发电厂保安电源系统缺陷分析和改进

1发电厂保安电源系统缺陷分析和改进杜小军赵晓鹏大唐渭河热电厂邮编712085【摘要】针对发电厂保安段工作、备用进线开关控制逻辑、柴油发电机的控制逻辑和保安电源系统开关保护定值整定存在的问题，分析改进在保安段母线或电缆发生故障时，将故障快速切除并限制事故的扩大，避免因保安电源问题造成的机组非停和安全停机时所必需的交流电源消失造成设备损坏。【关键词】：发电厂保安电源改进1前言对大容量发电机组，当电网发生事故或因其他原因致使厂用电源中断时，为确保在厂用电中断状态下能安全停机，设置事故保安电源，以满足保安负荷的连续供电，如汽轮机盘车电源、顶轴油泵电源、交流润滑油泵电源等。随着电网的发展，电源点布置的优化、输电线路通道限制造成同杆架设线路增多等因素，造成各个发电厂联络线路数量减少，已基本形成发电厂双回出线的形式，输电线路同时故障增多，造成发电厂全停的几率增大，安全停机问题尤为突出，保安电源的可靠性越发显得重要。单机容量为200MW以上的发电厂中，普遍采用专用柴油发电机组作为交流事故保安电源，保安段正常运行时由厂用电源工作段供电，事故状态下则切换由柴油发电机组应急供电。柴油发电机组经断路器接至出口小母线上，再分两路引至相应机组380V保安A、B段。正常情况下，保安A、B段之间的顺序联锁由DCS控制，柴油发电机自动控制器在保安段厂用电源非保护动作的情况下实现柴油发电机的启动和保安A、B段供电的自动联锁控制。经检查、试验和分析各设备的特点，发现柴油发电机厂家控制逻辑、调试所DCS控制逻辑和进线开关定值在运行中存在不足之处，经分析完善相关逻辑和定值，提高事故保安电源的可靠性。2保安电源系统简介某发电厂单机容量为300MW，主接线为双母线接线，两回送出线路，其中在电厂侧4档线为同杆双回线路，启备变从高压330KV主母线引接。采用专用柴油发电机组作为交流事故保安电源，保安段正常运行时由厂用电源工作段供电，事故状态下则切换由柴油发电机组应急供电。柴油发电机组经断路器接至出口小母线上，再分两路引至相应机组380V保安A、B段。脱硫系统保安电源从380V保安段引接。如图一所示：2图一：保安电源系统接线图正常情况下，柴油发电机出口开关（QF1）及保安段（A段、B段）备用进线开关（QF11、QF21）处于断开状态，工作电源开关（QF13、QF23）处于合闸状态。当某一保安段（A段或B段）母线失电时自动控制逻辑由DCS实现。如果保安段工作进线开关（QF12或QF22）保护动作，则只发故障信号；如果保安A段或B段低电压跳闸，则联跳工作进线开关（QF12或QF22），同时合保安段（A段和B段）备用进线开关（QF11和QF21），两段同时失压启动柴油发电机组。当保安A、B两段同时失压，启动柴油发电机组自动控制装置在1秒内，自动启动机组，机组启动成功后，联锁工作进线开关（QF12或QF22）及备用进线开关（QF11或QF21）跳闸，10秒后发出柴油发电机组出口开关（QF1）及保安A段备用进线开关（QF11）合闸指令，机组带保安A段运行，经5秒延时后，发出保安B段备用进线开关（QF21）合闸指令。3DCS逻辑问题及改进措施分析试验保安段工作进线和备用进线开关的DCS控制逻辑，发现母线故障时工作进线跳闸，工作进线开关故障跳闸不闭锁两段备用进线开关合闸，虽然ABB开关在故障跳闸后若不进行人为机械或电磁复归，不能进行再次合闸，不会对系统造成反复的冲击，但另一段备投供电时，将对健全段造成故障冲击可能造成全部保安段失压。保安A段备用进线开关自动合闸逻辑如图二，保安B段备用进线开关同理。3图二：保安段备用进线开关（QF11）DCS自动合闸逻辑改进措施：在保安A段备用进线开关自动合闸条件一中增加保安A段工作进线开关故障跳闸和保安A段备用进线开关故障跳闸闭锁保安A段备用进线开关合闸条件。在保安A段备用进线开关合闸条件二中增加保安B段工作进线开关故障跳闸闭锁保安A段备用进线开关合闸条件。如图三。图三：修改后保安段备用进线开关（QF11）DCS自动合闸逻辑4柴油发电机逻辑问题及改进措施柴油发电机在自动模式下，进行模拟保安B段母线故障，进线开关(QF22)故障跳闸，故障跳闸接点闭锁备用进线开关(QF21)合闸，禁止保安A段向保安B段供电的过程中,当进线开关(QF22)跳闸，保安B段无压，保安A段有压，只要保安A段备用进线开关(QF11)在合闸位置，保安B段备用进线开关(QF21)就能合闸。将柴油发电机置手动模式下，模拟保安B段进线开关(QF22)故障跳闸，可以闭锁备用进线开关(QF21)合闸。检查柴油发电机控制逻辑如图四所示：4图四：柴油发电机控制器保安段备用进线开关（QF21）自动合闸逻辑可以看出柴油发电机控制逻辑中存在缺陷，保安B段备用进线开关(QF21)的合闸条件，同运行模式、程序未闭锁、保安B段无压信号、保安B段工作进线开关(QF22)位置、保安B段备用进线开关(QF21)位置和保安A段备用进线开关(QF11)位置等的条件相关，模拟保安B段母线故障状况下，只要保安A段备用进线开关(QF11)合闸，备用进线开关(QF21)就会合闸。所以在进线开关(QF22)故障跳闸，虽然用故障跳闸接点闭锁备用进线开关(QF21)合闸，但不能有效闭锁备用进线开关(QF21)合闸，还会对系统造成冲击。改进措施：保安B段进线开关(QF22)故障跳闸，在机组DCS控制逻辑中用故障跳闸接点同时闭锁保安B段备用进线开关(QF21)合闸和保安A段备用进线开关(QF11)。如图五所示。或者在柴油发电机控制逻辑中，保安B段备用进线开关(QF21)自动模式合闸逻辑条件中增加柴油发电机出口开关(QF1)位置信号（还可同时增加柴油发电机组运行）条件，只有在柴油发电机供电时，保安A段备用进线开关(QF11)合闸，才延时启动保安B段备用进线开关(QF21)合闸。如图三所示。图五：修改后柴油发电机控制器保安段备用进线开关（QF21）自动合闸逻辑5备用进线开关和柴油发电机出口开关定值问题及改进措施5.1、低压380V系统设备短路耐受时间一般为1秒，我厂使用ABB断路器短延时保护最长只能整定0.8秒，考虑工作变高压侧过流保护及各级开关短延时保护的时限配合，低压ABB断路器时限可靠配合保证0.2秒，380V工作段进线开关短延时保护整定0.7秒，工作段母联开关短延时保护整定0.6秒，工作段保安电源开关短延时保护整定0.4秒，保安段工作进线开关短延时保护整定0.4秒，保安段备用进线开关短延时保护整定0.4秒，保安段脱硫保安电源开关5短延时保护整定0.2秒。因保安段工作进线开关短延时保护和工作段保安电源开关短延时保护都整定为0.4秒，在保安段母线故障时若工作段保安电源开先跳闸，保安段工作进线开关故障跳闸不闭锁备投，DCS逻辑联动会对健全段母线造成故障冲击，有可能造成健全段跳闸，使机组保安段全部失压，造成空预器全部失电机组跳闸。改进措施：380V工作段进线开关短延时保护整定0.8秒，因母联开关带另一段运行属非标准运行方式，母联开关带另一段运行不考虑选择性，工作段母联开关短延时保护整定0.7秒，工作段保安电源开关短延时保护整定0.6秒，保安段工作进线开关短延时保护整定0.4秒，保安段备用进线开关短延时保护整定0.4秒，备用开关带另一段运行属非标准运行方式，备用开关带另一段运行不考虑选择性，保安段脱硫保安电源开关短延时保护整定0.2秒。这样在标准运行方式下各级负荷之间短延时保护可以保证选择性。5.2、柴油发电机出口开关(QF1)配置过载和短路瞬时保护，开关额定电流1600安，厂家对短路瞬时保护整定为：4In，当柴油发电机带保安段运行时，因保安段备用进线开关短延时保护整定0.4秒（或者0.2秒），保安段某一段短路故障时，柴油发电机出口开关(QF1)越级跳闸，造成保安A、B段全部失压。改进措施：退出柴油发电机出口开关(QF1)短路瞬时保护，可以满足短延时保护级差配合，当保安段某一段短路故障或发电机出口电缆故障时，过载保护反时限特性最长时间1秒切除故障，保证柴油发电机安全。5.3、柴油发电机控制器内短延时保护整定为：2In，0.1秒，柴油发电机额定电流In=1155A，同样保安段某一段短路故障时，柴油发电机出口开关(QF1)越级跳闸，造成保安A、B段全部失压。改进措施：将柴油发电机控制器内短延时保护整定为：2In，0.4秒，因工作段保安电源开关、保安段工作进线开关短延时保护电流整定4倍负荷电流（1215A），短延时保护整定0.4秒，将保安段备用进线开关短延时保护整定电流按进线开关负荷电流（1215A）一半的4倍考虑，时间0.2秒，可以保证选择性。6结束语发电厂保安电源系统对发电厂尤为重要，工作中应全面分析设计院的设计意图和厂家的逻辑，设备检修、试验中对逻辑进行全面的试验，使柴油发电机组内部控制逻辑、DCS的联动逻辑满足运行需要，保护整定计算人员认真考虑各级保护的配置和整定配合，保证最安全优化的设置，以上对保安电源系统存在的缺陷分析和改进经试验和运行考验，可以保证机组正常运行和安全停机，值得在其他工作中借鉴。参考资料：1.电气设备及其系统华东六省一市电机工程学会编中国电力出版社。2.柴油发电机组说明书科泰电源设备（上海）有限公司。作者简介：杜小军，男，1975年07月生，汉族，大专文化程度，工程师,96年7月毕业于西安电力高等专科学校继电保护及自动装置专业，现任大唐渭河热电厂设备部电气二次点检员。赵晓鹏，男，1969年06月生，汉族，大专文化程度，工程师,90年7月毕业于西安电力学校发电厂及电力系统专业，现任大唐渭河热电厂发电部主任工程师。