DCS中保安電源系統控制方案

摘要：

保安電源是為保證機組在出現全廠(chǎng)停電時(shí)能夠順利停機設置的，其主要為汽輪機、給水泵、磨煤機、風(fēng)機潤滑系統以及控制系統、不間斷電源(UPS)、動(dòng)力和控制直流系統等提供電源。目前，單元制大容量機組廠(chǎng)用電系統設置的事故保安電源多采用柴油發(fā)電機作為備用電源，柴油發(fā)電機的控制和保安電源切換一般采用繼電器硬接線(xiàn)控制或 PLC控制。鑒于DCS的可靠性，華能巢湖電廠(chǎng)一期2×600MW機組保安電源系統由PLC控制改為DCS控制。

一、保安電源系統

圖1為華能巢湖電廠(chǎng)1臺機組的保安電源系統。每臺機組設置了MCC A段和MCC B段保安電源，正常運行時(shí)分別由汽輪機PCA段和汽輪機 PCB段供電。當保安MCC A段或保安MCC B段電源失電時(shí)，先將保安MCC A段或保安MCC B段切至鍋爐PCA段或鍋爐PCB段供電，如果鍋爐PCA段或鍋爐PCB段電源也失電或切換失敗，則自動(dòng)起動(dòng)柴油發(fā)電機，使保安MCC A段或保安MCC B段由柴油發(fā)電機供電。

　　
二、缺陷與不足

(1)保安電源系統控制方式采用PLC控制，接線(xiàn)復雜，同時(shí)將保安電源系統的控制信號、反饋信號、故障信號以及保安MCC段母線(xiàn)低電壓信號等送入DCS和就地PLC控制系統，使二次回路復雜，可靠性降低;為防止非同期合閘，須將保安段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)由DCS發(fā)出的合閘信號送到就地PLC控制系統進(jìn)行控制，同樣使二次回路較復雜。

(2)恢復正常供電切換方式為不間斷供電并列切換方式，即先閉合QF12(或QF22)開(kāi)關(guān)恢復保安段供電，再斷開(kāi)保安PC段QF1(或QF2)饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)，使同期檢查回路及控制邏輯較復雜，通常采用瞬間停電的方法進(jìn)行切換。

(3)保安段失電僅采用保安段母線(xiàn)低電壓作為控制判據，易誤觸發(fā)柴油發(fā)電機自動(dòng)控制程序;將保安段工作電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)切除，增加了保安段失電的風(fēng)險。

三、保安電源系統控制改進(jìn)

3.1 自動(dòng)起動(dòng)控制邏輯

系統的運行由運行方式開(kāi)關(guān)選定，在DCS上分別設有保安MCC A段和保安MCC B段2個(gè)運行方式開(kāi)關(guān)，運行方式有自動(dòng)方式和手動(dòng)方式。為防止誤操作導致的非同期并列，以保安MCC A段為例，在保安MCC A段自動(dòng)控制方式投入后，控制邏輯將禁止手動(dòng)操作，即在DCS上不能手動(dòng)操作QF11、QF12、QF13、QF14、QF1開(kāi)關(guān)。保安MCCA段自動(dòng)控制方式投入許可條件為：柴油發(fā)電機為自動(dòng)控制方式;QF1、QF14開(kāi)關(guān)在備用狀態(tài);QF11、QF12、QF13開(kāi)關(guān)在合閘位置;保安MCCA段帶電;汽輪機PCA段帶電;鍋爐PCA段帶電。

保安MCC A段運行方式開(kāi)關(guān)處在自動(dòng)控制位置時(shí)，當保安MCC A段的正常供電電源消失后，其自動(dòng)控制程序運行。保安MCCA段自動(dòng)控制程序見(jiàn)圖2。

(1)判斷保安MCC A段失電 為防止誤判斷導致誤切換至保安段，采用復合條件判斷，即保安MCC A段母線(xiàn)和汽輪機PCA段母線(xiàn)低電壓且QF11、QF12開(kāi)關(guān)在合閘位置，或者保安MCC A段母線(xiàn)低電壓且QF11或QF12在跳閘位置時(shí)，則判斷為保安MCC A段失電。

(2)保安MCC A段切換至鍋爐PCA段備用電源供電發(fā)出QF12開(kāi)關(guān)跳閘指令且QF12開(kāi)關(guān)已跳閘，確認鍋爐PCA段帶電且QF13開(kāi)關(guān)在合閘位置，否則發(fā)出起動(dòng)柴油發(fā)電機組指令;發(fā)出QF14開(kāi)關(guān)合閘指令且QF14開(kāi)關(guān)已合閘，否則發(fā)出起動(dòng)柴油發(fā)電機組指令。

(3)判斷保安MCC A段再次失電 保安MCC A段母線(xiàn)和鍋爐PCA段母線(xiàn)低電壓且QF13、QF14開(kāi)關(guān)在合閘位置，保安MCC A段母線(xiàn)低電壓，或者QF13或QF14開(kāi)關(guān)在跳閘位置且QF13、QF14開(kāi)關(guān)保護未動(dòng)作(如QF13或QF14開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作，則退出柴油發(fā)電機自動(dòng)控制程序)，則判斷為保安MCC A段再次失電。

(4)起動(dòng)柴油發(fā)電機組發(fā)出QF14開(kāi)關(guān)跳閘指令后QF14開(kāi)關(guān)已跳閘;發(fā)出起動(dòng)柴油發(fā)電機組指令且柴油發(fā)電機組起動(dòng)后，QF01開(kāi)關(guān)立即自動(dòng)閉合，保安PC段帶電。

(5)保安MCC A段切換至保安PC段供電確認QF12和QF14開(kāi)關(guān)在跳閘位置、QFO1在合閘位置，發(fā)出QF1開(kāi)關(guān)合閘指令，保安MCC A段帶電。

3.2 自動(dòng)停機控制邏輯

(l)判斷系統是否帶電 接收到汽輪機PCA段帶電信號后，即可判斷系統帶電，但是為防止誤判斷，延時(shí)120s確認汽輪機PCA段帶電。

(2)將保安MCC A段切換至正常方式供電 QF11開(kāi)關(guān)在閉合位置，DCS發(fā)出QF1開(kāi)關(guān)跳閘指令，并確認收到QF1開(kāi)關(guān)已跳閘反饋信號;DCS發(fā)出QF12開(kāi)關(guān)合閘指令，并確認收到QF12開(kāi)關(guān)已閉合反饋信號且保安MCC A段帶電。

(3)停止柴油發(fā)電機組 保安MCC A段、保安MCC B段帶電且 QF1、QF2開(kāi)關(guān)在跳閘位置，延時(shí)3min停運柴油發(fā)電機組。

3.3 手動(dòng)控制邏輯

在DCS上將保安MCC A段運行方式開(kāi)關(guān)切換至手動(dòng)控制方式。在手動(dòng)控制運行方式下，可手動(dòng)對柴油發(fā)電機進(jìn)行同期并網(wǎng)試驗，或手動(dòng)將保安MCCA段切換至鍋爐PCA段備用電源供電，或手動(dòng)將保安 MCC A段切換至柴油發(fā)電機組供電等。

為防止誤操作導致非同期并列，需在DCS上設置開(kāi)關(guān)之間的閉鎖邏輯。保安MCC A段在手動(dòng)控制方式下且QF1開(kāi)關(guān)在跳閘位置，則閉鎖QF11、QF12、QF13、QF14開(kāi)關(guān)的手動(dòng)合閘功能;保安MCC A段在手動(dòng)控制方式下且QF01、QF2開(kāi)關(guān)在跳閘位置及QF12開(kāi)關(guān)在閉合位置，或者QF1在閉合位置及QF12、QF14開(kāi)關(guān)在跳閘位置，則閉鎖 QF1開(kāi)關(guān)的手動(dòng)合閘功能。

四、調試過(guò)程中出現問(wèn)題的處理

4.1 DCS與柴油發(fā)電機接口

(1)自動(dòng)起動(dòng)在柴油發(fā)電機組控制回路中，柴油發(fā)電機組的自動(dòng)起動(dòng)指令應為持續高電平信號，一旦高電平信號消失，則柴油發(fā)電機組停機。對此，在系統中增加1個(gè)24VDC自保持起動(dòng)繼電器，在DCS發(fā)出起動(dòng)柴油發(fā)電機組脈沖信號消失后，由自保持起動(dòng)繼電器將指令信號保持為持續高電平信號，以維持柴油發(fā)電機運行。

(2)自動(dòng)停機DCS發(fā)出的自動(dòng)停機脈沖信號主要是停運和跳閘柴油發(fā)電機出口開(kāi)關(guān)，為擴展輸出接點(diǎn)數，在系統中增加1個(gè)24VDC 停機繼電器，由DCS發(fā)出自動(dòng)停機脈沖信號觸發(fā)該繼電器動(dòng)作，動(dòng)作繼電器的1對常閉接點(diǎn)用于解除自保持起動(dòng)繼電器從而停運柴油發(fā)電機組，1對常開(kāi)接點(diǎn)接至柴油發(fā)電機出口開(kāi)關(guān)跳閘回路，另1對常閉接點(diǎn)接到柴油發(fā)電機出口開(kāi)關(guān)合閘回路，以防止該開(kāi)關(guān)反復跳合閘。另外，需要注意DCS自動(dòng)停機脈沖信號的寬度應大于柴油發(fā)電機停機所需的時(shí)間。

4.2 負荷投切

保安MCC A段、保安MCC B段同時(shí)失電時(shí)，為防止兩段負荷同時(shí)投入運行導致保護起動(dòng)的柴油發(fā)電機停止運行，或者負荷在投切過(guò)程中由于柴油發(fā)電機出口電壓降低而導致負荷電流過(guò)大引起跳閘，在QF1、QF2開(kāi)關(guān)自動(dòng)投入控制邏輯中設置只要QF1、QF2開(kāi)關(guān)任何一個(gè)已閉合，另一個(gè)開(kāi)關(guān)則延時(shí)10s合閘，即相當于將保安負荷分2次投入運行。

4.3 保安段失電判據

通常，采用保安段母線(xiàn)低電壓作為保安段失電保護動(dòng)作判據，當保安段母線(xiàn)電壓正常，柴油發(fā)電機組處于自動(dòng)控制方式時(shí)，如果保安段母線(xiàn)PT因故退出或人為誤碰、誤拉，將會(huì )誤起動(dòng)柴油發(fā)電機自動(dòng)控制程序，將保安段工作電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)切除，從而增加保安段失電的風(fēng)險。對此，采用復合條件作為保安段失電動(dòng)作判據：保安段母線(xiàn)和汽輪機PC段母線(xiàn)低電壓且QF11、QF12開(kāi)關(guān)在閉合位置，或者保安段母線(xiàn)低電壓且QF11或QF12開(kāi)關(guān)在跳閘位置以及QF11、QF12開(kāi)關(guān)保護未動(dòng)作，則保安段失電動(dòng)作。

4.4 保護閉鎖

對于保安段母線(xiàn)低電壓且QF11或QF12開(kāi)關(guān)在跳閘位置以及 QF11、QF12開(kāi)關(guān)保護未動(dòng)作的情況，保安段失電是由開(kāi)關(guān)誤跳閘引起的。為防止失電的保安MCC A段或保安MCC B段母線(xiàn)再次受到?jīng)_擊，保護動(dòng)作信號將使柴油發(fā)電機自動(dòng)控制程序退出運行。機組投產(chǎn)后曾發(fā)生保安MCC A段工作電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)QF12跳閘，保安備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)QF14未自動(dòng)合閘，使保安MCC A段失電，IC、ID磨煤機等跳閘，機組負荷由389MW降至300MW。就地檢查發(fā)現，保安MCC A段的MT12N1型工作電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)QF12顯示AP LED報警(QF12開(kāi)關(guān)控制單元的自動(dòng)保護跳閘信號(超溫或控制單元損壞等)燈亮，為斷路器主觸頭運行中發(fā)熱造成超溫引起斷路器自動(dòng)保護動(dòng)作。對此，對柴油發(fā)電機自動(dòng)控制邏輯進(jìn)行了修改，取消對保安MCC A、保安 MCC B段工作電源回路保護動(dòng)作信號的閉鎖，即當保安MCC段失電時(shí)，無(wú)論電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)是否保護動(dòng)作，均自動(dòng)閉合備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān);若備用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作，則柴油發(fā)電機退出自動(dòng)控制方式。

4.5 低電壓繼電器選型

通常選用DY-32或DY-33型電壓繼電器作為電源母線(xiàn)低電壓保護繼電器，由于這2種繼電器均屬于電磁型過(guò)電壓繼電器，不允許在超過(guò)動(dòng)作值后長(cháng)時(shí)間處于閉合狀態(tài)，否則將導致電磁機構長(cháng)期處于振動(dòng)狀態(tài)而引起繼電器觸點(diǎn)抖動(dòng)、拉弧、粘連，影響柴油發(fā)電機組的自動(dòng)起動(dòng)。對此，改用DY-37電磁型低電壓繼電器或JY-156集成電路型低電壓繼電器。

五、結論

(1) DCS的硬件功能完整，響應速度快，其輸入/輸出模塊可以方便地與柴油發(fā)電機控制連接，不會(huì )出現二次安全防護問(wèn)題。

(2) DCS控制保安電源系統編程簡(jiǎn)單、使用方便，且具有離線(xiàn)模擬程序運行功能，便于檢測控制程序的正確性;可在線(xiàn)組態(tài)控制邏輯，運行維護方便。

(3)采用DCS控制保安電源可共享DCS的保安電源系統實(shí)時(shí)數據，無(wú)需增設電纜和增加控制設備;因DCS設計中輸入/輸出模塊的余量較大，可利用現有資源。

(4)簡(jiǎn)化了二次控制回路，提高了可靠性、安全性。

(5)實(shí)現了保安電源切換的自動(dòng)控制，使得保安電源系統開(kāi)關(guān)的動(dòng)作和柴油發(fā)電機組的自起動(dòng)更加迅速和可靠。