保安电源系统控制技术及应用

马洪涛

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100160)

1 西塞山工程项目概况

湖北华电西塞山发电有限公司2×680 MW机组工程由中国华电工程(集团)有限公司进行工程总承包建设。根据业主要求，2台机组分别于2010年12月和2014年4月顺利通过168 h满负荷试运，至此项目建设工作基本完成。

2 原保安电源系统控制技术方案

(1)根据GB 50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》的要求，该工程对机组分别设置快速启动的柴油发电机组作为交流保安电源。

(2)根据DL/T 5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》的要求，该工程的保安电源接线采用暗备用动力中心接线方式，保安母线段接自本机组的2段动力中心互为自投，当确认2段动力中心都失电后才能启动柴油发电机组。

(3)根据DL/T 5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》的要求，该工程柴油机厂家提供了自动和手动控制装置，自动控制装置为丹福BGCL控制器，由可编程控制器(PLC)、操作显示设备及各种传感器、继电器等组成。

(4)在与柴油发电机厂家签署的技术协议中，要求柴油机自动控制装置的控制功能包括在动力中心故障时自动启动柴油机、自动切换发电机和动力中心主开关。在动力中心恢复时，由发电机开关自动切换到动力中心开关。柴油机自动控制装置的控制范围除了包括柴油发电机组和保安动力中心(PC)段外，还应包括保安马达控制中心(MCC)各段的工作和备用电源进线开关等。

3 原技术方案实施中遇到的问题

西塞山工程项目的保安电源技术方案对柴油及制造厂的技术要求都属于常规要求，已有多年的实施经验。但在首台机组调试的3个月内，保安电源系统的控制功能始终无法正常投入使用，尤其是在机组整套启动阶段，在机组动力中心正常工作的情况下，柴油发电机组频繁启、停并经常切除正常工作的动力中心进线开关，这些问题严重困扰了项目各相关方的电气技术人员，也干扰了机组整套启动阶段的各项工作安排。

经过综合分析发现，在机组整套启动阶段，机组动力中心存在严重的电压谐波扰动问题。动力中心母线电压的录波形态如图1所示。

图1 动力中心母线电压的录波图

根据GB 50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》中要求，火力发电厂厂用电系统的电能质量在正常工作情况下，交流母线的各次谐波电压含有率不宜大于3%，电压总谐波畸变率不宜大于5%。

由图1中的录波图形可见，电厂内380 V动力中心母线电压存在的电压总谐波畸变率已达到20%，远超电能质量限制要求。在原技术方案中，由柴油机厂家提供的自动控制装置无法适应380 V动力中心母线的电压谐波扰动，进而引起了保安电源控制装置失灵、柴油机频繁起停等问题。

4 保安电源系统控制新方案

根据上述出现的问题，笔者提出了保安电源系统控制新方案，新方案包括以下几个方面的问题。

4.1 保安电源接线形式

通过监测3路进线电源的电压、母线电压、开关投切状态和备投闭锁状态，对发电厂保安电源进行自动投切。3路进线分别为进线Ⅰ、进线Ⅱ和进线Ⅲ。进线Ⅰ和进线Ⅱ分别接入380 V动力中心电源，进线Ⅲ接入柴油发电机设备。3路进线上的投切开关依次为1ZKK，2ZKK和3ZKK，接线方式如图2所示。

图2 保安电源接线方式

4.2 以进线Ⅰ为主电源时，进线Ⅱ备用投入逻辑

当检测到开关1ZKK处于闭合状态时，另2路的开关2ZKK和3ZKK处于分位，2ZKK开关在工作位置，且母线与进线Ⅱ有电压，无备投闭锁时，进线Ⅱ进行备用充电并完成充电。当母线低电压时，跳闸1ZKK开关，跳闸成功后合闸2ZKK开关，实现进线Ⅱ的备用投入;当2ZKK开关处于合位或进线Ⅱ低电压或有备投闭锁时，进线Ⅱ进行放电，进线Ⅰ与进线Ⅱ备用投入逻辑如图3所示。

图3 进线Ⅰ与进线Ⅱ备用投入逻辑

4.3 柴油发电机设备的投入逻辑

当母线有电压、进线I或进线Ⅱ有电压，3ZKK开关处于工作位置分位状态时，当无备投闭锁时，柴油发电设备进行备用充电延时并完成充电。当母线、进线 I及进线Ⅱ均无电压，或母线无电压且1ZKK开关和2ZKK开关均在分位状态时，经延时发送启动柴油发电机的命令，检测到进线Ⅲ有电压后，先跳闸1ZKK开关和2ZKK开关，经延时发合闸3ZKK开关命令，实现进线Ⅲ的投入;当3ZKK开关处于合位或有备投闭锁状态时，进线Ⅲ进行放电。如图4所示。

4.4 进线恢复逻辑

图4 柴油发电机设备投入逻辑

当3ZKK开关在合位、1ZKK开关和2ZKK开关处于分位状态时，母线有电压，进线I或进线Ⅱ有电压，无备投闭锁时，进行进线恢复充电延时并完成充电。1ZKK开关在工作位置，进线I有电压时，跳闸3ZKK开关，跳闸成功后合闸1ZKK开关，完成进线I的恢复。当2ZKK开关在工作位置、进线Ⅱ有电压时，跳闸3ZKK开关，跳闸成功后合闸2ZKK开关，实现进线Ⅱ的恢复。当1ZKK或2ZKK开关处于合位状态或有备投闭锁时，进线Ⅰ或进线Ⅱ进行放电，如图5所示。

图5 进线恢复逻辑

4.5 以进线Ⅰ为主电源时，进线Ⅱ完成备用投入后的回切逻辑

当2ZKK开关处于闭合状态时，1ZKK开关和3ZKK开关处于分位状态，1ZKK开关处于工作位置状态，且母线与进线Ⅰ有电压，当无备投闭锁时，进线Ⅰ进行回切充电延时并完成充电;跳闸2ZKK开关，跳闸成功后合闸1ZKK开关，实现回切;当1ZKK开关处于合位或有备投闭锁状态时，进线Ⅰ进行放电。如图6所示。

图6 进线Ⅰ与进线Ⅱ的回切逻辑

5 结论

依据新技术方案，在西塞山工程项目中，首台机组的保安电源系统采用了全新的保安电源控制设备，在机组进入168 h满负荷试运前完成了整个保安电源系统控制部分更改，实现了柴油发电机的可靠控制和保安电源系统的可靠投运，为机组试运创造了安全保障的条件。

目前，该控制设备已被定型为PSP692U数字式进线自动投切装置，在西塞山发电有限公司投入运行时间已达3年以上;在2014年投产的第2台机组的保安电源系统中也得到了应用。根据该技术定型生产的“发电厂保安电源自动投切装置”于2011年10月5日获得实用新型专利(专利号 ZL 201120074695.X)。

新技术方案吸收并总结了国内外关于保安电源系统的相关技术理论，开拓并实践了一个新的保安电源系统控制方式，不仅满足了发电厂内电气系统特殊的电磁工作环境要求，也为今后电气设备如何避免电气系统谐波干扰提供了有效的借鉴。

［1］GB 50660—2011大中型火力发电厂设计规范［S］.

［2］DL/T 5153—2002火力发电厂厂用电设计技术规定［S］.

［3］GB/T 14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程［S］.