600MW 機(jī)組保安電源特點(diǎn)分析及調(diào)試

　　1 引言

　　隨著近年大量的新建600MW及以上機(jī)組投入運(yùn)行，目前我國的火力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入大容量、高參數(shù)的時(shí)代。相應(yīng)地，機(jī)組的廠用設(shè)備造價(jià)也越來越高，這些設(shè)備一旦發(fā)生事故，損失極為慘重。

　　機(jī)組廠用事故保安電源是保護(hù)機(jī)組設(shè)備最后一道防線，對其可靠性要求自然也越來越高。

　　一般廠用保安電源有兩種基本形式，一種是采用柴油發(fā)電機(jī)組作為機(jī)組的保安電源，另一種是利用廠外（或其他機(jī)組）獨(dú)立電源作為機(jī)組保安電源。這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。柴油機(jī)作為一個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)，受電力系統(tǒng)等因素干擾的機(jī)會(huì)最少，這是其被廣泛選作機(jī)組保安電源的主要原因；但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于柴油機(jī)長期處于靜止?fàn)顟B(tài)，以及日常管理、維護(hù)、保養(yǎng)中人為不到位，寒冷環(huán)境下冷卻水和燃料的防凍問題的原因，使得柴油機(jī)作為保安電源在事故時(shí)的起動(dòng)成功率并不高，這是其主要缺點(diǎn)。另外，事故情況下即使柴油發(fā)電機(jī)組自起動(dòng)成功，但是在起動(dòng)過程（約5~15s）中，機(jī)組保安段還是會(huì)失電。廠外獨(dú)立電源的優(yōu)點(diǎn)是可以長期處于帶電備用狀態(tài)，事故時(shí)立即投入，事故過程保安電源完全不失電；但其缺點(diǎn)是這些所謂的“獨(dú)立”電源并不能完全獨(dú)立于電力系統(tǒng)，在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障情況下也將難以保證，一旦廠外獨(dú)立電源失電，將面臨保安段失電的嚴(yán)重后果，這是電廠難以接受的。

　　如果綜合這兩種接線方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采取這兩種方式作為保安電源的備用電源，就能實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)下保安段完全不失電，極大地提高事故狀態(tài)下的供電可靠性。華能銅川電廠#1機(jī)組是首臺(tái)國產(chǎn)空冷亞臨界600MW機(jī)組，于2007年11月1日投運(yùn)，該廠采用了廠外獨(dú)立電源作為第一保安電源，柴油發(fā)電機(jī)組作為第二保安電源， 并且采用帶有檢同期功能的ASCO7000自動(dòng)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)下的自動(dòng)切換，以及廠用電恢復(fù)后的自動(dòng)回切，實(shí)現(xiàn)了從備用電源切換到恢復(fù)的整個(gè)事故過程中的完全不失電。

　　2 銅川#1 機(jī)組保安系統(tǒng)

　　華能銅川電廠1號機(jī)組設(shè)0.4 kV保安PC 1A段、保安PC 1B段、保安PC備用段。 保安段正常運(yùn)行工作電源由本機(jī)的鍋爐PC 1A、1B段供電，鍋爐PC段、保安PC段和保安PC備用段之間以具有檢同期功能的自動(dòng)切換開關(guān)ASCO連接。保安電源有兩路，第一保安電源為來自廠外的獨(dú)立10kV市電專線，經(jīng)保安變接于保安PC備用段上；第二保安電源為柴油發(fā)電機(jī)組。整個(gè)保安系統(tǒng)接線示意圖見圖1。

圖1 銅川#1 機(jī)組保安系統(tǒng)示意圖。

　　3 自動(dòng)切換開關(guān)ASCO

　　自動(dòng)切換開關(guān)ASCO 7ACTS是一種電氣瞬間單線圈激磁操作、機(jī)械互鎖型雙投切換開關(guān)，這種開關(guān)切換速度快，一般開路切換于1/6s內(nèi)完成，負(fù)載實(shí)際斷電時(shí)間少于50ms。該開關(guān)配有智能控制器，可依據(jù)兩路電源的情況進(jìn)行開路式自動(dòng)轉(zhuǎn)換(先斷后接)或閉路式自動(dòng)轉(zhuǎn)換（先接后斷），開路切換見圖2(a)，閉路轉(zhuǎn)換見圖2(b)。

圖2 自動(dòng)切換開關(guān)的兩種切換方式。

N——工作電源；E——備用電源；L——負(fù)載。

　　控制器邏輯自動(dòng)決定采用開路轉(zhuǎn)換還是閉路轉(zhuǎn)換。如果兩路電源都是有效的，就進(jìn)行負(fù)載電壓無中斷的閉路方式轉(zhuǎn)換。若檢測到任何一路電源失效，則進(jìn)行先斷后接形式的開路方式轉(zhuǎn)換，切換延時(shí)可設(shè)定，以便根據(jù)用戶要求控制負(fù)載失電的時(shí)間。

　　在工作電源失電的開路轉(zhuǎn)換方式中，控制器邏輯還可以在監(jiān)測到工作電源失效后，延時(shí)發(fā)出啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)指令信號。當(dāng)工作電源恢復(fù)，控制器邏輯在閉路回切至工作電源以后，能夠以可整定延時(shí)發(fā)出停止柴油發(fā)電機(jī)指令信號。

　　7000系列ASCO開關(guān)還具有準(zhǔn)同期功能，可以在工作電源與備用電源之間進(jìn)行同期檢查，同期條件如壓差、頻差、相差均可設(shè)置。

　　ASCO開關(guān)還可由指令控制禁止工作向備用，或者備用向工作的切換。這個(gè)功能在某些特殊的情況下，如開關(guān)檢修等，是十分有必要的。

　　4 保安電源切換邏輯

　　由于ASCO雙電源自動(dòng)切換開關(guān)自帶邏輯控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)多種靈活的工作方式，動(dòng)作時(shí)間可整定，且具有雙向檢同期合閘功能，因此，除了柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)K0與保安變電壓側(cè)開關(guān)ZK之間的互鎖通過硬接線實(shí)現(xiàn)外，其余所有切換邏輯均靠ASCO開關(guān)實(shí)現(xiàn)，無需另設(shè)PLC控制器。

　?。?）第一保安電源供電邏輯。

　　以A段邏輯為例，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，保安PC A段靠的鍋爐PC A段供電，開關(guān)1ZK作為死開關(guān)長期處于合閘狀態(tài)，第一保安電源進(jìn)線保安變低壓側(cè)開關(guān)ZK合閘，保安段由保安變長期帶點(diǎn)運(yùn)行。當(dāng)保安PC A段失電后，2ZK開關(guān)失壓脫扣跳閘，ASCO1開關(guān)控制器檢測到工作分支N側(cè)無壓，而備用分支E側(cè)有壓后，則ASCO1開關(guān)控制器自動(dòng)選擇以“先斷后接”的開路切換方式，先跳N側(cè)，后合E側(cè)，將保安PC A段切換到保安備用段，由第一保安電源保安變供電。由于ASCO1開關(guān)切換時(shí)間只有約50ms，保安段負(fù)荷基本不會(huì)受到影響。

　　（2）第二保安電源供電邏輯。

　　如果2ZK開關(guān)跳閘后，ASCO1開關(guān)控制器檢測到工作分支N側(cè)和備用分支E側(cè)均無壓，就說明遇到了嚴(yán)重的電網(wǎng)系統(tǒng)故障，外部獨(dú)立的第一保安電源也已經(jīng)失去，ASCO1開關(guān)控制器立即發(fā)指令起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，約10s后柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)成功，柴油發(fā)電機(jī)組PLC檢測到機(jī)端電壓頻率、幅值達(dá)到額定值后，自動(dòng)合閘出口開關(guān)KO，同時(shí)聯(lián)跳第一保安電源，由柴油發(fā)電機(jī)組供電到保安備用段。ASCO1開關(guān)控制器檢測到保安備用段有壓后，立即以“先斷后接”的開路切換方式，先跳N側(cè)，后合E側(cè)，將保安PC A段切換到保安備用段，由第二保安電源，即柴油發(fā)電機(jī)給保安段供電。

　?。?）工作電源恢復(fù)邏輯。

　　對于由第一電源供電的方式，當(dāng)鍋爐PC A段電源恢復(fù)時(shí)，由運(yùn)行人員手動(dòng)合上開關(guān)2ZK，一旦ASCO1開關(guān)控制器檢測到工作分支有壓，延時(shí)5min后，在工作分支和而備用分支電壓之間檢同期，當(dāng)滿足同期條件后，以“先接后斷”的閉路切換方式將保安PC A段切換到鍋爐PC A段供電，實(shí)現(xiàn)不斷電自動(dòng)回切，對保安PC A段負(fù)荷無擾動(dòng)。

　　對于由第二電源供電，即柴油發(fā)電機(jī)供電的方式恢復(fù)工作電源過程與此類似，不同的是在完成回切以后，ASCO1開關(guān)控制器再延時(shí)5min發(fā)出柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)指令。

　　（4）柴油發(fā)電機(jī)組手動(dòng)試驗(yàn)邏輯。

　　由于第一保安電源長期存在，而柴油發(fā)電機(jī)出口斷路器無同期功能，因此日常的柴油發(fā)電機(jī)手動(dòng)試驗(yàn)不并網(wǎng)，僅起動(dòng)柴油機(jī)空載運(yùn)行10min，檢查運(yùn)行正常后后手動(dòng)停止。

　?。?）正常停機(jī)及鍋爐段檢修邏輯。

　　正常停機(jī)時(shí)，鍋爐PC段停電，要禁止ASCO開關(guān)由主向備的電源自動(dòng)切換，防止誤切到第一保安電源，或起動(dòng)柴油機(jī)；而鍋爐段檢修或做試驗(yàn)時(shí)，先將保安段負(fù)荷由ASCO開關(guān)切換至備用電源，然后禁止ASCO開關(guān)由備至主的切換，防止當(dāng)鍋爐段有電時(shí)ASCO開關(guān)的自動(dòng)回切。

　　由以上邏輯可以看出，銅川電廠#1機(jī)組采用了相對獨(dú)立的市電作為第一保安電源，采用柴油發(fā)電機(jī)作為第二保安電源， 當(dāng)采用具有同期功能的ASCO自動(dòng)切換開關(guān)以后，可以做到保護(hù)動(dòng)作廠用電故障情況下保安段完全不失電（約50ms），保安段負(fù)荷不受影響；而廠用電和外部電網(wǎng)系統(tǒng)同時(shí)故障情況下，保安段還有柴油發(fā)電機(jī)做最后的保障，僅需短時(shí)間失電（約10s的柴油發(fā)電機(jī)自起動(dòng)時(shí)間）即可恢復(fù)，故保安電源供電可靠性大大提高。

　　5 保安電源切換試驗(yàn)

　　由以上切換邏輯可見，要保證以上功能的實(shí)現(xiàn)，有兩個(gè)關(guān)鍵的地方需要通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)：①保安PC段失電后，ASCO1開關(guān)以“先斷后接”的開路切換方式將保安PC A段切換到保安備用段，切換時(shí)保安段有短暫的失電，根據(jù)ASCO自動(dòng)切換開關(guān)說明書，此時(shí)間約50ms。此時(shí)間內(nèi)會(huì)不會(huì)導(dǎo)致保安段負(fù)荷跳閘？②在保安段的工作電源恢復(fù)過程中，ASCO開關(guān)以“先接后斷”的閉路切換方式將保安PC A段切換到鍋爐PC A段供電，在此過程中ASCO1開關(guān)能否正確監(jiān)測同期條件并進(jìn)行同期操作？

　　經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，在多次的開路式切換過程中，主機(jī)交流潤滑油泵會(huì)偶然存在跳閘情況，其余保安段