提高厂用保安电源系统安全性

提高厂用保安电源系统安全性

郭瑞萍

北方联合电力有限责任公司呼和浩特热电厂，内蒙古呼和浩特010030

摘要：事故保安电源包括直、交流两种。其中直流事故的保安电源采用的是蓄电池，可为直流润滑油泵等一些事故保安负荷供电；交流事故保安电源适合采用可快速自启动的柴油发电机组，在厂用电失电时确保顶轴油泵、交流润滑油泵、盘车等其他的交流事故保安负荷的电源供给。

关键词：保安电源；柴油发电机

前言：自呼和浩特热电厂投产以来，柴油发电机组由于受环境温度等多种因素的影响，启动合格率明显下降，为了提高供电的可靠性，为此经过合理论证，分析，试验，确定了保安系统的改造方案，增设了第三、第四备用保安电源的可靠方案，并施工投产。以保证全厂失电备用电源不自投的情况下，紧急启动第三、第四备用保安电源向重要负荷可靠供电。呼和浩特热电厂增设的350MW机组保安变为干式变压器，型号是SC(B)10-1250/6.3，根据警示灯和声音报警进行隔离，投入350MW机组保安变压器。实现了保安系统的可靠启动，正常投入。

1现场检查及试验分析

呼和浩特热电厂2x350MW机组在事故情况下，为了确保机组安全停机，保证重要动力负荷不失去交流电源，每台机组设有两段380V保安电源、柴油发电机组、200MW机组作为备用电源，同时两台机组保安段也互为备用。正常运行时，380V锅炉PCA(B)段作为保安PCA(B)段工作电源。锅炉PCB(A)段作为保安PCA(B)段工作电源；柴油发电机组作为第二备用电源，失压自动切换；#4机组保安PCA(B)作为#3机组保安PCA(B)段的第三备用电源，紧急情况需人工抢合；200MW机组作为第四备用电源，紧急情况需人工抢合。发电厂的柴油发电机组，是专门为大型单元机组配置交流事故保安电源，当电网发生事故或其它原因致使发电机组厂用电长时间停电时，给机组提供安全停机所必须的交流电源，如汽机盘车、顶轴油泵、交流润滑油泵、交流密封油泵等。

保安电源系统设计的运行方式为：2号机保安MCCA/B段每段设有三路电源进线，两回电源进3ZKK2、3ZKK3分别来自400伏工作PC1A段和PC1B段，一回备用电源进线3ZKK1来自保安PC段（柴油发电机供电）。正常运行时,1ZKK、3ZKK1分闸状态，G、2ZKK1、4ZKK合闸状态，3ZKK2、3ZKK3仅有一个合闸状态。事件发生时，保安MCCA/B段由400伏PC1A段经3ZKK2供电，另一路由400伏PC1B段供电的工作电源停电检修，3ZKK3退出运行。按照柴油发电机PLC控制逻辑设计：400伏PC1A段电源失去电压，保安MCCA/B段失电，此时柴油发电机PLC应启动逻辑判断，首先启动柴油发电机建压，然后自动跳开3ZKK2开关，最后自动合上1ZKK、3ZKK1开关，完成将保安MCCA/B段工作电源切至柴油发电机供电。实际本次发生故障时，２号机柴油发电机建压成功，但3ZKK2开关未自动跳开，3ZKK1开关没有自动合闸，运行人员手动跳开3ZKK2开关后，3ZKK1开关才自动合闸恢复保安MCCA/B段供电，整个过程没有实现自动切换。针对上述异常情况，经现场讨论，对当时联锁回路动作过程进行了分析，决定对柴油发电机整个逻辑回路进行检查，真实模拟故障情况，检查联动回路。

首先对整个回路进行了接线检查，无异常，各设备指示均正常，恢复正常运行方式。手动断开保安MCCA/B段3ZKK2开关，3ZKK3开关正确自动合闸，反之同样结果正确。手动分别断开保安MCCA/B段3ZKK2、3ZKK3两路工作电源开关后，柴油发电机建压成功，自动合上1ZKK、3ZKK1开关，保安MCCA/B段工作电源正确切至柴油发电机供电，判断柴油发电机逻辑功能正常。模拟真实的故障情况，直接手动断开400伏工作PC1A段进线电源开关，400伏工作PC1A段、保安MCCA/B段失压。保安MCCA/B段失压后，柴油发电机正常启动建压，但没有切换至柴油发电机供电，联动失败。根据PLC控制逻辑设计，分析联动失败的原因为保安MCCA/B段失压时3ZKK2开关未接收到柴油发电机PLC发出的跳闸控制指令或PLC未发出跳闸指令。

首先检查PLC外观及指示灯正常，模拟工作PC1A段、保安MCCA/B段失压，3ZKK2开关自动跳闸，3ZKK3开关自动合闸，切换至400伏工作PC1B段供电，回路联动正确，切换成功。保安MCCA段只采用400伏工作PC1A段一路电源供电，另一路工作电源400伏工作PC1B段失电（无法备用），断开工作PC1A段电源进线开关，保安MCCA段失压，柴油发电机PLC发3ZKK2开关跳闸指令，3ZKK2开关跳闸，柴油发电机建压成功，自动合上1ZKK、3ZKK1开关，保安MCCA段工作电源正确切至柴油发电机供电。保安MCCB段同样试验结果正确。

2总结及防范措施

基建时工作PC段均已送电进行设备分部调试运行，已不允许模拟真实情况（保安MCCA/B段失压）进行柴油发电机逻辑调试，只能采用手动断开3ZKK2、3ZKK3开关的方式进行，但手动分合3ZKK2、3ZKK3进线开关的连锁逻辑回路在DCS系统中实现，此回路接线正确，开关正确连锁跳闸，柴油发电机PLC接收开关动作信号正确，造成了联动成功的假象。快速启动柴油发电机作为保安电源，是防止当发电机组故障停机、且此时电网也故障时，机组厂用电供给的辅机会失去电源而停运，从而造成发电机大轴弯曲、锅炉爆管、汽轮机轴变形等事故。为保证机组在上述情况下能够立即启动并向重要的辅机供电，从而保证机组安全。为防止此类问题发生在机组运行中，特制定相应的防范措施如下。坚持定期进行柴油发电机启动试验，原则上每月一次；设备巡视认真检查柴油发电机PLC工作状态、信号指示灯的正确性。同时检查发动机冷却水、柴油状况；机组检修或临时调停且具备条件时，要进行必要的联动试验，试验要模拟真实情况，确保可靠备用。

3保安电源控制策略

保安电源系统的控制策略包括保安电源系统协调控制策略、复合储能系统控制策略和VSC控制策略。下面分别对各个部分的控制策略进行阐述。

3.1保安电源系统协调控制策略

保安电源系统整体工作状况较为复杂，每种工作状况的出现在时间上具有不确定性。系统协调稳定工作需要相应的协调控制策略。系统协调控制需要遵循以下两个基本原则：①为保证系统工作时响应的快速性，超级电容器不能低于蓄电池的荷电状态SOC（stateofcharge）值；②超级电容器或者蓄电池充放电时，要严格遵循负荷平抑规律，即在充电过程中，不能形成新的用电冲击，同样地，储能放电也不能让电网输出功率间歇。VSC主要有4种工作状态：在电网正常时，工作在并网整流或者并网逆变状态；在电网故障时，VSC处于离网逆变状态和隔离状态。隔离状态是指在蓄电池或超级电容的SOC不能满足系统最低要求时，将保安电源从系统中切除的状态。

3.2复合储能协调控制策略

超级电容和蓄电池储能特性不同，直流变换器的控制目标也不一样。超级电容的直流变换器Buck/Boost2控制目标是在电网故障或者负载功率大于Pr时，超级电容快速输出功率维持直流电容端电压恒定，超级电容的容量不需太大。蓄电池侧直流变换器Buck/Boost1控制目标是保证蓄电池对负载提供充足的能量和大量储存电能，蓄电池作为主要储能装置。

3.3VSC控制策略电网

在正常情况下，负载功率PL大于设定值Pr时，为使电网输出功率恒为给定值Pr，VSC并网逆变向负荷提供电能。逆变器采用反馈前馈直接功率控制策略，VSC输出功率参考值为负载功率和设定值的差值，此时VSC端电压由电网确定。

参考文献：

[1]赵建立，周雯娟，郑庆荣，等.基于用户责任的重要电力用户用电安全风险评估[J].电力系统保护与控制，2015，43（23）：71-77.

[2]崔鹏的