300 MW 機組保安段回路改造的應用分析

王學軍

（山西臨汾熱電有限責任公司， 山西 臨汾 041000）

0 引言

發(fā)電廠保安電源是為了保證機組在全廠停電的情況下仍然可以給發(fā)電廠內重要的保安負荷供電，確保機組能夠安全停運[1-2]。近年來，各發(fā)電廠逐漸形成了雙回出線的形式，增加了輸電線路發(fā)生故障的風險以及發(fā)電廠全停的幾率。 在這種情況下，廠用電源是否能夠安全停機面臨著巨大的考驗，對保安電源的可靠性也提出了更高的要求[3]。 山西臨汾熱電有限責任公司為解決1 號機組保安段在運行中發(fā)生的故障，共進行過3 次改造，以確保保安段邏輯正確。

1 3 次改造原因分析及解決方案

1.1 保安段邏輯第一次改造

1.1.1 機組投運時的保安段邏輯

保安段電源的正常切換是利用柴油發(fā)電機的斷路器和交流事故保安段上的工作電源進線斷路器相互聯(lián)鎖實現的。在正常運行情況下，保安段由保安工作進線的某一個分支供電（AZKK 合位），當該分支斷開時柴油發(fā)電機的控制柜聯(lián)鎖另外一個工作分支BZKK 合閘；當保安段母線電壓失壓時，經3～5 s 延時（躲開繼電保護和備用電源自動投入時間），通過保安段母線電壓監(jiān)視繼電器及輔助繼電器聯(lián)動柴油發(fā)電機自動啟動， 同時聯(lián)鎖保安段上工作電源進線斷路器AZKK、BZKK 跳閘和柴油發(fā)電機斷路器ZKK1 合閘，柴油發(fā)電機開始向保安段母線供電。 當保安段工作電源恢復時，保安段應實現反同期功能，切換至工作電源， 停機工作由值長按程序自動停機或手動停機。停機時，由反同期可編程邏輯控制器控制柜依次跳開柴油發(fā)電機斷路器ZKK0 及保安段進線斷路器ZKK1。 在正常工作時，機組能實現帶載試驗功能。閉鎖柴油機控制屏上手動和自動啟動功能，可安全進行設備維護和檢修。

1.1.2 機組投運后保安段邏輯缺陷

為保證柴油發(fā)電機正反同期并網功能，柴油發(fā)電機參與了保安段A、B 路電源AZKK 和BZKK 開關的合跳功能，其啟動判據不是以保安段失電為依據，而是以市電A、B 段電壓是否正常為依據。 當柴油發(fā)電機檢測到AZKK 或BZKK 開關上口電壓采樣信號正常時， 分布式控制系統(tǒng)DCS（distributed control system）遠方、就地均無法自由分、合AZKK和BZKK 開關， 致使保安段發(fā)生誤動掉閘風險極大。 同時邏輯回路中，24 V 直流電源失電將直接聯(lián)跳保安段市電電源開關， 導致保安段正常運行中無法進行24 V 蓄電池更換保養(yǎng)等工作。 2012-12-26T10：10， 設備維護部鍋爐專業(yè)維護人員在進行1號柴油發(fā)電機保養(yǎng)維護工作時， 維護人員在未采取防范措施情況下，廠家工作人員斷開蓄電池電源，因保護設計不合理，導致1 號機組電氣保安段失電。

1.1.3 保安段邏輯第一次改造內容

在1 號機組等級檢修時對1 號柴油發(fā)電機控制系統(tǒng)邏輯進行了改造，改造后柴油發(fā)電機不再參與保安段 A、B 路電源 AZKK 和 BZKK 開關的合分，改由DCS 系統(tǒng)進行控制，保安段A、B 路電源失電后將直接啟動柴油發(fā)電機， 同時24 V 直流電源失電將不再聯(lián)跳保安段市電電源開關，具體實施內容如下。

a） DCS 系統(tǒng)增加保安段母線失電測點， 用來監(jiān)測保安段是否帶電。DCS 系統(tǒng)增加保安段電壓聯(lián)鎖按鈕，用來投切保安段AZKK、BZKK、ZKK0、柴油發(fā)電機之間的聯(lián)鎖。

b） 機組正常運行情況下， 以爐PC A 段供電、AZKK 開關合閘、 保安段電壓聯(lián)鎖在投入位為例，當DCS 系統(tǒng)檢測到保安段母線失電時，DCS 發(fā)分AZKK 指令，合 BZKK 指令。 當 3 s 內檢測到 BZKK已合且保安段母線失電信號消失時，認為BZKK 合閘正常，不聯(lián)啟柴油發(fā)電機。 當3 s 內檢測到保安段母線失電信號仍然存在時， 認為BZKK 合閘失敗，發(fā)分 BZKK 指令。 檢測到 AZKK、BZKK 均在分位時，同時DCS 聯(lián)啟柴油發(fā)電機，合柴油發(fā)電機出口開關ZKK0，柴油發(fā)電機在14 s 內自檢測建壓正常后，柴油發(fā)電機聯(lián)合出口開關ZKK1，給保安段供電。 當市電恢復正常后，將柴油發(fā)電機控制面板上打到“手動”位，DCS 系統(tǒng)保安段電壓聯(lián)鎖按鈕打在“退出” 位， 手動停止柴油發(fā)電機，DCS 遠方合AZKK 開關，保安段恢復正常運行方式。

c）機組正常運行情況下，如果是爐PC B 段供電，BZKK 開關合閘，保安段電壓聯(lián)鎖在投入位，當DCS 系統(tǒng)檢測到保安段母線失電時，DCS 發(fā)分BZKK 指令， 合 AZKK1 指令。 當 3 s 內檢測到AZKK 已合且保安段母線失電信號消失時， 認為AZKK 合閘正常，不聯(lián)啟柴油發(fā)電機。當3 s 內檢測到保安段母線失電信號仍然存在時，認為AZKK 合閘失敗，發(fā)分AZKK1 指令。檢測到AZKK、BZKK 均在分位時，同時DCS 聯(lián)啟柴油發(fā)電機，合柴油發(fā)電機出口開關ZKK0，柴油發(fā)電機在14 s 內自檢測建壓正常后，柴油發(fā)電機聯(lián)合出口開關ZKK1，給保安段供電。 當市電恢復正常后，將柴油發(fā)電機控制面板上打到“手動”位，DCS 系統(tǒng)保安段電壓聯(lián)鎖按鈕打在“退出”位，手動停止柴油發(fā)電機，DCS 遠方分ZKK0 開關，合AZKK 開關，保安段恢復正常運行方式。

d） 在 DCS 內增加 AZKK、BZKK、ZKK0 等 3 個開關之間互相閉鎖邏輯。

1.1.4 保安段邏輯第一次改造效果

柴油發(fā)電機邏輯改造結束后，對1 號柴油發(fā)電機進行單體試驗，驗證確已具備預期功能。 在1 號機組 DCS 系統(tǒng)對保安段 A、B 電源開關 AZKK1、BZKK1 進行分合閘試驗，分合閘正常，同時驗證1號柴油發(fā)電機就地控制屏電源控制開關無法對AZKK1、BZKK1 進行合分；1 號機組保安段 A 電源AZKK1 分閘后 B 電源 BZKK1 聯(lián)動正常，B 電源分閘后柴油發(fā)電機聯(lián)動正常，柴油發(fā)電機啟動以保安段是否失電作為判據； 柴油發(fā)電機24 V 電源甩線失電后發(fā)“柴油發(fā)電機控制電源消失”信號，但不再聯(lián)跳保安段市電電源開關；對1 號柴油發(fā)電機分別進行就地手動空載啟動、遠方自動空載啟動、事故狀態(tài)啟動帶載試驗，試驗結果正常。

1.2 保安段邏輯第二次改造

1.2.1 保安段邏輯第一次改造后的缺陷

保安段邏輯第一次改造后， 在多次試驗中發(fā)現，A、B 段進線開關之間切換由DCS 控制，而DCS啟動切換B 段進線開關時間過長，導致保安段重要負荷失電，對設備的安全帶來了極大的隱患。

1.2.2 保安段邏輯第二次改造內容

第二次改造時新增快切裝置1 套，實現保安段電源進線開關快速切換。 正常運行時，保安段母線由工作電源供電，當工作電源側發(fā)生故障時，快切先跳開工作電源開關，然后合備用電源。 待故障排除后，可實現裝置手動啟動，手動啟動由DCS 遠程操作，自動從保安B 段進線切回保安A 段進線，以實現正常運行。 若快切裝置啟動后，B 段電源開關拒合或即使合上發(fā)現母線電壓不能恢復正常工作，則裝置發(fā)出信號，并將已經合上的B 段電源開關跳開， 防止柴油發(fā)電機啟動后將電源倒送至電網，此時快切給DCS 發(fā)一個“切換電源失敗”的遙信，由DCS 啟動柴油發(fā)電機。 拆除保安段的失電繼電器，刪除保安段母線失電信號聯(lián)啟柴油發(fā)電機邏輯，同時將 DCS 上原 AZKK、BZKK、ZKK0 等 3 個開關之間聯(lián)鎖邏輯去除。柴油機的啟停及柴油機與母線之間斷路器的合分閘均不需要快切控制。裝置手動切換失敗不發(fā)出此信號。

1.2.3 保安段邏輯第二次改造效果

本次改造結束后對保安段邏輯進行了試驗，保安段在A 段失電時成功切換至B 電源， 母線電壓恢復正常，不掉負荷；在B 電源開關拒合或即使閉合但母線仍然失壓，則快切裝置發(fā)“啟動柴油發(fā)電機”命令，柴油發(fā)電機聯(lián)啟正常。

1.3 保安段邏輯第三次改造

1.3.1 保安段邏輯第二次改造后的缺陷

在1 號機的一次檢修工作過程中扳手滑落，導致鍋爐PC 段A 相母線接地短路，1 號機鍋爐PC段母線及保安段失電，就地檢查發(fā)現保安段失電后柴油發(fā)電機并未聯(lián)啟。 后經對保安段邏輯檢查發(fā)現，1 號機保安段快切裝置可以實現保安段兩個電源進線開關快速切換， 但不能滿足保安A、B 段失電聯(lián)啟柴油發(fā)電機的要求，保安段邏輯僅靠快切裝置給DCS 發(fā)一個切換失敗的信號來啟動柴油發(fā)電機，而切換裝置僅在正常切換不成功時發(fā)切換失敗信號，并未涉及現場其他各種失電情況。 柴油發(fā)電機不聯(lián)啟，導致保安段重要負荷失電，嚴重威脅發(fā)電機汽輪機等主設備的安全。

1.3.2 保安段邏輯第三次改造內容

因第二次改造的邏輯缺失導致保安段的嚴重不可靠，故對保安段進行第三次改造，通過對二次回路檢查以及對DCS 邏輯進行梳理， 恢復原保安段的失電繼電器和保安段母線失電信號聯(lián)啟柴油發(fā)電機邏輯， 同時恢復 DCS 上原 AZKK、BZKK、ZKK0 等3 個開關之間部分聯(lián)鎖邏輯。

1.3.3 保安段邏輯第三次改造效果

改造完成后進行了多次試驗，保安段失電柴油發(fā)電機聯(lián)啟正常。

2 方案結果分析及結論

經過上面3 次對保安段二次回路進行改造以及對DCS 邏輯的梳理，保安段邏輯正確，各設備聯(lián)啟正常。現存的隱患為柴油發(fā)電機啟動邏輯仍靠失電繼電器動作啟動（無壓啟動），沒有母線電壓互感器 PT（potential transformer）斷線以及進線 PT 斷線檢測功能，失電繼電器的質量好壞直接決定著柴油發(fā)電機能否啟動成功，也易造成失電繼電器故障誤跳保安段，對設備帶來極大的隱患，故需要后期將保安段快切裝置更換為發(fā)電廠保安段專用快切裝置，徹底解決保安段邏輯問題。

3 結束語

發(fā)電廠交流事故保安電源系統(tǒng)供電的可靠性直接關系到發(fā)電機組設備安全停機的成敗。為了保證保安段電源的可靠性，繼保專業(yè)經過對二次回路進行檢查以及對DCS 邏輯進行了梳理， 在保安段安裝失電繼電器， 同時將DCS 上原保安A、B 段電源切換的邏輯去除。 通過現場多次試驗，保安段失電柴油發(fā)電機聯(lián)啟正常，成功解決了這一重大安全隱患，為機組的安全穩(wěn)定運行做出了貢獻。