发电机组厂用保安电源供电自动切换的分析与改进

毕宇辉

(宝山钢铁股份有限公司能环部,上海 200941)

1 故障简介

2016年9月1日16∶02,宝钢股份宝山基地能环部某台350 MW燃煤发电机组控制室内OPS上“3A 400 V P/C低电压”、“2号柴油发电机运行”报警,监盘值班员同时发现锅炉空预器电动马达脱扣、气动马达自动起动、锅炉直流冷却风机自起动,在OPS上对机组厂用电系统进行确认时,发现3A、3B 400 V P/C母线电压显示为零,3-4保安C/C 常用开关、3-4保安C/C备用开关均在分闸状态,2号柴油发电机自起动,向3-4保安C/C供电。电气值班员到高压电气开关室对电气母线工作状态进行确认,发现3A、3B 400 V P/C母线现场电压表显示为0,母线上各负载设备运行电流正常,打开两段母线PT仓门检查,未发现明显异常。根据当时情况,判断这两段P/C母线的PT熔丝熔断,拉出PT进行检查,发现三相一次熔丝均熔断,二次熔丝均完好。更换好PT一次熔丝后推入PT,现场与OPS上母线电压显示恢复正常,电压异常报警复归。然后,运行人员将由柴油发电机供电的3-4保安C/C切换回3A 400 V P/C常用电源供电,厂用电系统恢复正常运行。图1为 3-4保安C/C供电一次接线图。

2 故障录波参数分析

故障发生时,3号发电机组故障录波仪因3A 400 V P/C零序电压升高超过报警值而起动过,记录了故障发生期间厂用电系统母线电压变化及相关电源开关动作情况,如图2所示。

通过对3A、3B母线电压变化趋势以及3-4保安C/C常用、备用受电开关动作次序的分析,结合OPS报警相关信息,再现故障发生时事件时序如表1。

表1 3-4保安C/C供电切换事件时序Table 1 Events of sequences of 3-4 emergency C/C power supply transfer

3 3A P/C和3B P/C零序电压出现原因分析

当天因3号锅炉A侧空预器间隙调节装置A1变频器故障,热工人员对A1变频器进行更换,新换的变频器与原变频器为同类型的备件。完成现场接线后,热工人员在现场控制盘送上变频器电源小开关,开始调试时,机组发生异常。运行当班人员立即对讲机联系现场调试的热工人员,拉开控制盘内的变频器电源小开关,中止调试。

从故障录波所显示的电压波形与幅值来看,在调试更换好的变频器时,因现场接线问题,产生接地故障,同时引发电源侧一次系统发生铁磁谐振,首先在3A 400V P/C上产生谐振过电压,母线PT一次侧饱和引起激磁电流剧增,导致一次侧三相熔丝同时熔断。D/G控制盘检测到3A 400 V P/C低电压(PT一次熔丝熔断引起,实际母线电压未失去),3-4 保安C/C自动切换到3B 400 V P/C备用供电,因为故障仍然存在,3B 400 V P/C上同样产生谐振过电压,母线PT一次侧饱和引起激磁电流剧增,导致一次侧三相熔丝同时熔断。D/G控制盘检测到3B 400 V P/C失电,2号柴油发电机自起动,向3-4 保安C/C供电。

4 3-4保安C/C电源自动切换逻辑

3号机组厂用3-4保安C/C正常运行方式为:3A 400 V P/C(简称A路电源)向3-4保安C/C供电,3B 400 V P/C(简称B路电源)以及2号柴油发电机作为3-4 保安C/C的备用供电电源。3-4保安C/C正常供电方式见图3,其中,开关红色代表合闸状态,开关绿色代表分闸状态。

3-4保安C/C电源自动切换由柴油发电机D/G控制盘控制；当2号柴油发电机检修或因故退出自动待机方式时,由机组ECS逻辑控制切换。3-4保安C/C电源切换逻辑设计为:3A P/C失电引起3-4保安C/C失电时,3-4保安C/C的B路电源自动投入,自动切换为瞬时(1.5 s内)断电切换,如A路、B路电源都切换失败,则柴油发电机自起动带3-4保安C/C供电。

3-4保安C/C A路电源失电自动切换逻辑原理如图4所示。

5 3-4保安C/C电源自动切换控制逻辑的改进

5.1 3-4保安C/C母线低电压自动切换逻辑改进的必要性

在发电机组的厂用电系统中,为了提高供电可靠性,在一次系统中性点接地方式上,高压、低压厂用电系统普遍采用中性点不接地运行方式。当厂用电系统内出现单相接地时,允许故障设备短时间运行,在隔离出接地故障点后,厂用电系统保持正常运行。另外,在厂用低压母线电源切换逻辑中,也普遍采用低电压自动断电切换方式,以减少母线断电时间,缩短对厂用辅机运行的影响。

高压厂用电系统中,一次电气设备数量较少,出现单相接地故障的几率也较低,并且高压开关装置一般都配置接地功率方向继电器,单相接地故障发生时,判断并隔离出故障点比较迅速。在低压厂用电系统中,一次电气设备数量多,运行方式复杂,出现接地故障的几率也较高。低压厂用电系统中配置的接地检测小电流选线还普遍存在接地判断不准确的现象,使得接地故障点判断困难,隔离时间长。

单相接地时,在电气系统参数配合不恰当的情况下,有时会发生铁磁谐振,引起PT一次熔丝熔断,导致母线电压检测异常,进而引起母线低电压自动切换。

保安C/C作为发电机组厂用电系统中重要的交流保安母线,所带辅机一般是供电不能中断的交流辅机或设备,包括氢密封油泵、UPS交流电源、空预器马达、锅炉冷却风机等重要辅机和UPS等重要设备。母线自动断电切换时,主要危害有两点:①母线切换时发生瞬时断电,对保安C/C所带重要辅机和设备的连续运行产生威胁；②母线切换也有不成功的风险,对保安C/C所带重要辅机和设备的可靠运行带来危险。

本次不是真正发生3A P/C母线低电压,仅是PT熔丝熔断使母线电压信号消失,导致自动切换逻辑判断失误。这类由于逻辑误判断导致的保安C/C供电自动切换更是要避免。

5.2 3-4保安C/C母线低电压自动切换逻辑改进的方法

对3号机组厂用电系统P/C母线PT、3-4保安C/C母线PT的接线型式进行确认,P/C母线PT为三绕组PT,一次绕组为星形接地方式,二次绕组一个是星形接线方式,另一个是开口三角形接线串接电阻接线方式,用来检测单相接地故障发生时产生的零序电压。C/C母线PT为双绕组PT,一次、二次绕组均为星形接线方式。

厂用电低压系统发生单相接地时,以及铁磁谐振发生时,因为P/C母线PT一次绕组星形接地,容易引起PT一次绕组的熔丝熔断,C/C母线PT一次侧熔丝在这种情况下,一般不容易熔断。

因此,可以对3-4保安C/C 母线自动切换逻辑进行改善,将3-4 保安C/C母线电压信号引入切换逻辑,当P/C母线与3-4保安C/C 母线同时低电压时,再触发3-4保安C/C母线供电电源的自动切换,这样就可以避免P/C母线PT熔丝熔断引起的3-4 保安C/C母线供电电源误切换。

3-4保安C/C A路电源失电自动切换逻辑优化后的原理图如图5所示。

6 结语

完善发电机组厂用保安电源低电压切换逻辑,是降低保安电源误切换的有效措施。此外,为了降低厂用电系统单相接地引发的铁磁谐振时P/C母线PT一次熔丝熔断的几率,在对PT进行空载电流测试时,应该满足DL/T 727—2013《互感器运行检修导则》中的要求,对于中性点非有效接地系统,在1.9倍额定相电压下,PT一次侧空载电流不大于最大允许电流,以增强PT抗铁磁谐振的能力。