某電廠保安電源系統改造的可行性探討

張鑒斌

摘要： 本文在某電廠新建機組的保安電源基礎上提出了一種新的保安電源形式，并對其可行性加以分析探討。

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.

關鍵詞： 柴油發電機組；保安電源；供電可靠性

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

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）12-0021-02

0 引言

近些年，大容量的發電機組逐漸成為我國電力系統的主力電源。作為系統中重要的電力生產環節，大型發電廠的安全、穩定運營將為電力系統安全運行提供有力保障。由于突發事件的不可預見性，發電廠有時也會發生因全廠停電造成設備損壞的重大事故。為了保證大容量機組安全停機和盡快啟動并網發電，在大型火力發電廠都設置有應急保安電源。

一般廠用保安電源有兩種基本形式，一種是采用柴油發電機組作為機組的保安電源，另一種是利用廠外（或其他機組）獨立電源作為機組保安電源。柴油發電機組作為一個完全獨立的系統，受電力系統等因素影響較小，這是其被廣泛選作機組保安電源的主要原因；但是在實際應用中，由于柴油機長期處于靜止狀態以及日常管理、維護、保養的不到位、寒冷環境下冷卻水和燃料的防凍問題等原因，使得柴油機作為保安電源在事故時的經常存在啟動故障的問題，這是其主要缺點。另外，事故情況下即使柴油發電機組自啟動成功，但是其啟動時間過長（約5-15s），機組的保安段會短暫失電。廠外獨立電源的優點是可以長期處于熱備用狀態，事故時立即投入，事故過程中保安電源的短暫失電時間縮短，但其缺點是廠外獨立電源并不能完全獨立于外部電力系統，在外部系統發生嚴重故障情況下也將難以保證，一旦廠外獨立電源失電，將面臨保安段無備用電源的嚴重后果。如果綜合這兩種形式的優點，以廠外獨立電源作為第一保安電源，柴油發電機組可作為第二保安電源，采取這兩種方式作為保安電源的備用電源，既可以縮短事故狀態下保安段失電時間，又極大地提高事故狀態下的供電可靠性。目前在國內火力發電廠設計中，以柴油發電機組為機組保安電源的發電機組一般采用一臺機組配一套柴油發電機組的接線方式。針對前面所述的柴油發電機組存在自啟動的“可靠性”以及外供獨立用電源的“不獨立性”的問題，可以將對應于各機組的柴油發電機組系統改造成為一臺機組配兩臺柴油發電機組互為備用的接線方式，提高柴油發電機自啟動和供電的可靠性。為了提高保安電源的可靠性，可以考慮以廠外獨立電源作為第一保安電源，柴油發電機組可作為第二保安電源，兩臺機組的柴油發電機組系統互為備用，組成新的保安電源系統。以某電廠的保安電源系統為例，對新的保安電源系統的可行性進行進一步探討。

1 原保安電源系統

某電廠現建1號機組保安電源設400V機用保安11段、機用保安12段、爐用保安11段、爐用12段、柴保10段。機用11段作為機用保安11段的工作電源，機用12段作為機用保安11段的備用電源；機用11段作為機用保安12段的備用電源，機用12段作為機用保安12段的工作電源；爐用11段作為爐用保安11段的工作電源，爐用12段作為爐用保安11段的備用電源；爐用11段作為爐用保安12段的備用電源，爐用12段作為爐用保安12段的工作電源。柴油發電機組的控制以及機用、爐用保安段的電源切換邏輯是通過PLC來實現。保安電源系統一次接線圖如圖1所示。

2 新保安電源系統

新保安電源系統由廠外獨立電源、兩臺互為備用的柴油發電機組組成。廠外獨立電源有電時，以廠外獨立電源為第一保安電源，兩臺互為備用的柴油發電機組為第二保安電源，保安MCC段失電，工作電源向備用電源切換同時啟動設為“主”的柴發，若切換失敗則優先由保安變供電，在保安變失電的情況再由設為“主”的柴發給保安MCC供電。以下從廠外獨立電源和互為備用的柴油發電機組角度對新保安電源系統加以介紹。

2.1 獨立的廠外電源

2.1.1 一次系統 某廠新建項目的500kV電源系統與原老廠的220kV電源系統屬于相對獨立的兩個電源系統，以老廠的高備變作為備用電源，利用現有的臨時6kV開關室內的6kV開關以及到新廠6kV系統的電纜轉接柜之間的電纜，在6kV電纜轉接柜處直接引電纜至新增設計的變比為6000/400V的保安變高壓側。圖2中，虛線框內的高備變和保安變作為保安電源系統的獨立廠外電源。

2.1.2 系統功能 柴油發電機組在自動狀態，PLC檢測到保安MCC段失電，工作電源向備用電源切換，同時柴油發電機組自啟（不合柴發出口開關）；若切換失敗，檢測到保安段有正常電壓后自動合保安變到柴保段的饋線開關，柴油發電機組停機；若合閘失敗，則依次合柴油發電機出口開關和柴發到保安MCC段的饋線開關。

2.1.3 注意問題 柴發PLC系統除具備機組保安電源失電自啟動和同期恢復功能之外還需監視保安段電壓是否正常，對保安段到柴保段饋線開關的分、合操作，增加保安電源失電后保安變優先供電的功能。保安MCC段恢復正常電源時需要PLC進行同期合相應開關，由于保安變電源是電壓相對不可控的電源，使用保安變電源時同期的整定值需要考慮到保安變電源與廠用電源之間的初始角差。

2.2 互為備用的柴油發電機組

2.2.1 一次系統介紹 利用兩臺機組的柴油發電機組，將兩臺柴油發電機組通過隔離開關、電源開關及電纜互聯實現互為備用，如圖2所示。endprint

2.2.2 系統功能 將1號柴油發電機組設為“主”，2號柴油發電機組設為“備”，設為“主”的柴油發電機組可以給2臺機組失電的保安MCC段供電，設為“備”的柴油發電機組在“主”柴油發電機組故障、容量不夠或者聯絡開關故障的情況下啟動給失電的保安MCC段供電。1號柴油發電機組在自動狀態，保安段失電，PLC檢測到本機組的一段保安MCC段失電，工作電源向備用電源切換，同時1號柴油發電機組自啟和合柴發出口開關；若切換失敗或檢測備用電源進線無壓則不合備用電源開關，合柴油發電機保安MCC段饋線開關，柴油發電機組給保安MCC段供電。若此時2號柴油發電機組的保安MCC段失壓，2號機組柴發PLC檢測到失壓信號則發指令給1號機組柴發PLC合1、2號柴油發電機組之間的聯絡開關；若合閘失敗則2號柴油發電機組啟動，若合閘成功則在2號柴油發電機組的工作電源與備用電源切換失敗后，合2號柴油發電機保安MCC段饋線開關，對2號機組的保安MCC段供電。若一臺柴油發電機組供兩臺機組保安段容量不足，則啟動鄰機柴油發電機組實現兩機并聯供電。若1號柴油發電機組在收到PLC啟動指令后自啟失敗，則啟動2號柴油發電機組以及合柴發出口開關，電壓正常后合1、2號柴油發電機組之間的聯絡開關。若1號機組保安MCC段的工作電源與備用電源切換失敗后，1號機組的保安MCC段由2號柴油發電機組供電。

2.2.3 注意問題 本機PLC除具備獨立完成本機組保安電源失電自動啟動和同期恢復全部功能外，還設有啟動失敗后禁止本機啟動并順序啟動另一臺機組柴油發電機以及向本機保安段送電功能，還可以對兩機之間的聯絡開關進行分、合操作，并增加柴油發電機出口開關的同期功能。此外兩臺機組的柴發PLC要通過通訊互聯的方式實現開關狀態、相關報警信息的共享。

3 結論

綜上所述，發電廠保安電源除了依靠柴油機以外，還應根據各廠的具體情況，引入其它較可靠的電源作為備用，來提高發電廠保安電源的可靠性和靈活性。同時，備用電源仍然不能完全替代柴油機組的作用。因此除了通過改造和優化設計來提高發電廠保安電源的可靠性和靈活性，還應加強柴油機組的維護和定期試驗，及時消除設備缺陷，確保隨時都有良好的工況，以保證發電機組故障時正常停機。采用新的保安電源系統，可以大大提高機組的保安電源安全、可靠性。

參考文獻：

[1]DL/T-5153-2002，火力發電廠廠用電設計技術規定[S].

[2]DL 5000-2000，火力發電廠設計技術規程[S].

[3]兀鵬越.600MW機組保安電源特點分析及調試[J].電氣技術，2010，11.

[4]呂興兵.火電廠應急柴油發電機組控制系統改造[D].武漢大學碩士學位論文，2005.endprint

2.2.2 系統功能 將1號柴油發電機組設為“主”，2號柴油發電機組設為“備”，設為“主”的柴油發電機組可以給2臺機組失電的保安MCC段供電，設為“備”的柴油發電機組在“主”柴油發電機組故障、容量不夠或者聯絡開關故障的情況下啟動給失電的保安MCC段供電。1號柴油發電機組在自動狀態，保安段失電，PLC檢測到本機組的一段保安MCC段失電，工作電源向備用電源切換，同時1號柴油發電機組自啟和合柴發出口開關；若切換失敗或檢測備用電源進線無壓則不合備用電源開關，合柴油發電機保安MCC段饋線開關，柴油發電機組給保安MCC段供電。若此時2號柴油發電機組的保安MCC段失壓，2號機組柴發PLC檢測到失壓信號則發指令給1號機組柴發PLC合1、2號柴油發電機組之間的聯絡開關；若合閘失敗則2號柴油發電機組啟動，若合閘成功則在2號柴油發電機組的工作電源與備用電源切換失敗后，合2號柴油發電機保安MCC段饋線開關，對2號機組的保安MCC段供電。若一臺柴油發電機組供兩臺機組保安段容量不足，則啟動鄰機柴油發電機組實現兩機并聯供電。若1號柴油發電機組在收到PLC啟動指令后自啟失敗，則啟動2號柴油發電機組以及合柴發出口開關，電壓正常后合1、2號柴油發電機組之間的聯絡開關。若1號機組保安MCC段的工作電源與備用電源切換失敗后，1號機組的保安MCC段由2號柴油發電機組供電。

2.2.3 注意問題 本機PLC除具備獨立完成本機組保安電源失電自動啟動和同期恢復全部功能外，還設有啟動失敗后禁止本機啟動并順序啟動另一臺機組柴油發電機以及向本機保安段送電功能，還可以對兩機之間的聯絡開關進行分、合操作，并增加柴油發電機出口開關的同期功能。此外兩臺機組的柴發PLC要通過通訊互聯的方式實現開關狀態、相關報警信息的共享。

3 結論

綜上所述，發電廠保安電源除了依靠柴油機以外，還應根據各廠的具體情況，引入其它較可靠的電源作為備用，來提高發電廠保安電源的可靠性和靈活性。同時，備用電源仍然不能完全替代柴油機組的作用。因此除了通過改造和優化設計來提高發電廠保安電源的可靠性和靈活性，還應加強柴油機組的維護和定期試驗，及時消除設備缺陷，確保隨時都有良好的工況，以保證發電機組故障時正常停機。采用新的保安電源系統，可以大大提高機組的保安電源安全、可靠性。

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[4]呂興兵.火電廠應急柴油發電機組控制系統改造[D].武漢大學碩士學位論文，2005.endprint

2.2.2 系統功能 將1號柴油發電機組設為“主”，2號柴油發電機組設為“備”，設為“主”的柴油發電機組可以給2臺機組失電的保安MCC段供電，設為“備”的柴油發電機組在“主”柴油發電機組故障、容量不夠或者聯絡開關故障的情況下啟動給失電的保安MCC段供電。1號柴油發電機組在自動狀態，保安段失電，PLC檢測到本機組的一段保安MCC段失電，工作電源向備用電源切換，同時1號柴油發電機組自啟和合柴發出口開關；若切換失敗或檢測備用電源進線無壓則不合備用電源開關，合柴油發電機保安MCC段饋線開關，柴油發電機組給保安MCC段供電。若此時2號柴油發電機組的保安MCC段失壓，2號機組柴發PLC檢測到失壓信號則發指令給1號機組柴發PLC合1、2號柴油發電機組之間的聯絡開關；若合閘失敗則2號柴油發電機組啟動，若合閘成功則在2號柴油發電機組的工作電源與備用電源切換失敗后，合2號柴油發電機保安MCC段饋線開關，對2號機組的保安MCC段供電。若一臺柴油發電機組供兩臺機組保安段容量不足，則啟動鄰機柴油發電機組實現兩機并聯供電。若1號柴油發電機組在收到PLC啟動指令后自啟失敗，則啟動2號柴油發電機組以及合柴發出口開關，電壓正常后合1、2號柴油發電機組之間的聯絡開關。若1號機組保安MCC段的工作電源與備用電源切換失敗后，1號機組的保安MCC段由2號柴油發電機組供電。

2.2.3 注意問題 本機PLC除具備獨立完成本機組保安電源失電自動啟動和同期恢復全部功能外，還設有啟動失敗后禁止本機啟動并順序啟動另一臺機組柴油發電機以及向本機保安段送電功能，還可以對兩機之間的聯絡開關進行分、合操作，并增加柴油發電機出口開關的同期功能。此外兩臺機組的柴發PLC要通過通訊互聯的方式實現開關狀態、相關報警信息的共享。

3 結論

綜上所述，發電廠保安電源除了依靠柴油機以外，還應根據各廠的具體情況，引入其它較可靠的電源作為備用，來提高發電廠保安電源的可靠性和靈活性。同時，備用電源仍然不能完全替代柴油機組的作用。因此除了通過改造和優化設計來提高發電廠保安電源的可靠性和靈活性，還應加強柴油機組的維護和定期試驗，及時消除設備缺陷，確保隨時都有良好的工況，以保證發電機組故障時正常停機。采用新的保安電源系統，可以大大提高機組的保安電源安全、可靠性。

參考文獻：

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