300MW 火電機組保安電源系統控制優化探討

薛彥龍

（三門峽華陽發電有限責任公司，河南 三門峽 472100）

前言

保安負荷其實指的是發電機組的正常運作安全，因此在發電機組出現事故停機或者某個單元系統停機時，一定要保證運行負荷的安全性主，主要包括控制系統電源交流電源和汽輪機的油泵電源的，一定要具有安全的負荷[1-2]。一旦發生故障之后，保安負荷停運將會使整個機組的設備出現損壞和系統失靈等問題，最終造成機組非正常停運延遲，火電機組修復和恢復供電的時間，在經濟損失上具有不可估量的影響。我國大中型火力發電設計規范當中具有相關的規定，200MW 和以上的火力發電機組都需要設置交流保安電源，來確保發生故障時的保安負荷，可以提供正常的交流電源，這樣的方式將進一步保障電場在出現故障時可以繼續安全運行。本文通過對某個300MW 的火電機組進行保安電源的切換邏輯設計和二次測控回路的設計，進行深入的探討與分析，尋找出現故障和存在缺陷的原因，通過對兩方面的設計進行優化，合理的對配置進行改善以后，提高了保安電源切換的安全與可靠性[3-4]。

一、常用保安電源接線運行方式

某個電廠的一期，主要有兩臺300MW 的發電機組，每臺機組都采用兩段6000 伏的常用工作進行供電，并且常用段設置了兩臺都是400 伏的低壓工作段。在發電機組正常運行過程當中，兩臺機組各自的PC 段將會為400 伏的保安段負荷供電，一旦出現故障時，第2 臺300MW 的發電機組正常運行，整個400 伏保安段將會有400 伏的低壓廠用工作PC 端進行供電。PCL 控制系統將會在工作電源開關跳閘時，向第1 臺發電機組發送閉合閘的信號并且實施該命令，如果第1 臺備用電源的開關沒有在設定以后的時間范圍內進行關閉閘門的指令，則PLC 控制系統將會向第2 臺備用電源機組發出合閘的信號，并且實施該指令。這里需要說明的是，在備用工作電源進行核查時，一定要對工作電源的進線開關進行全面的檢查，確保其已經處于合理的分閘位置上，才能在PLC 控制邏輯系統發出號令時及時進行合閘。

二、事故概況及主要原因分析

（一）常用保安電源失電過程

在第2 臺發電機組進行檢修過程中，保安段的工作電源促使A 開關合閘供電，而工作電源進線的B 開關則進行檢修，第2 臺備用電源進線C 開關還處于熱備用的狀態。在這個過程當中，電源A 開關的變壓器發生故障，最終導致PLC 控制系統錯誤，判斷保安系統的母線電壓出現異常，隨后出現A 開關執行斷開電源的程序。在此過程中，第2 臺備用電源的進線開關也沒有出現閉合的狀態，因此導致了第2 臺發電機組的保安段缺乏供電。

（二）問題原因分析

1.PLC 控制系統判據單一。PLC 控制系統對該機電組400 伏的保安段母線出現低電壓的異常現象，存在著邏輯簡單和判斷錯誤的問題，工作電源的進線開關在和備用電源進線開關都安裝了電壓變送器進行徑線時，會對兩處開關的電壓進行實時的檢測與采樣，從而計算出線電壓的值，并且將二次值輸出給PLC 控制系統，PLC 控制系統，根據該數據會做出母線電壓異常的判斷，但是母線真正出現異常時，并不能夠使開關之間進行正常的切換，因為電源開關進線處的電壓保險熔斷或者變壓器發生故障的時候，其實母線電壓是正常的，而PLC 控制系統仍然會由于母線電壓異常而錯誤的跳斷電源進線開關，從而使整個備用電源投入到工作當中。2.聯起回路設計不合理。三路的電源清線開關合閘回路，在設計過程當中都是由于串聯另外兩個開關而出現跳位的現象，當開關分閘的時候卻處于閉合狀態，因此在開關運行的過程當中，如果備用電源的開關和第二備用電源的省的開關都處于斷開的狀態，為了保證工作電源的開關可以閉合，并且保持電路通暢，將會是兩個備用電源的開關，回路串聯到工作電源上，最終將會處于斷路的狀態。而在保安電源切換過程中，PLC控制系統將會發出電源開關跳閘的指令后使兩個電源開關閉合，然后再切換到第二電源開關，這個設計會發現在任意一個開關進行檢修時，將會串聯到其他沒有閉合的開關，導致其他沒有閉合開關進行串聯以后合閘，從而使整個回路出現斷路的問題。總而言之，上述這兩個問題就是造成保安段失電的主要原因，因此我們應針對這兩個問題來采取有針對性地解決措施，以有效地排除相關的事故故障。

三、解決問題的可行性優化方案

針對以上提出的兩種問題可以進行一定的解決，首先就需要清楚工作電源和兩個備用電源的開關中，如果任意一個開關處于閉合狀態時，出現開關電路回路的保險絲熔斷或者電壓器故障時，一定要保證400 伏母線電壓是正常的，從而使PLC 控制系統檢測的判據不會只根據母線電壓而進行指令的發送。因此在母線電壓接線處可以增加一組電壓變送器，使PLC 控制系統在檢測過程當中不是直接檢測母線電壓，而是檢測不同段的電壓變送器是否正常。針對第2 個問題，可以在三個電源進線開關處，多加一個轉換開關的裝置，這樣的裝置可以使整個系統在進行檢修時不至于三個開關進行串聯，從而導致另外兩個備用開關不會出現異常。加裝以后要對不同的位置，做好試驗開關和檢修三項標志，從而使新增的轉換開關可以正確與本路的開關進行連接。除此之外，針對電源開關合閘回路接點的問題，我們可以在各路電源的進線開關處安裝一個轉換開關，并做好標識。如果電源開關合閘回路接點出現問題，就可以通過對開關檢修來進行有效解決。具體表現為，當進行開關的檢修工作時，我們需要將此開關拉到檢修的位置前，然后將轉換開關切換到開關檢修的位置上，這樣即可連接另外兩臺開關合閘回路中的跳位閉鎖接點，從而使合閘回路能繼續保持暢通。

四、控制邏輯與保護配合研究

一般情況下，當某一負荷出現單相接地短路的相關故障時，如果系統的電壓的對稱性并沒有遭到任何破壞，并且流經故障點的電流也只是系統的電容電流，那么由于故障電流的數值較小，所以即便發生了相關的短路故障，系統也會繼續維持運行狀態。但是隨著時間的推移，隨著非故障相對降壓的不斷提高，很有可能會將設備的絕緣擊穿，那么最后就會呈現相間短路，多相接地的現象，并且這些現象一旦出現，就會導致短路的電流瞬間增大，而線電壓會快速降低。此時，出于保護負荷的目的，快速過流保護就會啟動并切除故障點。那么這時故障點的電壓就會有所降低，進而導致保安段母線的電壓也會有所降低，若此時PCL 的控制邏輯判斷保安段母線電壓顯示異常，就會發出切斷保安電源的指令。

（一）保護配置情況

當前保安段系統的保護配置主要分為兩類，一類是電源進線開關所使用的框架斷路器，一類是負荷類開關所使用的塑殼斷路器。并且還有部分負荷裝油馬達控制器保護裝置。而所配置保護種類一般包括負荷保護，剩余電流保護，施壓重啟動保護等等。而保安系統中還有一部分負荷，如空預器油泵、火檢風機等，因此在二期機組組建的開始階段，如果沒有對保護裝置進行考慮，那么當上述的負荷處出現相間短路等復合性故障時，只能靠該電源進線開關處過流保護的跳閘來切斷故障點這一種方式。

（二）存在的主要問題

通常情況下，要想驅使保安段切換邏輯一般會采用以下兩種方式，一種是工作電源進線開關自身的跳閘，一種是因母線電壓為異常狀態而導致的工作電源進線開關分閘。所以此時不管是因為故障短路，電流的增大而導致其出現保護動作，還是因故障出現導致母線電壓造成電源開關切換，相應的故障點依然沒有得到有效解決。并且備用電源開關的合閘條件經過一定的改善處理后，開關進線上口和母線電壓均符合相關標準，滿足相關要求，那么如果故障點沒有被切除，保安電源就會繼續地進行循環切換，而這樣一定會造成故障越級的情況，進而在此基礎上擴大故障的波及范圍，嚴重時還會造成重要機械設備的損壞，以及影響整個機組的正常使用。而如果保安段母線處出現了故障點，那我們就需要依靠工作電源的進線開關的過流保護來對其進行切除。而此時PCL 控制系統內部邏輯切換就會發出指令，而控制回路中用于合閘和分閘的中間繼電器運行的時間，以及開關合閘和分閘的時間，都與保護的延時動作時間大體一致。那么由此可以說明，當上述情況發生時，電源開關切換會首先實行保護動作，但是如果非常頻繁地進行切換操作，那么就會使故障點因失去電源而導致電流的大小受到波及，從而不能滿足相關的保護動作條件，所以保護與控制系統中會存在時間級差配合不當的問題。除此之外，當區外發生故障時，也非常有可能引起保安段母線電壓的降低，并使其達到相應的切換動作值，那么此時也會由于PCL 邏輯判斷的時間較短，而導致保安段進行無事故地切換。

（三）改進處理措施

首先對于自身沒有任何保護裝置的保安負荷，為了有效避免其發生復合性的故障問題，而無法實現對自身的保護，我們就應該按照其原有的配置保護方案來進行深化配置，從而當故障出現時能在第一時間的做出反應并迅速地采取對故障的切除，以避免出現故障越級跳閘的現象，從而在此基礎上有效保障保安電源系統的安全穩定運行。而對于保安電源母線所出現的故障，則需要在PCL 切換指令邏輯中增加不低于0.7 秒的延時時間，從而使得切換指令在發出之后，直到電源完成切換時，此過程不會超過1 秒，進而通過該方式來保證切換控制與瞬時過流保護，以及區外過流保護之間滿足相應的極差時間要求，進而達到最終的保護效果。并且在此過程中需要注意的是，當保安電源切換邏輯增加延時后，保安負荷會在實際的切換過程中依靠馬達控制器的保護裝置來實現自啟動，所以在此過程中并不需要擔心，因切換時間的過長而導致保安負荷失去相關保護的問題。除此之外，當工作負荷因故障發生跳閘時，機組的DSC 系統會實現其的無延時啟動，所以當相關的工作人員完成相應的檢查負荷處理后，就可以將其投入至熱備用狀態。

結論

本文對300MW 的兩臺發電機組的保安電源系統，在檢修過程中容易出現的問題進行分析，并且利用PLC 控制系統邏輯配置的設計優化和電源與保安系統開關的優化設計，施政使整個發電機系統在檢修過程中可以在電源段開始靈活可靠地切換到保安系統上，為后續機組檢修和保安系統的保護配置工作增加一定的經驗。并且由于PCL 控制系統具有邏輯靈活，組裝方便等優點，所以保安電源系統通過對其的利用，實現了與保護之間的合理配合，同時通過對DSC 系統的有效利用，實現了保安電源的自動投入，從而在相關技術的改造升級后，使電源開關動作和切換變得更加靈活，穩定，進而在實現300MW 火電機組保安電源系統控制優化的基礎上，為機組的安全穩定運行奠定堅實的基礎。