发电厂应急照明供电方式分析及改进方法

2019-01-30杨黎明李学智

水电与新能源 2019年1期

田福，杨黎明，杨鹏，李学智

(中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北宜昌 443133

为保证发电厂及变电站内工作人员能在正常照明系统因故不能正常照明的情况下继续工作，各重要设备和场所均设有应急照明，所以应急照明系统的电源设置对发电厂及变电站内设备的安全运行有着重要的意义。

某发电厂的照明系统供电方式中，同区域的正常照明和应急照明交流电源均取自同一段400 V母线。在该400 V母线检修时，检修工期一般需要1～2 d，对应的正常照明没有交流动力电源，而EPS系统容量仅能保证应急照明负荷90～120 min的用电需求，所以EPS系统由于长时间没有交流电源需退出运行。因此，会出现某一区域正常工作照明和应急照明均不亮、停电区域无任何照明的情况，对电厂的安全稳定运行及设备应急处理有较大的安全隐患。

下面将通过对该厂照明系统运行检修状态的分析，研究EPS系统交流供电回路优化方式，为类似电厂及行业技术标准提供参考意见。

1 应急照明系统的现状

发电厂及变电所的照明种类可以分为：正常照明、应急照明、警卫照明和障碍照明[1]。因正常照明的电源失效而启用的照明统称为应急照明[2]，应急照明又分为备用照明、疏散照明和安全照明三种。当正常照明因故障熄灭后，需确保正常工作或活动继续进行的场所、需确保处于潜在危险之中的人员安全的场所、需要确保人员安全疏散的出入口和通道应设置应急照明。由于现有的国家和行业标准中，并没有统一正常照明和应急照明的电源设计规范，因此发电厂及变电所的照明系统在实际的运用过程中经常出现问题，需要不断地完善和改进。

某发电厂装设有EPS系统，供电给应急照明。该厂照明电源由1、2号两个照明供电点21MD、22MD组成，每个照明供电点都设有两段母线，每段照明母线上又设有1套400 V EPS系统，其装置接线简图如图1所示。正常工作时EPS系统工作在旁路方式，应急照明负荷由照明供电点交流电源供电；同时交流电源为EPS系统充电模块进行供电，充电模块输出稳定的直流电源对蓄电池组充电。照明供电点交流电源消失状态下自动切换装置动作，EPS系统的电池组通过逆变器向应急照明负荷供电；交流电源恢复后逆变器自动退出，恢复至交流电源供电，同时整流/充电装置对电池组进行充电。

图1 某发电厂EPS系统接线简图

每套EPS系统包括1面主机柜、1面配电柜和1组电池架，主机柜上设置了整流/充电模块、逆变器、EPS系统监控装置和维修旁路开关，电池架上设置了电池组和电池巡检仪。蓄电池包括充电开关DK1、DK2、DK3及蓄电池组放电开关DK4。EPS系统设置有紧急运行开关，在蓄电池放电至低电压保护动作时，亦可强行手动应急启动电源对应急照明负荷供电。EPS系统的蓄电池装配图如图2所示。

图2 某发电厂EPS系统蓄电池装配图

2 某发电厂应急照明系统的工作原理

如图1所示，正常工作时EPS应急输出由主电供电，同时充电机对蓄电池进行充电。照明供电点电源输入后经过QF1、QF2、静态切换开关至KM3，再通过应急输出开关QF3到应急照明负荷盘母线。电池组充电完成后，整流/充电器应自动调整电压向蓄电池浮充电。

照明供电点交流电源消失状态下自动切换装置动作，蓄电池组电能经过直流输入开关QF5输送到逆变模块，逆变后的交流输送经静态切换开关，通过KM3送至应急输出开关QF3到应急照明负荷盘母线。交流电源恢复后逆变器则自动退出，恢复原有交流供电方式。

3 应急照明系统的现状及存在的问题

目前，该电厂1号照明供电点21MD两段母线分别为1号EPS、2号EPS供电，厂用电供电简图如图3所示；2号照明供电点22MD两段母线分别为3号EPS、4号EPS供电，厂用电供电简图如图4所示。从图4中可以看出，21MD Ⅰ段所带正常照明负荷与1号EPS所带应急照明负荷中有同时覆盖的区域，其他的照明供电点母线也有相同的情况。如果一段母线停电检修或跳闸时，会导致两类照明均覆盖的区域无任何照明。

图3 21MD供电简图

图4 22MD供电简图

以1号照明供电点(以下简称21MD)检修为例：当21MDⅠ段检修时，其所带正常照明负荷均失电，对应的1号EPS系统也相应退出，应急照明负荷失电，直接结果是导致21MD Ⅰ段供电的部分区域无任何照明。具体包含该区域的机组水车室及旁楼梯间、发电机和水轮机层主厂房、厂用电设备及检修排水泵房等。

国家标准规定：集中控制型消防应急照明和疏散指示系统，应由火灾报警控制器或消防联动控制器启动应急照明控制器实现[3]。发生火情信号时，消防系统动作切除该区域正常照明，并投入该区域事故照明。很显然，该厂应急照明系统存在的问题是不满足要求的，存在较大的安全风险：

1)停电区域包含21MDⅠ段，停电后涉及区域大、覆盖面广。一方面，停电在一定程度上对维护部门的检修工作带来极大的不便，工作人员在进行检修工作时需要就近从检修分电箱接临时照明且光线昏暗，由于检修工期短、检修内容多，将会影响设备的检修质量；另一方面，停电期间也不利于工作人员的日常巡回检查和正常消缺工作；

2)当停电区域设备出现漏水、漏油和漏气等情况时，不便于运维人员及时发现和第一时间应急处理；

3)对于停电后无任何照明的区域，还存在人员滑到、绊倒、踏空和触电等人身伤害风险；

4)在设备出现故障或异常时，会影响应急处理效率，造成事故扩大、损失增加，对电厂的经济和安全运行十分不利。

由于该电厂目前在进行照明供电点停电时会造成该区域的正常照明和应急照明同时停电的情况，因此，有必要进一步分析和优化EPS系统的供电回路。

4 改进措施及分析

为解决照明供电点检修期间厂房照明问题，在合理安排检修任务和停电方式的同时，还应优化现有EPS系统的电源回路。以21MD Ⅰ段母线停电检修为例：

4.1 跨接电源法

为保证21MD Ⅰ段母线停电检修期间1号EPS正常运行，在21MD Ⅰ段母线停电前可以从其他供电点跨接电源。具体做法是跨接前做好必要的安全隔离措施后，解开原1号EPS供电电缆，然后从21MD Ⅱ段某一备用开关进行电缆跨接接入原1号EPS供电开关QF1上端。跨接电源虽然能很好地解决应急照明系统供电问题，但是跨接过程中需考虑的因素很多且存在安全隐患：一是对负荷电源进行的是带电跨接，跨接电源过程中对人身极不安全；二是电缆跨接后因开关柜门无法关闭而造成电缆室裸露带电，存在误碰带电部位的可能；三是该厂同类型的检修工作较多，如果都要采用跨接电源的方式，将极大地增加工作量和时间成本。

4.2 交叉供电法

以21MD为例，从图3可以看出，正常情况下，21MD Ⅰ段母线为1号EPS供电，21MD Ⅱ 段母线为2号EPS供电。当21MDⅠ段检修时，其所带正常照明负荷和1号EPS所带应急照明负荷均失电， 21MDⅠ段供电的部分区域无任何照明；同理，当21MD Ⅱ段检修时，21MD Ⅱ段供电的部分区域也会出现无任何照明的情况。如果将EPS电源交叉取至照明供电点另外一段母线，将会避免上述情况的发生，修改后的厂用电供电简图如图5所示。

图5 EPS系统电源交叉供电简图

此种方式下，同一区域的正常照明和应急照明电源分别取自不同的400V母线，能保证正常照明检修时该区域应急照明正常使用。但是，这种方式也存在不足之处，应急照明只有一路交流电源，电源单一、供电不可靠。例如，21MD Ⅰ段正常照明停电检修时，2号EPS仍然会同时退出运行，如果此时出现21MD Ⅱ段所供电的正常照明灯损坏或开关脱扣损坏的情况，仍然会导致21MD Ⅱ段供电的部分区域无任何照明，因此需加强对照明灯和电源开关的维护。

4.3 双路互投法

为EPS系统从另一段母线上增加一路交流电源，EPS电源采用双路互投装置[4]，两路交流电源互为备用。该电厂现有的EPS系统电源接线图如图1所示，以1号EPS为例，修改后，保留原有的1号EPS电源，并将电源名称修改为1号EPS 1号电源，将21MD Ⅱ段某一备用开关修改为1号EPS2号电源，将原有交流输入电源开关QF1更换为具有双路互投功能的开关，正常方式下一路交流电源投入运行，另外一路交流电源备用。当工作母线上的电压低于设定的电压定值，且持续时间大于时间定值时，双路互投装置将自动切换为备用电源供电[5]；主供电源恢复正常后，备用电源自动切回主供电源供电。但须注意供电方式修改前需要核对变压器和双路互投装置的容量及相关参数，必须保证电源优化后各设备能满足正常运行，双路互投法应急照明电源接线图如图6所示。