摘要：本文分析了某300MW火电厂交流保安电源的接线方式、失压切换逻辑、负荷配置等情况，并针对此运行方式开展分析，阐述了交流保安电源运行方式及逻辑的优缺点，并对负荷配置情况进行研究，提出了改进方案。
关键词：火电厂，保安段，柴油发电机，外接电源，ATS。
1.前言
根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》规定“容量为200MW及以上的机组应设置交流保安电源。”其作用是当因设备或电网原因出现紧急全厂停电事故情况时，为保证机组安全停机及重要设备系统的安全运行提供可靠的交流电源，交流保安电源与交流不停电电源（UPS）、直流系统同等重要，并在带电情况下能够为UPS及直流系统供电。
一般交流保安电源正常运行由本机组400V厂用电系统供电，事故情况下由柴油发电机供电，部分电厂交流保安电源事故电源设计一路外接电源，而柴油发电机仍作为交流保安电源的最后保障。
2.保安段电源接线方式
本厂每台机组交流保安电源分A、B双段独立运行，保安MCCA段工作电源取自工作电源PCA段，保安MCCA段第一备用电源取自工作电源PCB段，保安MCCB段与MCCA段对称，柴油发电机作为两保安段的第二备用电源。保安工作电源与备用电源之间采用单向软逻辑备自投（DCS控制），当发生任意保安段母线失压，备自投动作，自动合上备用电源开关，同时启动柴油发电机备用。此保安电源接线方式在厂用电采用快切装置后应用广泛，特别在有多回路出线、多电源、多电压等级的电厂比较安全可靠。但实践多次证明，在出线回数较少、电压等级单一、电网系统薄弱的电厂，一旦发生系统故障，必将引起全厂停电，鉴于柴油发电机受日常管理、维护、保养等因素的影响，如启动失败，势必会对安全停机造成较大威胁，宜发生因电网问题导致发生设备事故，造成事故扩大，因此，电厂投产后保安电源进行了改造，取另一路备用保安电源，取自临近可靠的电力系统电源点，设置一套ATS电源切换系统，外接电源作为保安段第二备用电源，柴油发电机作为第三路备用电源。
3.保安段电源正常运行方式
QF1、QF4开关合闸向保安MCC段供电；QF2开关合闸、QF5开关热备为保安段第二电源；外接变压器充电、出口开关合闸、QF3开关热备为保安段第三电源；柴油发电机、出口开关热备、QF3开关热备为保安段第四电源；其中第三、第四电源通过ATS切换后为保安段供电，外接电源带电，ATS装置首选外接电源供电至QF3开关下口，外接电源失后而柴油发电机建立电压后ATS装置自动将电源切柴油发电机供电；QF3与QF4和QF5之间有电气互锁，避免造成非同期合闸事故。因本厂有两台机组，故外接变压器同时作为两台机组交流保安电源的外接电源（系统接线图如图1所示）。
图1交流保安段系统接线图
4.保安段电源切换逻辑
4.1逻辑实现方法
交流保安电源切换主逻辑采用单向软逻辑备自投（DCS控制），外接电源与柴油发电机电源切换设置一套ATS装置。
4.2切换逻辑
4.2.1正常运行方式下保安段失电或电源一上开关QF1跳闸联跳电源一下开关QF4，电源自动切至备用段供电即QF5开关合闸并启动柴油发电机，柴油发电机建立电压后合柴油发电机出口开关柴41，如柴油发电机启动正常后为备用状态；
如保安段电源二电源失去或不具备送电条件，则合1QF3A开关，此时保安电源由沙电变供电，当沙电变失电后，ATS自动迅速切换由柴油发电机供电；
4.2.2如备用段失电或QF2跳闸，自动跳开电源开关QF5；
4.2.3当外接电源恢复后，ATS自动检测外接电源电压质量正常15S后，ATS电源切至由外接电源供电。
5.交流保安电源负荷配置
本厂交流保安段负荷清单原配置主要负荷有：磨煤机稀油站油泵电机、磨煤机加载油站油泵电机、送风机油站油泵电机、引风机油站油泵电机、交流油泵电机、EH油泵电机、顶轴油泵电机、电梯、火检冷却风机、火检冷却水泵、消防控制系统、机炉侧交流电源盘、UPS供电电源、直流系统允电电源、事故照明、汽轮机盘车电源、高压启动泵电机、机组DCS电源等。经过历年来实践经验，后期改造过程中为防止发生给水泵停运后划瓦事故，将给水泵辅助油泵接入保安段电源；为防止盘车运行期间转子冷却水盘根无冷却水磨损，将单台发电机转子冷却水泵接入保安段电源；为防止汽轮机油系统运行期间，油箱正压油路回油不畅，将单台主油箱排烟风机接入保安段电源。
6.保安段电源运行与负荷情况分析
6.1逻辑功能分析
交流保安电源切换主逻辑采用单向软逻辑备自投（DCS控制），优点为：DCS中开关分合闸信号取自就地开关实际位置接点，原则上能保证可靠取点并动作准确，并且因DCS逻辑便于修改，使交流保安段逻辑便于优化；缺点为：（1）在逻辑设置过程中要考虑全面，否则将造成失压切换过程中程序混乱，故在机组停备期间要进行保安段失压切换试验，验证逻辑的正确性；（2）DCS只能选取开关正常分合闸信号节点，而保安段开关在检修状态时，DCS无法识别开关状态，故在运行规程中要明确规定“当保安段电源开关任一开关故障检修或退备时，应联系热工专业将故障或退备开关强制为分闸”，防止事故情况下，保安段逻辑失灵；（3）如DCS失电，保安段逻辑失灵时，即使备用电源可靠亦无法实现正常切换功能，故DCS电源除由保安段电源供电外，应严格按要求配置UPS电源。
6.2接线方式分析
无论柴油发电机电源还是外接电源，因其非本厂用电系统电源，与正常运行保安段电源均为非同期电源，为防止发生非同期合闸事故，在保安段逻辑设计过程中应考虑非同期合闸风险，同时在可能发生非同期合闸的开关之间应设计硬接线闭锁，防止非同期合闸，如图1中QF3与QF4和QF5之间应设置电气互锁。
如个别电厂因无条件引接外接电源时，可采用两台机组柴油发电机互为备用的方式供交流保安电源，即在两台柴油发电机出口开关与保安段备用开关之间增加一路联络开关，并规定此联络开关在正常运行期间处于检修状态，即开关分闸至隔离位置，并断开控制电源，只有当事故情况下某台机组柴油发电机因故无法启动时，在将故障柴油发电机有效电气隔离后，将联络开关送电合闸后启动临机柴油发电机供故障机组交流保安段电源，并根据柴油发电机容量限制保安段负荷。
6.3负荷配置分析
根据二十五项反措“1.7防止烟气脱硫设备及其系统中人身伤亡事故中1.7.6：加强保安电源的维护，发生全厂停电或者脱硫系统突然停电时，保安电源能确保及时启动并向脱硫系统供电。脱硫系统工艺水泵、冷却水泵、增压风机润滑油站、部分浆液搅拌器、事故喷淋水泵与事故喷淋电动门电源均应接自保安电源。”的要求，目前本厂只有C工艺水泵在由脱硫保安段供电，可采取整改措施为：方案一：脱硫保安段开关柜增容，将#1、2机组两台吸收塔搅拌器、石灰石循环浆液箱搅拌器、石膏浆液返回箱搅拌器，接入脱硫保安段；方案二：脱硫快切装置改造，装设手动反送电切换功能，事故情况下可由脱硫保安手动切换反送电的方式供电，同时应核实原设计电缆是否满足改造后容量需求；且应在运行规程中明确规定在事故情况下的反送电措施及负荷限制。
全厂停电期间，为防止柴油消防泵运行不可靠，为满足：消防水系统不停运；能够可靠为机组大机油冷却器、脱硫事故喷淋供水，可将消防隐压泵备用电源接至机组保安段。
7.保安段电源失压切换试验
为保证事故情况下保安段电源能够可靠供电，本厂运行规程规定机组在机组停机启动前要进行保安段失压切换试验，通过试验，各段电源切换时间为：电源一QF4切至电源二QF5，切换时间为1.2S，由电源一QF4切换至QF3（由外接电源供电）时间为3.2S，由电源一QF4切换至QF3（由柴油发电机供电）时间为16S，ATS切换时间0.48S，由电源三QF3回切至电源一QF4时间为1.2S。
同时为保证柴油发电机可靠备用，柴油发电机定期启动试验也应明确规定，根据柴油发电机启动问题可自行规定，一般冬季应增加启动频次，每次启动时间应根据柴油发电机设备说明书进行规定，一般不应少于5分钟。
8.结论
通过对本300MW火电机组交流保安电源应用的介绍分析，改造后可靠性明显增加，运行方式及联锁逻辑能够满足发电厂运行生产需求，本文介绍了此设计方式下的优缺点，通过运行规程、管理监督等有段能够实现系统设计问题可控在控，同时本文还将交流保安段电源负荷配置情况进行了研究，提出了合理化改造建议，在今后工作中需要继续完善。同时，即使交流保安段电源有外接电源的情况下，在日常维护中，亦当加强对柴油发电机组的巡视检查、保养和定期试验，确保保安电源系统的可靠运行。
参考文献：
［1］和丰煤电300MW运行规程。
［2］黄幼茹 王金萍.防止电力生产事故的二十五项重点要求，2014。
［3］邹昌泉 陈品森.火力发电厂厂用电设计规定，2002。
作者简介：
谢春喜（1987.01），男，助理工程师，毕业于河南工业大学电气工程学院，主要从事火力发电厂运行管理工作。邮政编码：834411 工作单位：（神华国能和丰煤电有限公司运行部）
论文作者:谢春喜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/17
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