600MW 機組保安電源特點(diǎn)分析及調試

　　1 引言

　　隨著(zhù)近年大量的新建600MW及以上機組投入運行，目前我國的火力發(fā)電機組已經(jīng)進(jìn)入大容量、高參數的時(shí)代。相應地，機組的廠(chǎng)用設備造價(jià)也越來(lái)越高，這些設備一旦發(fā)生事故，損失極為慘重。

　　機組廠(chǎng)用事故保安電源是保護機組設備最后一道防線(xiàn)，對其可靠性要求自然也越來(lái)越高。

　　一般廠(chǎng)用保安電源有兩種基本形式，一種是采用柴油發(fā)電機組作為機組的保安電源，另一種是利用廠(chǎng)外（或其他機組）獨立電源作為機組保安電源。這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。柴油機作為一個(gè)完全獨立的系統，受電力系統等因素干擾的機會(huì )最少，這是其被廣泛選作機組保安電源的主要原因；但是，在實(shí)際應用中，由于柴油機長(cháng)期處于靜止狀態(tài)，以及日常管理、維護、保養中人為不到位，寒冷環(huán)境下冷卻水和燃料的防凍問(wèn)題的原因，使得柴油機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)電機組自起動(dòng)成功，但是在起動(dòng)過(guò)程（約5~15s）中，機組保安段還是會(huì )失電。廠(chǎng)外獨立電源的優(yōu)點(diǎn)是可以長(cháng)期處于帶電備用狀態(tài)，事故時(shí)立即投入，事故過(guò)程保安電源完全不失電；但其缺點(diǎn)是這些所謂的“獨立”電源并不能完全獨立于電力系統，在系統發(fā)生嚴重故障情況下也將難以保證，一旦廠(chǎng)外獨立電源失電，將面臨保安段失電的嚴重后果，這是電廠(chǎng)難以接受的。

　　如果綜合這兩種接線(xiàn)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(chǎng)#1機組是首臺國產(chǎn)空冷亞臨界600MW機組，于2007年11月1日投運，該廠(chǎng)采用了廠(chǎng)外獨立電源作為第一保安電源，柴油發(fā)電機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(kāi)關(guān)實(shí)現事故狀態(tài)下的自動(dòng)切換，以及廠(chǎng)用電恢復后的自動(dòng)回切，實(shí)現了從備用電源切換到恢復的整個(gè)事故過(guò)程中的完全不失電。

　　2 銅川#1 機組保安系統

　　華能銅川電廠(chǎng)1號機組設0.4 kV保安PC 1A段、保安PC 1B段、保安PC備用段。 保安段正常運行工作電源由本機的鍋爐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(kāi)關(guān)ASCO連接。保安電源有兩路，第一保安電源為來(lái)自廠(chǎng)外的獨立10kV市電專(zhuān)線(xiàn)，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)電機組。整個(gè)保安系統接線(xiàn)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 銅川#1 機組保安系統示意圖。

　　3 自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ASCO

　　自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ASCO 7ACTS是一種電氣瞬間單線(xiàn)圈激磁操作、機械互鎖型雙投切換開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)切換速度快，一般開(kāi)路切換于1/6s內完成，負載實(shí)際斷電時(shí)間少于50ms。該開(kāi)關(guān)配有智能控制器，可依據兩路電源的情況進(jìn)行開(kāi)路式自動(dòng)轉換(先斷后接)或閉路式自動(dòng)轉換（先接后斷），開(kāi)路切換見(jiàn)圖2(a)，閉路轉換見(jiàn)圖2(b)。

圖2 自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)的兩種切換方式。

N——工作電源；E——備用電源；L——負載。

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

　　在工作電源失電的開(kāi)路轉換方式中，控制器邏輯還可以在監測到工作電源失效后，延時(shí)發(fā)出啟動(dòng)柴油發(fā)電機指令信號。當工作電源恢復，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)電機指令信號。

　　7000系列ASCO開(kāi)關(guān)還具有準同期功能，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、相差均可設置。

　　ASCO開(kāi)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(kāi)關(guān)檢修等，是十分有必要的。

　　4 保安電源切換邏輯

　　由于A(yíng)SCO雙電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)自帶邏輯控制器，能夠實(shí)現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)電機出口開(kāi)關(guān)K0與保安變電壓側開(kāi)關(guān)ZK之間的互鎖通過(guò)硬接線(xiàn)實(shí)現外，其余所有切換邏輯均靠ASCO開(kāi)關(guān)實(shí)現，無(wú)需另設PLC控制器。

　?。?）第一保安電源供電邏輯。

　　以A段邏輯為例，機組正常運行時(shí)，保安PC A段靠的鍋爐PC A段供電，開(kāi)關(guān)1ZK作為死開(kāi)關(guān)長(cháng)期處于合閘狀態(tài)，第一保安電源進(jìn)線(xiàn)保安變低壓側開(kāi)關(guān)ZK合閘，保安段由保安變長(cháng)期帶點(diǎn)運行。當保安PC A段失電后，2ZK開(kāi)關(guān)失壓脫扣跳閘，ASCO1開(kāi)關(guān)控制器檢測到工作分支N側無(wú)壓，而備用分支E側有壓后，則ASCO1開(kāi)關(guān)控制器自動(dòng)選擇以“先斷后接”的開(kāi)路切換方式，先跳N側，后合E側，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A(yíng)SCO1開(kāi)關(guān)切換時(shí)間只有約50ms，保安段負荷基本不會(huì )受到影響。

　?。?）第二保安電源供電邏輯。

　　如果2ZK開(kāi)關(guān)跳閘后，ASCO1開(kāi)關(guān)控制器檢測到工作分支N側和備用分支E側均無(wú)壓，就說(shuō)明遇到了嚴重的電網(wǎng)系統故障，外部獨立的第一保安電源也已經(jīng)失去，ASCO1開(kāi)關(guān)控制器立即發(fā)指令起動(dòng)柴油發(fā)電機組，約10s后柴油發(fā)電機起動(dòng)成功，柴油發(fā)電機組PLC檢測到機端電壓頻率、幅值達到額定值后，自動(dòng)合閘出口開(kāi)關(guān)KO，同時(shí)聯(lián)跳第一保安電源，由柴油發(fā)電機組供電到保安備用段。ASCO1開(kāi)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(kāi)路切換方式，先跳N側，后合E側，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)電機給保安段供電。

　?。?）工作電源恢復邏輯。

　　對于由第一電源供電的方式，當鍋爐PC A段電源恢復時(shí)，由運行人員手動(dòng)合上開(kāi)關(guān)2ZK，一旦ASCO1開(kāi)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，當滿(mǎn)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)現不斷電自動(dòng)回切，對保安PC A段負荷無(wú)擾動(dòng)。

　　對于由第二電源供電，即柴油發(fā)電機供電的方式恢復工作電源過(guò)程與此類(lèi)似，不同的是在完成回切以后，ASCO1開(kāi)關(guān)控制器再延時(shí)5min發(fā)出柴油發(fā)電機停機指令。

　?。?）柴油發(fā)電機組手動(dòng)試驗邏輯。

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

　?。?）正常停機及鍋爐段檢修邏輯。

　　正常停機時(shí)，鍋爐PC段停電，要禁止ASCO開(kāi)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；而鍋爐段檢修或做試驗時(shí)，先將保安段負荷由ASCO開(kāi)關(guān)切換至備用電源，然后禁止ASCO開(kāi)關(guān)由備至主的切換，防止當鍋爐段有電時(shí)ASCO開(kāi)關(guān)的自動(dòng)回切。

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

　　5 保安電源切換試驗

　　由以上切換邏輯可見(jiàn)，要保證以上功能的實(shí)現，有兩個(gè)關(guān)鍵的地方需要通過(guò)試驗來(lái)檢驗：①保安PC段失電后，ASCO1開(kāi)關(guān)以“先斷后接”的開(kāi)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ASCO自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)說(shuō)明書(shū)，此時(shí)間約50ms。此時(shí)間內會(huì )不會(huì )導致保安段負荷跳閘？②在保安段的工作電源恢復過(guò)程中，ASCO開(kāi)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(guò)程中ASCO1開(kāi)關(guān)能否正確監測同期條件并進(jìn)行同期操作？

　　經(jīng)現場(chǎng)實(shí)測，在多次的開(kāi)路式切換過(guò)程中，主機交流潤滑油泵會(huì )偶然存在跳閘情況，其余保安段