660MW機組保安電源系統的改造與調試探討

華電新鄉發電有限公司 孫鵬濤

大型發電機組保安電源作為保護重要設備的最后防線，在發電廠中起著至關重要的作用。然而部分保安電源的設計上存在一定缺陷，突發事件造成的保安電源失電會引起設備損壞事故的發生，因此提高保安電源供電可靠性顯得尤為重要。

保安電源的選擇決定著整個保安電源系統的可靠性。保安電源的選擇是多樣的，起動和切換方式各異，一般以快速起動的柴油機組為基礎，因機組容量、接線方式等的不同，結合各電廠的實際情況又有一些差別，這些差別導致了保安電源的可靠性和靈活性的差異。鑒于保安電源系統負荷的重要性，當機組保安電源失壓后，如果柴油發電機因故障不能夠及時啟動，將會嚴重影響機組的安全穩定停運。因此，非常有必要考慮當柴油發電機故障后如何保證事故保安電源的供電可靠性問題。

本文以華電新鄉發電有限公司（以下簡稱新鄉公司或公司）的保安電源系統為例，介紹了改造的必要性，改造后的調試、運行方式的變化以及對電源系統供電可靠性的提高[1]。

1 改造原因

新鄉公司共有兩臺660MW 發電機組，每臺機組設置400V 保安PC A、B 段。正常運行中，保安PC A、B 段由鍋爐400V PC A、B 段供電。保安段的負荷主要有：汽機保安MCC ，鍋爐保安MCC、脫硫保安MCC、儀控MCC、事故照明MCC、UPS 電源、220V 直流充電電源、110V 直流充電電源、鍋爐側熱工配電箱、汽機側熱工配電箱、鍋爐執行機構、汽機執行機構等。

每臺機組設置一臺柴油發電機組作為本機組的應急保安電源。當該機組保安PC 段失電后，且保安段工作電源進線開關位于斷開位時，柴油發電機組在12秒內建立額定電壓后發出合閘脈沖，400V保安PC 段備用電源開關(柴油發電機電源進線開關)在確保400V 保安PC 段工作進線開關跳閘后合閘[2]。如果柴油發電機因故障不能夠及時啟動，將會嚴重影響機組的安全穩定停運。

大型發電機組保安電源失電后，汽輪機潤滑油泵、盤車電機、頂軸油泵、鍋爐空預器等重要負荷將失電，危及機組安全。正常情況下，柴油發電機作為保安電源的備用電源將啟動，為保安系統供電。然而當保安PC 段失壓后，如果此時柴油發電機因某種故障不能夠及時啟動，保安電源將會長時間失去，汽輪機潤滑油泵、盤車電機等負荷無法運行，汽輪機將會出現化瓦，大軸彎曲等重大設備事故，給發電企業造成重大損失[3]。

鑒于保安電源系統負荷的重要性，非常有必要考慮當柴油發電機故障后如何保證保安PC 段的供電可靠性問題。同時由于柴油發電機出口開關質量差，原型號斷路器已經停產，無法采購備品，斷路器安裝形式為固定式，而且斷路器電源側和負荷側所接電纜較多。當斷路器出現故障需要更換開關時，需要將電源側和負荷側所接電纜引線拆開，開關更換后則需要將電源側和負荷側電纜引線與開關連接，這樣更換開關操作所需要的時間為兩天左右。在更換柴油發電機開關期間，柴油發電機做為事故保安段的備用電源將失去作用，將嚴重威脅發電廠安全運行。

為保證兩臺機組保安PC 段在柴油發電機故障等極端情況下供電的可靠性，在兩臺機組保安PC段之間增加聯絡開關，同時對柴油發電機出口斷路器ABB F 型固定式斷路器進行改造，改造成抽出式斷路器。改造后將提高保安電源可靠性，確保機組安全穩定運行[4]。

2 改造方案

2.1 原保安電源系統設計及邏輯

新鄉公司共2臺660MW 機組，每臺機組設置一臺快速起動的英國大皇冠柴油發電機組（型號：BCP1500P，容量選擇COSΦ4=0.8，Pe=1200kW）作為本單元機組的應急保安電源。每臺機組設置400V 保安PC A、B 段。正常運行中，保安PC A、B 段由鍋爐400V PC A、B 段供電。

保安電源的啟動是根據380V 保安PC 段的電壓進行自動跳、合閘。具體邏輯為：當380V 保安PC段失壓后，380V 保安PC 段電壓互感器柜內的電壓監視繼電器聯鎖跳380V 保安PC 段的工作電源進線開關；如果380V 保安PC A 段或380V 保安PC B段失壓后，且380V 保安PC A 段或380V 保安PC B 段工作電源進線開關位于斷開位時，柴油發電機組在12秒內建立額定電壓后發出合閘脈沖，380V保安PC 段備用電源開關（柴油發電機電源進線開關）在確保380V 保安PC 段工作進線開關跳閘后合閘。當保安段工作電源正常后，手動停柴油發電機組及斷開有關保安段備用電源進線開關，然后投入保安段工作電源進線開關。

2.2 改造方案

為保證兩臺機組保安PC 段在柴油發電機故障等極端情況下供電的可靠性，主要是在兩臺機組保安PC 段之間增加聯絡開關，具體參見圖1。通過保安電源改造簡圖可以看出，在一臺機組保安PC 段失壓且柴油發電機無法啟動的極端情況下，失壓的保安PC 段能夠從另一臺機組的保安PC 段取得電源，以此提高保安電源供電的可靠性[5]。

圖1 改造前后的保安電源系統圖

對柴油發電機出口斷路器ABB F 型固定式斷路器進行改造，改造成抽出式斷路器，拆除原母排、斷路器靜觸頭連接，根據現場實際制作母排以及連接件。

在每個保安段三個進線電源開關之間增加快速切換裝置，實現電源快速切換功能。切換裝置所有接線、調試工作均由承包方負責。切換要求：工作電源、備用電源、柴油機電源之間可實現自動互切換，開關之間切換回路必須串入閉鎖接點，防止并聯切換，三個開關可實現遠方及就地操作，所有接線必須引致開關柜內的端子排上。所用開關必須使用開關的輔助接點，不能擴展繼電器來增加開頭輔助接點。

2.3 改造的安全措施

開關柜在施工條件滿足安裝要求時方可進行安裝。開關柜在安裝地點附近開箱后，應立即將箱板等雜物清理干凈，以免阻塞通道或釘子扎腳。開關柜在運送時，應在盤柜與鋼絲繩連接處墊厚毛氈，防止將盤柜表面噴漆刮傷。盤柜撬動就位時人力應足夠、指揮應統一、狹窄處應防止擠傷。盤柜在安裝固定好以前應有防止傾倒的措施，特別是重心偏在一側的盤。開關柜內的各式熔斷器、刀閘，凡直立布置的必須上口接電源，下口接負荷。

3 保安電源系統調試

3.1 調試準備工作

全面檢查：對保安PCA 段聯絡開關41A2A 及刀閘41A2A1檢查，對保安PCB 段聯絡開關41B2B及刀閘41B2B1檢查，檢查快切裝置。

送電調試：將保安PCA 段聯絡開關41A2A 及刀閘41A2A1控制電源、快切裝置控制電源合上，確認無報警。將保安PCB 段聯絡開關41B2B 及刀閘41B2B1控制電源、快切裝置控制電源合上，確認無報警。

3.2 具體調試步驟

保安PCA 段備自投裝置調試（本次調試驗證邏輯：當#2機組380V 保安PCA 段母線失壓且#1機組380V 保安PCA 段母線電壓正常時，聯絡開關41A2A 自合）：運行人員操作將保安PCA 段聯絡刀閘41A2A1及聯絡開關41A2A 送入工作位置；由集控運行人員遠方DCS 操作跳#2機保安PC2A 段工作電源開關42A15檢查備自投裝置及聯絡開關動作情況；由集控運行人員就地操作備自投裝置“手動切換”按鈕，檢查備自投裝置及#2機保安PC2A 段工作電源開關42A15動作情況；由電氣維護分場人員對備自投裝置動作事件記錄進行檢查并記錄。

保安PCB 段備自投裝置調試（本次調試驗證邏輯：當#2機組380V 保安PCB 段母線失壓且#1機組380V 保安PCB 段母線電壓正常時，聯絡開關自合）：運行人員操作將保安PCB 段聯絡刀閘41B2B1及聯絡開關41B2B 送入工作位置；由集控運行人員遠方DCS 操作跳#2機保安PC2B 段工作電源開關42B15檢查備自投裝置及聯絡開關動作情況；由集控運行人員就地操作備自投裝置“手動切換”按鈕，檢查備自投裝置及#2機保安PC2B 段工作電源開關42B15動作情況；由電氣維護人員對備自投裝置動作事件記錄進行檢查并記錄。

3.3 改造后保安電源系統的運行方式及邏輯

3.3.1 改造后保安電源的運行方式

在正常情況下，兩臺機組的保安電源系統原有的運行方式不變，新增加的聯絡開關和聯絡刀閘一直保持冷備用狀態。在一臺機組保安PC 失壓且柴油發電機無法啟動的極端情況下，在確認保安PC段工作電源進線開關和備用電源進線開關均在分閘狀態下，運行人員將新增加的聯絡開關和聯絡刀閘送至工作位，手動合上新增加的聯絡開關，恢復對失壓保安PC 段的供電，以此保障機組潤滑油泵、盤車電機等保安電源設備的安全運行和機組的緊急停運。

3.3.2 改造后保安電源系統的邏輯

保安電源可在集控室DCS 進行合閘控制，可在就地進行跳合閘控制。保安電源系統根據380V 保安PC 段的電壓進行自動跳、合閘。

柴油發電機及其出口開關邏輯（以1號柴油發電機為例）：當1號機380V 保安PC 任意一段母線失壓時，柴油發電機自啟，在12秒內建立額定電壓后其出口開關471閉合，如失壓段保安PC 進線開關和1號、2號機組380V 保安段聯絡開關均為分閘位時，則柴油發電機至失壓段保安PC 段備用電源開關自合，對保安段進線供電；如失壓段保安PC 進線開關、聯絡開關任一處于合閘位置時，柴油發電機至失壓段保安PC 段備用電源開關不閉合。

1號、2號機組380V 保安段聯絡開關的邏輯：當1號或2號機組380V 保安PCA 段任一母線失壓且另一段母線電壓正常時，聯絡開關自合；當1號和2號機組380V 保安PCA 段母線同時失壓時，閉鎖聯絡開關合閘；當1號或2號機組380V 保安PCA 段工作進線開關或備用電源進線開關處于合閘位置時，閉鎖聯絡開關合閘；1號和2號機組380V 保安PCB段聯絡開關邏輯與380V 保安PCA 段聯絡開關邏輯相同。

當保安段工作電源正常后，手動停柴油發電機組及斷開有關保安段備用電源進線開關，然后投入保安段工作電源進線開關。在手動啟動方式時合上柴油發電機啟動開關，當轉速、電壓達到額定值時合柴油發電機出口開關。若啟動失敗，應等待機組完全停止1～2分鐘后方可再次啟動。

4 結語

通過對保安電源系統的改造，使得在單臺機組廠用電失去時，可利用臨機實現對失電機組保安電源的無時限切換。極大地提高了保安電源的可靠性，同時，將柴油發電機組作為保安電源的最后一道防線，真正體現了其保安電源的屬性。此保安電源接線方式的改造，一方面增加了大型火電機組保安電源系統供電的可靠性；另一方面詳細的安裝調試方案對于同類型機組保安電源系統改造調試也具有一定借鑒意義。