火电厂保安电源系统配置方案比较与分析

杨 娴

(国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽 合肥 230022)

火电厂保安电源系统配置方案比较与分析

杨 娴

(国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽 合肥 230022)

火力发电厂保安电源系统能确保机组在厂用电失去时安全停机和快速恢复供电，对机组的安全具有至关重要的作用。结合3个实例，比较了不同配置方案的保安电源系统的切换方式、控制逻辑、实现方式等，并分析了其各自的优缺点，以给保安电源系统的设计提供参考。

火电厂；保安电源；切换方式；控制逻辑

1 概述

火力发电厂的机组保安负荷在失去正常厂用电后，会直接危及机组安全，甚至导致永久性损坏，造成巨大的经济损失。根据电力行业标准DL/T 5000—2000《火力发电厂设计技术规程》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。”事故保安电源可在全厂停电或单元机组厂用系统失电的情况下，继续向汽轮机油泵等重要保安负荷供电，使机组安全停运。柴油发电机作为一个独立的系统，受电网、机组运行状况等因素干扰较少，当前被作为发电厂保安电源广泛选用。在正常或事故下的切换，保安电源应能保证保安负荷不失电或失电时间足够小，以确保机组正常运行或极端情况下

能安全停机。为实现上述功能，火电厂保安电源多采用一主一备双路供电，再配以柴油发电机。双路电源可以安全、快速地进行双向切换，以保障正常运行时的倒闸操作及单路失电时的事故切换，柴油发电机则作为最后的备用电源，在全厂均失电时启动。实际工程应用中，双路电源的正常/事故切换及启动柴油发电机等功能的实现方式多样，不同的方式各有优缺点。以下结合实例，对火电厂几种厂用保安电源系统的配置方案进行比较和分析，以确定综合性能最优的方案。

2 保安电源系统配置方案实例分析

2.1 DCS控制+PLC控制方式

淮南某电厂的保安电源配置如图1所示。

图1 采用DCS控制的保安电源配置

该电厂保安电源系统设有380 V保安A，B 2段。每段共有3路电源，第1路取自380 V工作A段；第2路取自380 V工作B段；第3路引自保安备用段，由柴油发电机供给，在全厂停电时启动，供安全停机使用。以保安A段为例，正常运行时，开关41113，41222和10030均保持合位，设置开关1007和1009，其中一个为主用，另外一个为备用。当设置1007为主用时，1007保持合位，1009保持分位。当主用电源失去时，即380 V工作A段母线失压时，判断备用电压正常后，自动跳1007开关、合1009开关。如备用电源也失去，保安A段失压，则自动启动柴油发电机、合1001开关、跳1009开关及合1003开关。其中，2路工作电源的手动及自动切换、保安段启动柴油发电机等逻辑，均由DCS完成。启动柴油发电机后，合柴油发电机进线开关1001、柴油发电机馈线开关1003及跳工作电源开关1007或1009，均由柴油发电机控制器中的可编程逻辑控制器PLC实现。

保安电源工作/备用手动及自动切换逻辑如图2所示。启动柴油发电机逻辑如图3所示。此种配置方案具有以下优点：

(1) 不需额外配置自动装置，大部分功能均由DCS现有设备及通道实现，不增加额外费用；

(2) PLC逻辑简单，调试方便。此种配置方案具有以下缺点。

(1) DCS逻辑复杂，需要精心调试正确后方能投入使用。如果DCS发生故障，切换功能将无法实现，只能依靠集控室操作台“紧急启动柴发”按钮进行应急启动。

(2) DCS逻辑中电压判断依靠电压继电器送出的接点。实际调试中发现，电压继电器的产品质量、定值整定等因素可能造成接点不能可靠通断，影响整体切换功能的实现。

2.2 保安电源自动切换装置方式

图2 保安电源工作/备用手动及自动切换逻辑

淮北某电厂的保安电源设置如图4所示。从结构上来看，跟上述淮南某电厂的基本一致，但该厂没有采用PLC控制，而是采用了专门为交流事故保安电源系统切换而设计的自动装置MFC5208A。该装置具有事故切换、手动切换、并联切换、串联切换、同期检查等功能。

以3号A事故保安段为例，其事故切换原理如下。当满足以下4个条件时，装置充电完成。

(1) 控制字“自投方式1”设为“投入”(本案例采用了方式1，装置提供了3种方式供用户根据实际情况选择)。

(2) 母线电压均大于“有压定值”。

(3) K1在合位，K2，K3在分位。

(4) 进线2或进线3在“就绪态”。

当3号A事故保安段母线失压或K1变位时装置动作，分为以下2种情况。

(1) 若进线2在“就绪态”，即进线2电压正常时，装置切向进线2；K2拒合或闭合后母线仍然失压，则装置发出启动柴油发电机命令，确认柴油发电机建压正常后，装置切向进线3，K3闭合。

(2) 若进线2不在“就绪态”，则在确认K1跳开后，直接发启动柴油发电机命令，确认柴油发电机建压正常后，装置切向进线3，K3闭合。

此种配置方案，具有以下优点：

(1) 装置支持380 V电压输入，即母线、柴油发电机和线路电压经空开直接接入装置，省去了PT二次或电压继电器环节，增加了可靠性；

(2) 保安电源事故切换过程由装置自动完成，不受DCS工作状态的影响，也无需人员参与，保证了切换的可靠性。

图3 启动柴油发电机逻辑

图4 淮北某厂保安电源系统

此种配置方案，具有以下缺点：

(1) 自动装置只能控制K1，K2和K3的分合，其他开关如K4，K5，K6和进线1、进线2的馈线开关均需DCS逻辑来控制，因此需要自动装置与DCS逻辑进行配合；

(2) 各分支电压接入装置时所经过的空开需有完备的保护功能及防误分闸的措施。调试过程中发现，空开位置不合理且没有明显的标示，可能造成误分闸，从而导致非正常切换。

2.3 ATS开关与DCS结合方式

合肥某电厂的保安电源配置如图5所示。

063ZKK，064ZKK，463ZKK，464ZKK均采用ATS开关，即自动转换开关，当1路电源失电时自动切换至第2路电源供电。正常运行时，各保安MCC段由相应工作PC供电。以保安MCC A段为例，正常运行时，开关063A，063B，B4631及461全部保持合位。063ZKK以汽机PC A段为主，以汽机PC B段为从；463ZKK以汽机PC为主，以保安PC为从。当汽机PC A段失电时，063ZKK自动切换至汽机PC B段；当汽机PC A段恢复供电时，063ZKK自动切换回汽机PC A段；当汽机PC全部失电时，463ZKK自动切换至保安PC段。

原厂备用段保安变作为保安PC母线第1备用电源，柴油发电机作为保安PC第2备用电源，当取自原厂备用电源失电时，才启动柴油发电机。恢复正常供电时，合上063A开关，063ZKK将自动切回汽机PC A段，463ZKK自动从保安PC段切回汽机PC段。由运行人员在DCS上发出停止柴油发电机指令，柴油发电机控制单元将断开462开关，停止柴油发电机。从工作电源切换至保安电源以及从保安电源切换至工作电源均采用串联切换方式。

柴油发电机控制逻辑如图6所示。

图5 采用ATS开关的保安电源配置

图6 柴油发电机控制逻辑

此种配置方式，具有以下优点：

(1) 大部分切换由ATS开关自动完成，接线简单、可靠性高，无需运行人员参与，减少了停电时间，最大限度地降低了人为误操作的可能；

(2) ATS开关采用本体配置的智能微处理控制器，以开关两侧电压作为切换判据，不需另外引入其他开关的辅助接点或PT二次电压，判断不受开关状态或PT故障的影响，可靠性高；

(3) ATS开关控制电源采用两侧任意一路电源，2路电源都失去时，开关保持原位不动，确保了不会因外部电源的丧失而影响切换功能；

(4) ATS开关维护工作量少。

此种配置方式，具有以下缺点：

(1) 启动柴发的控制逻辑由DCS完成，如果DCS发生故障，可能造成柴发不能正常启动，影响保安负荷的供电；可采用集控台上的“紧急启动柴发”按钮作为应急备用，按钮出口直接发命令至柴发控制单元，不受其他因素影响；

(2) ATS开关制造商较少，选择余地不大，运行业绩较少；

(3) ATS开关价格较高。

3 结束语

基于以上分析，保安电源的不同配置方案各有优缺点。DCS控制方式不需增加额外的硬件费用，造价低；但控制逻辑复杂，可靠性受制于电压继电器接点的可靠性及DCS系统本身的稳定性。采用专用的保安电源切换装置可靠性高，但需要注意与DCS的配合及安全防护。采用ATS开关方式无需人员参与，切换可靠性高，但造价较高。

1 DL/T5000—2000火力发电厂设计技术规程[S].

2 何敏强．自动转换开关在火电厂保安PC中的应用[J]．电力安全技术，2013(5)．

3 宋俊峰，赵青松，曹东辉．某电厂保安段PT直流控制回路分析及改进[J]．电力安全技术，2013(6)．

2014-10-23。

杨 娴(1984-)，女，工程师，主要从事新建、扩建火电厂的电气分系统调试、整套启动调试及高压试验等工作，email：108574834@qq.com。