保安電源微機(jī)備自投裝置邏輯分析與模擬試驗(yàn)

昌進(jìn)國(guó)，楊 碩，傅建華，許海標(biāo)，李校東

(南海發(fā)電一廠有限公司，廣東 佛山 528211)

保安電源微機(jī)備自投裝置
邏輯分析與模擬試驗(yàn)

昌進(jìn)國(guó)，楊 碩，傅建華，許海標(biāo)，李校東

(南海發(fā)電一廠有限公司，廣東 佛山 528211)

介紹了CSC-822型微機(jī)保安電源備自投裝置的設(shè)計(jì)邏輯及其硬件結(jié)構(gòu)，闡述了有壓、失壓定值整定及邏輯模擬檢查試驗(yàn)、帶開(kāi)關(guān)整組傳動(dòng)試驗(yàn)的方法，以期更好地掌握備自投裝置的原理和使用方法，提高電廠保安電源的可靠性。

保安電源；備自投裝置；動(dòng)作邏輯

在大容量發(fā)電機(jī)組的廠用電系統(tǒng)中，為保證事故保安負(fù)荷的用電需要而設(shè)置的事故保安電源占據(jù)非常重要的地位。在停機(jī)過(guò)程中和停機(jī)后一段時(shí)間內(nèi)必須保持運(yùn)行的保安負(fù)荷，包括DCS(分布式控制系統(tǒng))熱控電源、UPS(不間斷電源)交流電源、主機(jī)潤(rùn)滑油泵電機(jī)、主機(jī)盤(pán)車電機(jī)、頂軸油泵電機(jī)電源等。要防止全廠停電事故，以免造成機(jī)組失控、軸瓦燒毀、大軸彎曲等重大設(shè)備損壞事故，必須確保保安電源能夠可靠投入。由于保安電源微機(jī)備自投裝置(以下簡(jiǎn)稱BZT)要考慮3路電源之間的切換，所以其邏輯較復(fù)雜。下面以某電廠CSC-822型保安電源微機(jī)備投裝置為例作簡(jiǎn)要分析。

1 微機(jī)備自投裝置的設(shè)計(jì)要求

機(jī)組保安電源應(yīng)滿足獨(dú)立性強(qiáng)、可靠性高、投入速度快、電能質(zhì)量好、維護(hù)工作量少、經(jīng)濟(jì)性好的要求。當(dāng)機(jī)組廠用電源完全消失時(shí)，為確保在事故狀態(tài)下能安全停機(jī)，應(yīng)設(shè)置交流事故保安電源，并自動(dòng)投入，以保證事故保安負(fù)荷用電。交流事故保安電源宜采用從外部引入的可靠交流電源或快速啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)組。

380 V保安電源系統(tǒng)有3路：第1路工作電源開(kāi)關(guān)為QA，第2路外供電源第1保安電源開(kāi)關(guān)為QB，第3路柴油發(fā)電機(jī)第2保安電源開(kāi)關(guān)為QC，如圖1所示。3路電源非同一電源系統(tǒng)，只允許1路電源供電，且不允許先合后分的并列方

式，只允許先分后合的串聯(lián)方式。保安PCM母線接有PTM、工作PCA母線接有PTA、第1保安PCB母線接有PTB，PT為電壓互感器，變比為380 V/100 V。當(dāng)PTM失壓時(shí)，先延時(shí)分QA，優(yōu)先延時(shí)合QB，合QB失敗或PTB無(wú)壓，則延時(shí)合QC，同時(shí)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。當(dāng)PTA電源恢復(fù)正常后，則投手動(dòng)自恢復(fù)，延時(shí)分QB(QC，ZKK)，延時(shí)合QA恢復(fù)工作電源，也有QC自恢復(fù)QB的不常用方式。分閘應(yīng)躲過(guò)PCA段失壓時(shí)其廠用電源BZT動(dòng)作的時(shí)間，合閘應(yīng)躲過(guò)開(kāi)關(guān)分閘觸頭的滅弧時(shí)間，并盡量縮短PCM的失壓時(shí)間。

圖1 1，2號(hào)機(jī)380V保安電源一次接線

2 微機(jī)備自投裝置的設(shè)計(jì)邏輯分析

2.1 邏輯結(jié)構(gòu)

CSC-822型保安段電源微機(jī)備自投動(dòng)作邏輯將外部事件分為3類，執(zhí)行邏輯如圖2所示。

動(dòng)作邏輯最終的執(zhí)行條件是：滿足所有的動(dòng)作條件，但不滿足任何一條閉鎖條件，且已完成對(duì)充電器的充電時(shí)，以上狀態(tài)保持時(shí)間均大于邏輯執(zhí)行延時(shí)。

圖2 執(zhí)行邏輯

充電器充滿電的條件是：充電條件滿足且閉鎖條件不滿足的狀態(tài)保持10 s。

動(dòng)作條件指的是邏輯執(zhí)行必須滿足的條件，它們之間是“與”的關(guān)系。

充電條件指的是給充電器充電必須滿足的條件，它們之間是“與”的關(guān)系。

閉鎖條件指的是閉鎖邏輯需要滿足的條件，它們之間是“或”的關(guān)系。一旦閉鎖邏輯滿足，不僅邏輯不會(huì)執(zhí)行，而且會(huì)給充電器放電。

保安3路電源如為非同一電源系統(tǒng)，則只允許1路電源供電投串聯(lián)切換方式，不允許投同期并列切換方式。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)保安電源負(fù)荷電流小，易出現(xiàn)測(cè)量誤判的情況，因而多數(shù)不外接電流判據(jù)。因此，該電廠2臺(tái)機(jī)組CSC-822未接入電流判據(jù)，投串聯(lián)切換方式。

此外，該裝置還設(shè)有PT斷線的檢測(cè)功能。

(1) 裝置通過(guò)采集母線2個(gè)線電壓(UAB，UBC)進(jìn)行比較，當(dāng)其中一個(gè)線電壓大于有壓定值(85 V)，另一個(gè)線電壓小于失壓定值(70 V)的狀態(tài)持續(xù)10 s時(shí)，發(fā)母線PT斷線信號(hào)并總閉鎖。

(2) 當(dāng)工作進(jìn)線斷路器的位置處于合位，采集PTA電壓(UAB)大于失壓定值，而PTM電壓小于失壓定值狀態(tài)持續(xù)10 s時(shí)，發(fā)母線PT斷線信號(hào)并總閉鎖(勿需PTM刀閘閉鎖)。

(3) 當(dāng)PTA或PTB電壓小于失壓定值狀態(tài)持續(xù)10 s時(shí)，發(fā)母線PT斷線信號(hào)且不閉鎖。

2.2 備自投(正切)功能

正確判斷QA，QB，QC的開(kāi)關(guān)位置及PTA，PTB，PTM電壓，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要人為預(yù)先指定工作電源及自恢復(fù)電源。一般PCA段為工作電源和自恢復(fù)電源。BZT邏輯如圖3所示。

(1) 判斷PTA失壓且PTM失壓，則延時(shí)分QA(QA及QC分位)；若PTB有壓，則延時(shí)合QB。

(2) 判斷QA偷跳且PTM失壓，則QA及QC分位；若PTB有壓，則延時(shí)合QB。

(3) 判斷上述(1)，(2)邏輯中(PTB失壓或合QB失敗)且QB分位，則延時(shí)合QC，同時(shí)聯(lián)啟啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。

2.3 電源自恢復(fù)(反切)功能

在備用電源投入時(shí)，如果工作電源已經(jīng)恢復(fù)穩(wěn)定，裝置能按指定的“PCA段自恢復(fù)”或“PCB段自恢復(fù)”進(jìn)行串聯(lián)切換，手動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)到選擇的工作電源。一般PCA段為工作電源。

(1) QB自恢復(fù)QA：選擇“PCA為工作電源”，“PCA段自恢復(fù)”；PTM有壓，PTA有壓及QC分位，則延時(shí)分QB；QB分位，延時(shí)合QA。BZT自復(fù)(QB至QA)邏輯如圖4所示。

(2) QC自恢復(fù)QA：選擇“PCA為工作電源”，“PCA段自恢復(fù)”；PTM有壓，PTA有壓及QB分位，則延時(shí)分QC，同時(shí)停柴油發(fā)電機(jī)；QC分位，延時(shí)合QA。BZT自復(fù)(QC至QA)邏輯如圖5所示。

自復(fù)邏輯條件表(串聯(lián)切換)如表1所示。

圖3 BZT邏輯

圖5 BZT自復(fù)(QC至QA)邏輯

表1 自復(fù)邏輯條件表(串聯(lián)切換)

3 微機(jī)備自投裝置的硬件結(jié)構(gòu)

CSC-822型保安電源微機(jī)備自投裝置的硬件采用1只4U機(jī)箱分體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分為主機(jī)和MMI 2部分，由以下各插件組成：

(1) 電源插件(PW)1塊：負(fù)責(zé)為裝置提供穩(wěn)定的工作電源；

(2) 管理插件(CM)1塊：負(fù)責(zé)對(duì)邏輯執(zhí)行、IO插件、內(nèi)部通訊(DP 通道)、遠(yuǎn)程通訊、人機(jī)界面的管理；

(3) 開(kāi)出插件(DO)2塊：負(fù)責(zé)完成跳合閘控制，動(dòng)作、告警信號(hào)等開(kāi)關(guān)量輸出的任務(wù)；

(4) 開(kāi)入插件(DI)2塊：負(fù)責(zé)采集開(kāi)關(guān)量信號(hào)；

(5) 交流插件(AI)1塊：負(fù)責(zé)對(duì)電壓的采集；

(6) 人機(jī)接口模塊(MMI)1塊：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能。設(shè)有定值查詢、修改，功能投退、模擬量、開(kāi)關(guān)量工況監(jiān)視，動(dòng)作、報(bào)警、操作報(bào)文顯示，裝置自檢、異常報(bào)警等微機(jī)裝置常用功能。屏上設(shè)有PTA，PTB，PTM二次空開(kāi)各1只，裝置工作直流電源空開(kāi)1只，電源開(kāi)關(guān)分、合出口硬壓板3只共6塊，復(fù)歸按鈕1只，自恢復(fù)按鈕1只，各功能硬壓板等操作元件。

4 試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)圖1所示的保安電源一次接線，分別模擬PCM失壓BZT正切、PCA電源恢復(fù)時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)自恢復(fù)反切的動(dòng)作邏輯。試驗(yàn)前應(yīng)滿足BZT動(dòng)作的條件：“備投投入”、“工作電源”(選定PCA段)、“自恢復(fù)電源”(選定PCA段)壓板投入，“告警”燈滅，“充電”燈亮，自恢復(fù)時(shí)“自復(fù)允許”燈閃爍，動(dòng)作后“備投動(dòng)作”燈亮。每個(gè)動(dòng)作只執(zhí)行1次，必須手動(dòng)復(fù)歸裝置信號(hào)才能進(jìn)行第2輪的動(dòng)作。出現(xiàn)裝置故障(告警1燈閃爍)、母線電壓異常信號(hào)時(shí)會(huì)進(jìn)入總閉鎖。單試裝置時(shí)人為模擬QA，QB，QC開(kāi)關(guān)狀態(tài)，退出其分、合出口壓板；帶開(kāi)關(guān)整組試驗(yàn)時(shí)投入出口壓板。

做每項(xiàng)試驗(yàn)裝置切換時(shí)應(yīng)檢查面板“備投動(dòng)作”等指示燈、顯示屏動(dòng)作報(bào)文中含有各開(kāi)關(guān)分、合切換過(guò)程及切換時(shí)間等相關(guān)信息后，方可對(duì)照定值檢查其切換正確性。

4.1 有壓、失壓定值整定

在BZT裝置設(shè)計(jì)邏輯中，當(dāng)切換時(shí)備用電源開(kāi)關(guān)合上后不再檢測(cè)電壓，且只啟動(dòng)切換1次，因此試驗(yàn)儀所設(shè)狀態(tài)1、狀態(tài)2、狀態(tài)3的持續(xù)時(shí)間大于分、合開(kāi)關(guān)時(shí)間定值時(shí)不會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。

用微機(jī)繼電保護(hù)試驗(yàn)儀的電流電壓菜單在PTA或PTB空開(kāi)加電壓100 V，然后降壓至BZT裝置面板告警2燈亮為失壓定值，升壓至告警2燈熄為有壓定值。在PTM空開(kāi)加3相電壓100 V，然后分別降A(chǔ)，C相電壓來(lái)對(duì)應(yīng)降UAB，UBC電壓，直至裝置面板告警1燈閃爍(總閉鎖)，以校驗(yàn)?zāi)妇€UAB，UBC失壓定值。試驗(yàn)電壓定值不合格時(shí)應(yīng)在定值菜單中重新調(diào)整，直至試驗(yàn)合格。

4.2 模擬試驗(yàn)

(1) 模擬分QA、合QB正切。用PZH-TM斷路器模擬試驗(yàn)裝置替代QA，QB，并受BZT開(kāi)出分、合控制，QA，QB開(kāi)接點(diǎn)接入BZT。設(shè)置試驗(yàn)儀第1組電壓狀態(tài)序列菜單，狀態(tài)1為正常的3相線電壓大于有壓定值85 V，結(jié)束方式為按鍵控制；狀態(tài)2為3相線電壓小于失壓定值70 V，結(jié)束方式為3 s(大于1.5 s分QA，加1 s合QC)的時(shí)間控制；狀態(tài)3為3相線電壓大于85 V，結(jié)束方式為按鍵控制。第1組3相電壓接至PTM空開(kāi)，其中2相接至PTA空開(kāi)。第2組電壓的3個(gè)狀態(tài)線電壓均大于85 V，結(jié)束方式與第1組電壓方式相同，2相電壓接至PTB空開(kāi)。按下試驗(yàn)儀啟動(dòng)鍵進(jìn)入狀態(tài)1為正常電壓，再次按下啟動(dòng)鍵進(jìn)入狀態(tài)2為PTA，PTM同時(shí)失壓，最后自動(dòng)進(jìn)入狀態(tài)3恢復(fù)正常電壓結(jié)束。試驗(yàn)結(jié)果為：延時(shí)定值1.5 s分QA，再經(jīng)延時(shí)定值0.3 s合QB。

(2) 模擬分QA、合QC正切。退出BZT開(kāi)出合QB或設(shè)第2組至PTB空開(kāi)的3個(gè)狀態(tài)電壓均小于85 V，其他與上述(2)項(xiàng)相同。試驗(yàn)結(jié)果為：延時(shí)1.5 s分QA，再經(jīng)延時(shí)0.3 s+0.5 s或0.5 s合QC。

(3) 模擬PTM故障閉鎖。第1組3相電壓接至PTM空開(kāi)、第2組2相電壓接至PTA空開(kāi)、PTB空開(kāi)，其他與上述(2)項(xiàng)相同。試驗(yàn)結(jié)果為：閉鎖裝置、不啟動(dòng)切換。

(4) 模擬QA偷跳、合QB。設(shè)狀態(tài)2結(jié)束方式為0.5 s時(shí)間控制，斷開(kāi)QA接點(diǎn)的同時(shí)操作進(jìn)入狀態(tài)2，其他與上述(4)項(xiàng)相同。試驗(yàn)結(jié)果為：延時(shí)0.3 s合QB。

(5) 模擬分QB、合QA反切。設(shè)狀態(tài)1結(jié)束方式為1.7 s時(shí)間控制，操作進(jìn)入狀態(tài)1的同時(shí)手按自恢復(fù)按鈕，其他與上述(5)項(xiàng)相同。試驗(yàn)結(jié)果為：延時(shí)1.5 s分QB、0.3 s合QA。

4.3 帶開(kāi)關(guān)整組傳動(dòng)試驗(yàn)

(1) 正切分QA、合QB。正常運(yùn)行方式(QA在合位，QC及QB在分位)下，模擬工作段PCA失壓，PTB有壓動(dòng)作過(guò)程：同時(shí)斷開(kāi)PTM，PTA二次空開(kāi)，延時(shí)定值1.5 s分QA，再經(jīng)延時(shí)定值0.3 s合QB，約5 s后合上述PT二次空開(kāi)。

(2) 實(shí)際正切分QA、合QB。有條件時(shí)，人為停工作段PCA的供電電源，延時(shí)定值1.5 s分QA，再經(jīng)延時(shí)定值0.3 s合QB。

(3) 正切分QA、合QC。模擬PTM，PTA及PTB失壓BZT動(dòng)作過(guò)程：同時(shí)斷開(kāi)PTM，PTA及PTB輸出電壓小空開(kāi)，延時(shí)定值1.5 s分QA，再經(jīng)延時(shí)定值0.5 s合QC，同時(shí)聯(lián)啟啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)建壓正常后自動(dòng)合ZKK斷路器，柴油發(fā)電機(jī)供PCM電源，約5 s后合上述PT二次空開(kāi)。

(4) 正切分QA、合QB失敗、合QC。正常運(yùn)行方式下，斷開(kāi)QB控制電源，模擬PTM，PTA失壓，PTB有壓動(dòng)作過(guò)程：首先斷開(kāi)QB控制電源，然后同時(shí)斷開(kāi)PTM，PTA二次空開(kāi)，BZT延時(shí)定值1.5 s分QA，再經(jīng)延時(shí)定值0.3 s合QB，合QB失敗，再經(jīng)延時(shí)定值0.5 s合QC，同時(shí)聯(lián)啟啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)供PCM電源。約5 s后合上述二次空開(kāi)，恢復(fù)QB控制電源。

(5) QA偷跳、合QB。正常運(yùn)行方式下，同時(shí)存在PTA有壓、PTB有壓、QA偷跳PTM失壓過(guò)程：實(shí)際手跳QA，延時(shí)定值0.3 s合QB。

(6) 反切分QB(QC)、合QA。當(dāng)QB(QC)供電時(shí)，投入對(duì)應(yīng)的工作電源、自恢復(fù)電源的壓板，在工作電源恢復(fù)后，手按自恢復(fù)按鈕，延時(shí)1.5 s分QB(QC)、0.3 s合QA。

5 結(jié)束語(yǔ)

模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，CSC-822保安電源微機(jī)備自投裝置在各種運(yùn)行工況下的動(dòng)作結(jié)果均符合設(shè)計(jì)邏輯。該裝置已在電廠中被廣泛應(yīng)用，并經(jīng)受住了多次保安電源失電切換的考驗(yàn)。

對(duì)新安裝的設(shè)備，在投運(yùn)前必須做好裝置設(shè)計(jì)邏輯檢查、定值整定、帶開(kāi)關(guān)整組傳動(dòng)試驗(yàn)；在運(yùn)行中應(yīng)巡視檢查裝置面板各正常指示燈、異常報(bào)警燈、顯示電壓是否正常；定期在每年的停機(jī)檢修中做好檢查、傳動(dòng)試驗(yàn)來(lái)確保電源系統(tǒng)設(shè)備、回路的完好。同時(shí)，還必須在運(yùn)行監(jiān)控室裝設(shè)第一保安備用電源開(kāi)關(guān)事故緊急合閘硬操按鈕和監(jiān)視燈。

參考文獻(xiàn)：

1 國(guó)家電力公司.防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

2 河南省電力工業(yè)局.火電廠電氣設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1995.

3 錢亢木.大型火電廠廠用電系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

4 唐 俊.備自投裝置充電邏輯回路的改進(jìn)[J].電力安全技術(shù)，2013(5).

楊 碩(1986-)，工程師，主要從事電廠自動(dòng)化及二次系統(tǒng)維護(hù)、試驗(yàn)工作。

傅建華(1974-)，工程師，主要從事電廠自動(dòng)化及二次系統(tǒng)繼保維護(hù)工作。

許海標(biāo)(1983-)，助理工程師，主要從事電廠自動(dòng)化及二次系統(tǒng)繼保維護(hù)工作。

李校東(1974-)，助理工程師，主要從事電廠自動(dòng)化及二次系統(tǒng)繼保維護(hù)工作。

2014-12-04。

昌進(jìn)國(guó)(1962-)，工程師，主要從事電廠自動(dòng)化、二次系統(tǒng)技改設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)工作以及繼保維護(hù)工作，email：cjg8084@ 163.com。