用电源切换失败后，合2号柴油发电机保安MCC段馈线开关，对2号机组的保安MCC段供电。若一台柴油发电机组供两台机组保安段容量不足，则启动邻机柴油发电机组实现两机并联供电。若1号柴油发电机组在收到PLC启动指令后自启失败，则启动2号柴油发电机组以及合柴发出口开关，电压正常后合1、2号柴油发电机组之间的联络开关。若1号机组保安MCC段的工作电源与备用电源切换失败后，1号机组的保安MCC段由2号柴油发电机组供电。

2.2.3 注意问题 本机PLC除具备独立完成本机组保安电源失电自动启动和同期恢复全部功能外，还设有启动失败后禁止本机启动并顺序启动另一台机组柴油发电机以及向本机保安段送电功能，还可以对两机之间的联络开关进行分、合操作，并增加柴油发电机出口开关的同期功能。此外两台机组的柴发PLC要通过通讯互联的方式实现开关状态、相关报警信息的共享。

3 结论

综上所述，发电厂保安电源除了依靠柴油机以外，还应根据各厂的具体情况，引入其它较可靠的电源作为备用，来提高发电厂保安电源的可靠性和灵活性。同时，备用电源仍然不能完全替代柴油机组的作用。因此除了通过改造和优化设计来提高发电厂保安电源的可靠性和灵活性，还应加强柴油机组的维护和定期试验，及时消除设备缺陷，确保随时都有良好的工况，以保证发电机组故障时正常停机。采用新的保安电源系统，可以大大提高机组的保安电源安全、可靠性。

参考文献：

[1]DL/T-5153-2002，火力发电厂厂用电设计技术规定[S].

[2]DL 5000-2000，火力发电厂设计技术规程[S].

[3]兀鹏越.600MW机组保安电源特点分析及调试[J].电气技术，2010，11.

[4]吕兴兵.火电厂应急柴油发电机组控制系统改造[D].武汉大学硕士学位论文，2005.endprint

2.2.2 系统功能 将1号柴油发电机组设为“主”，2号柴油发电机组设为“备”，设为“主”的柴油发电机组可以给2台机组失电的保安MCC段供电，设为“备”的柴油发电机组在“主”柴油发电机组故障、容量不够或者联络开关故障的情况下启动给失电的保安MCC段供电。1号柴油发电机组在自动状态，保安段失电，PLC检测到本机组的一段保安MCC段失电，工作电源向备用电源切换，同时1号柴油发电机组自启和合柴发出口开关；若切换失败或检测备用电源进线无压则不合备用电源开关，合柴油发电机保安MCC段馈线开关，柴油发电机组给保安MCC段供电。若此时2号柴油发电机组的保安MCC段失压，2号机组柴发PLC检测到失压信号则发指令给1号机组柴发PLC合1、2号柴油发电机组之间的联络开关；若合闸失败则2号柴油发电机组启动，若合闸成功则在2号柴油发电机组的工作电源与备用电源切换失败后，合2号柴油发电机保安MCC段馈线开关，对2号机组的保安MCC段供电。若一台柴油发电机组供两台机组保安段容量不足，则启动邻机柴油发电机组实现两机并联供电。若1号柴油发电机组在收到PLC启动指令后自启失败，则启动2号柴油发电机组以及合柴发出口开关，电压正常后合1、2号柴油发电机组之间的联络开关。若1号机组保安MCC段的工作电源与备用电源切换失败后，1号机组的保安MCC段由2号柴油发电机组供电。

2.2.3 注意问题 本机PLC除具备独立完成本机组保安电源失电自动启动和同期恢复全部功能外，还设有启动失败后禁止本机启动并顺序启动另一台机组柴油发电机以及向本机保安段送电功能，还可以对两机之间的联络开关进行分、合操作，并增加柴油发电机出口开关的同期功能。此外两台机组的柴发PLC要通过通讯互联的方式实现开关状态、相关报警信息的共享。

3 结论

综上所述，发电厂保安电源除了依靠柴油机以外，还应根据各厂的具体情况，引入其它较可靠的电源作为备用，来提高发电厂保安电源的可靠性和灵活性。同时，备用电源仍然不能完全替代柴油机组的作用。因此除了通过改造和优化设计来提高发电厂保安电源的可靠性和灵活性，还应加强柴油机组的维护和定期试验，及时消除设备缺陷，确保随时都有良好的工况，以保证发电机组故障时正常停机。采用新的保安电源系统，可以大大提高机组的保安电源安全、可靠性。

参考文献：

[1]DL/T-5153-2002，火力发电厂厂用电设计技术规定[S].

[2]DL 5000-2000，火力发电厂设计技术规程[S].

[3]兀鹏越.600MW机组保安电源特点分析及调试[J].电气技术，2010，11.

[4]吕兴兵.火电厂应急柴油发电机组控制系统改造[D].武汉大学硕士学位论文，2005.endprint

2.2.2 系统功能 将1号柴油发电机组设为“主”，2号柴油发电机组设为“备”，设为“主”的柴油发电机组可以给2台机组失电的保安MCC段供电，设为“备”的柴油发电机组在“主”柴油发电机组故障、容量不够或者联络开关故障的情况下启动给失电的保安MCC段供电。1号柴油发电机组在自动状态，保安段失电，PLC检测到本机组的一段保安MCC段失电，工作电源向备用电源切换，同时1号柴油发电机组自启和合柴发出口开关；若切换失败或检测备用电源进线无压则不合备用电源开关，合柴油发电机保安MCC段馈线开关，柴油发电机组给保安MCC段供电。若此时2号柴油发电机组的保安MCC段失压，2号机组柴发PLC检测到失压信号则发指令给1号机组柴发PLC合1、2号柴油发电机组之间的联络开关；若合闸失败则2号柴油发电机组启动，若合闸成功则在2号柴油发电机组的工作电源与备用电源切换失败后，合2号柴油发电机保安MCC段馈线开关，对2号机组的保安MCC段供电。若一台柴油发电机组供两台机组保安段容量不足，则启动邻机柴油发电机组实现两机并联供电。若1号柴油发电机组在收到PLC启动指令后自启失败，则启动2号柴油发电机组以及合柴发出口开关，电压正常后合1、2号柴油发电机组之间的联络开关。若1号机组保安MCC段的工作电源与备用电源切换失败后，1号机组的保安MCC段由2号柴油发电机组供电。

2.2.3 注意问题 本机PLC除具备独立完成本机组保安电源失电自动启动和同期恢复全部功能外，还设有启动失败后禁止本机启动并顺序启动另一台机组柴油发电机以及向本机保安段送电功能，还可以对两机之间的联络开关进行分、合操作，并增加柴油发电机出口开关的同期功能。此外两台机组的柴发PLC要通过通讯互联的方式实现开关状态、相关报警信息的共享。

3 结论

综上所述，发电厂保安电源除了依靠柴油机以外，还应根据各厂的具体情况，引入其它较可靠的电源作为备用，来提高发电厂保安电源的可靠性和灵活性。同时，备用电源仍然不能完全替代柴油机组的作用。因此除了通过改造和优化设计来提高发电厂保安电源的可靠性和灵活性，还应加强柴油机组的维护和定期试验，及时消除设备缺陷，确保随时都有良好的工况，以保证发电机组故障时正常停机。采用新的保安电源系统，可以大大提高机组的保安电源安全、可靠性。

参考文献：

[1]DL/T-5153-2002，火力发电厂厂用电设计技术规定[S].

[2]DL 5000-2000，火力发电厂设计技术规程[S].

[3]兀鹏越.600MW机组保安电源特点分析及调试[J].电气技术，2010，11.

[4]吕兴兵.火电厂应急柴油发电机组控制系统改造[D].武汉大学硕士学位论文，2005.endprint