论文部分内容阅读
摘要：为增加厂用电失去时保安电源的正确投入率，本专题针对目前国内电厂存在的问题做了较全面的分析，论述了国内保安电源自投方式的发展历程及其分类，并重点描述了近年常用的自投方式，分析了各种方式的优缺点，给出了自己的解决方案，具有较大的推广价值。
关键词：保安电源 自动切换装置 发电厂
目前，国内电源项目建设速度很快，300MW、600MW及以上容量的火力发电机组已成为全国各大电网的主力发电机组，尤其近年随着国家产业政策的调整，高效率、低能耗的1000MW容量机组成为新一轮电厂建设的亮点和重点。随着单台机组容量的提高，为增加厂用电失去时保安电源的正确投入，要求保安电源投入必须快速、准确。本专题针对目前国内电厂存在的问题做一全面分析，并与制造单位合作研究，力求开发一种专用装置，满足本工程及国内类似工程的需要。
本文首先论述了国内保安电源自投方式的发展历程及其分类，并重点描述了近年常用的自投方式，分析了各种方式的优缺点，最终求出目前最为适用的专用装置，具有较大的推广价值。
1 国内保安电源电气接线和投入方式
投入方式说明：
根据厂用电设计规程有关规定，机组正常运行时，机组保安MCC由对应的工作PC供电，柴油发电机组处于停止状态。
保安电源投入过程：
当机组保安MCCA失去电源时（工作PCA失电或进线断路器保护动作），进线跳闸同时启动柴油机，经7~10秒后合柴油机断路器,同时检测工作PCB段电压，若PCB段有电压，则合保安PCB进线开关，经一定延时确认保安MCCA满足要求后，停柴油机，断开柴油机断路器。
此时机组保安MCCA由工作PCB段供电。
当机组保安MCCA转入工作PCB段供电不成功时，则在第一时段15秒内投入柴油机。
2 目前国内保安电源投入方式
目前保安电源投入方式有四种。一种是采用分立元件（单个继电器）进行逻辑搭接构成保安电源自投回路。第二种是在DCS内部采用软件进行逻辑，进而实现保安电源自投。第三种是采用大容量切换开关实现保安电源自投。第四种是最近研发出的采用专用自动装置实现保安电源自投。
2.1 采用分立元件构成保安电源自投回路
200MW~300MW机组开始出现保安电源的概念，同时在电厂中引进DCS作为机炉电集中控制方式。由于保安电源自投的重要性，很多电厂对保安电源自投纳入DCS存有疑虑，并且当时保安电源自投的逻辑还不十分成熟。在该时期电气专业设计自投回路时仍采用硬结线（继电器）搭接方式。该自投回路设计相当麻烦，并且对继电器稳定性、定值的设定等等具有很高要求，在电厂中逐步淘汰。
2.2 DCS进行逻辑自投
在国内300MW机组投产较多后，在实际生产中对保安电源自投的运行方式有了更深入的认识，同时DCS制造商对逻辑框图的设计渐渐成熟，大部分DCS制造商均配备了DCS系统专门电气人员。在电厂设计、DCS设计、业主单位之间建立了比较好的沟通渠道。此时，许多电厂开始应用DCS完成保安电源自投回路，即在DCS内部采用软件编程方式完成保安电源自投过程，采用该方式在电厂调试过程中顺利通过。
采用该方式简化了二次接线，减少了设备投资。但此接線方式有如下缺点：
1）使用开关较多，故障几率大，导致保安MCC失电的可能性比较大；开关之间只有电气闭锁，可靠性不是很高。同期装置采用柴油发电机组配套功能，彼此之间的接线较复杂。
2）事故情况下的开关控制完全依赖于DCS的动作，经与热控专业沟通，机组事故情况下DCS有可能发生负荷率过高、通道阻塞等情况；且在DCS故障时，可能导致保安MCC失电。
3）同期带载实验时电源切换由运行人员手动操作，若误操作则保安段失电的可能性较大。由于电厂柴油机带载实验为每半月或一个月一次，频率较高，对保安负荷的可靠供电威胁较大。
4）断路器是保护元件，不适合频繁操作。经常操作将会降低其使用寿命。且断路器的切换时间较长。若外部控制电源失去，将不能完成切换，特别是事故时工作电源失电下的切换失败将危及机组安全。
5）不能实现瞬时并列切换（先合后断）功能，只能串联切换，不能实现柴油机带负荷并列切换试验，柴油机长时间空载试验将影响柴油机的性能及使用寿命；如果采用短时停电切换（先断开工作电源再投柴油机的工作过程）进行柴油机带载试验，将进行保安MCC所带负荷（如油泵、充电机、火检风机等）的倒换，势必增加运行操作并对机组的安全构成威胁。在机组动力中心失电后柴油发电机组有可能不能正常起动而被迫停机的现象。
故有些电厂运行人员对将保安电源自投功能纳入DCS仍有保留意见。
2.３ 采用大容量切换开关实现保安电源自投
在采用DCS进行电源切换不能消除有些电厂运行人员的疑虑后，国内有些电厂采用了大容量开关进行切换，采用此种开关和接线方式的优点是：
1）此种接线简单，可靠性应比第一种方案高；配置智能微处理控制器一体化设备，且同时具有机械及电气互锁，可靠性很高，维护量少。
2）在事故切换过程中，切换开关通过机械联动机构首先断开工作电源，然后接通备用电源，不存在将柴油发电机组投入故障电缆的可能性。
3）通过2个ATS可实现三路电源的切换，不依赖DCS或保安电源自投装置，免除了用户担心DCS的可靠性和速度的因素。
4）控制器自带同期捕捉功能，满足条件可进行自动切换。
5）控制器电源取自主开关电源信号，两侧电源哪侧有就使用那一路，不会因外部电源的消失而受影响。当两路电源没有时，ATS不动。
6）开关采用电磁驱动，动作时间较快，电动机电压衰减较少，频率稳定，切换成功可靠性很高，减少冲击。
7）可以实现带载试验和切换过程的不断电运行方式，使电厂柴油机实现真正的带载试验，用以检验柴油机和电源开关动作的正确性，提高柴油机的性能，延长柴油机的使用寿命。
采用此种开关和接线方式的缺点是：
1）对ATS设备可靠性要求较高，电源切换依赖于ATS来实现。
2）目前ATS制造商较少，国内目前仅有爱默生公司的ASCO开关和GE公司产品。
据目前了解，ASCO开关在国内电厂保安电源的应用业绩有：邹县电厂四期、沁北电厂、黄岛电厂、灵武电厂、马连台电厂、西固电厂、韩城电厂、国华锦界电厂、蒲城电厂、后石电厂、福建华电可门电厂等；
GE公司产品在国内电厂保安电源的应用业绩有：日照电厂二期。
3）设备价格较贵，相对于第一种方案投资较高，需要综合考虑费用。
目前有少量电厂采用此种装置和接线方式。但此种接线方式与规程DL/T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计规定》4.6.2条有出入。4.6.2条规定“正常运行时保安母线段应由本机组的低压明或暗备用动力中心供电，当确认机组动力中心真正失电后应能切换到交流保安电源供电。”该条文详细解释为“…如采用暗备用动力中心接线时，每台机组有2段动力中心。且相互之间只能手动切换，故应确认2段动力中心都失电后才能启动柴油发电机组，此时保安母线段应接自2段动力中心互为自投；无确切信息证明本机组已失去厂用电源而启动柴油发电机组是不应当的”。
因此，本接线存在较大设计缺陷，不符合规程规定的精神，对电厂运行安全性也是不利的。
此种切换方式完全由切换开关和柴油机完成，不用经DCS判断，打消了运行人员的担心。该种开关为进口产品，价格高，每台机组需要4个开关，两台机共需200万元，相当于40面低压开关柜，投资较大。
2.4 保安电源专用自投装置
为求得技术经济最优方案，满足不同电厂实际运行需要，制造单位开发出一种保安电源专用自投装置，该装置既能满足自投回路不依靠DCS的独立性，又能保证自投回路准确性、快速性。其能够自动检测工作母线电压，及相关断路器工作状态，经过自身一系列逻辑判断确定是否需要自投，并且可手动恢复，能够接收远方信号并上传DCS需要的信号，还可以进行保护定值整定。
2.4.1 装置主要特点
装置采用128×128蓝屏液晶，采用标准的九键操作方法。面板上配有USB口，可以方便的进行程序加载以及导出装置内部的SOE事件。
装置采用DSP＋ARM构架，运算速度快，性能稳定。采用强电开入，抗干扰性能优越。
装置抗干扰达EMC最高等级4级。
装置采用全闭结构，体积小，可安装于MCC进线柜内，不另外占用配电室空间。
2.4.2配置方式
该装置按保安MCC母线段对应配置，即每段MCC配置一台自投装置。本工程两台机有8段MCC,共需8台，费用为35~40万元。
3推荐意见
本文从保安电源自投的原理入手，论述了保安电源自投回路的发展历程,同时分析了各种保安电源自投回路和装置的优缺点，经过技术经济比较，最终推荐方案三——采用保安电源专用自投装置。该装置不依靠DCS逻辑即可实现保安电源的自投和电源的恢复，完全能够满足本工程的需要，且造价不高，值得在国内外电厂中推广使用。
关键词：保安电源 自动切换装置 发电厂
目前，国内电源项目建设速度很快，300MW、600MW及以上容量的火力发电机组已成为全国各大电网的主力发电机组，尤其近年随着国家产业政策的调整，高效率、低能耗的1000MW容量机组成为新一轮电厂建设的亮点和重点。随着单台机组容量的提高，为增加厂用电失去时保安电源的正确投入，要求保安电源投入必须快速、准确。本专题针对目前国内电厂存在的问题做一全面分析，并与制造单位合作研究，力求开发一种专用装置，满足本工程及国内类似工程的需要。
本文首先论述了国内保安电源自投方式的发展历程及其分类，并重点描述了近年常用的自投方式，分析了各种方式的优缺点，最终求出目前最为适用的专用装置，具有较大的推广价值。
1 国内保安电源电气接线和投入方式
投入方式说明：
根据厂用电设计规程有关规定，机组正常运行时，机组保安MCC由对应的工作PC供电，柴油发电机组处于停止状态。
保安电源投入过程：
当机组保安MCCA失去电源时（工作PCA失电或进线断路器保护动作），进线跳闸同时启动柴油机，经7~10秒后合柴油机断路器,同时检测工作PCB段电压，若PCB段有电压，则合保安PCB进线开关，经一定延时确认保安MCCA满足要求后，停柴油机，断开柴油机断路器。
此时机组保安MCCA由工作PCB段供电。
当机组保安MCCA转入工作PCB段供电不成功时，则在第一时段15秒内投入柴油机。
2 目前国内保安电源投入方式
目前保安电源投入方式有四种。一种是采用分立元件（单个继电器）进行逻辑搭接构成保安电源自投回路。第二种是在DCS内部采用软件进行逻辑，进而实现保安电源自投。第三种是采用大容量切换开关实现保安电源自投。第四种是最近研发出的采用专用自动装置实现保安电源自投。
2.1 采用分立元件构成保安电源自投回路
200MW~300MW机组开始出现保安电源的概念，同时在电厂中引进DCS作为机炉电集中控制方式。由于保安电源自投的重要性，很多电厂对保安电源自投纳入DCS存有疑虑，并且当时保安电源自投的逻辑还不十分成熟。在该时期电气专业设计自投回路时仍采用硬结线（继电器）搭接方式。该自投回路设计相当麻烦，并且对继电器稳定性、定值的设定等等具有很高要求，在电厂中逐步淘汰。
2.2 DCS进行逻辑自投
在国内300MW机组投产较多后，在实际生产中对保安电源自投的运行方式有了更深入的认识，同时DCS制造商对逻辑框图的设计渐渐成熟，大部分DCS制造商均配备了DCS系统专门电气人员。在电厂设计、DCS设计、业主单位之间建立了比较好的沟通渠道。此时，许多电厂开始应用DCS完成保安电源自投回路，即在DCS内部采用软件编程方式完成保安电源自投过程，采用该方式在电厂调试过程中顺利通过。
采用该方式简化了二次接线，减少了设备投资。但此接線方式有如下缺点：
1）使用开关较多，故障几率大，导致保安MCC失电的可能性比较大；开关之间只有电气闭锁，可靠性不是很高。同期装置采用柴油发电机组配套功能，彼此之间的接线较复杂。
2）事故情况下的开关控制完全依赖于DCS的动作，经与热控专业沟通，机组事故情况下DCS有可能发生负荷率过高、通道阻塞等情况；且在DCS故障时，可能导致保安MCC失电。
3）同期带载实验时电源切换由运行人员手动操作，若误操作则保安段失电的可能性较大。由于电厂柴油机带载实验为每半月或一个月一次，频率较高，对保安负荷的可靠供电威胁较大。
4）断路器是保护元件，不适合频繁操作。经常操作将会降低其使用寿命。且断路器的切换时间较长。若外部控制电源失去，将不能完成切换，特别是事故时工作电源失电下的切换失败将危及机组安全。
5）不能实现瞬时并列切换（先合后断）功能，只能串联切换，不能实现柴油机带负荷并列切换试验，柴油机长时间空载试验将影响柴油机的性能及使用寿命；如果采用短时停电切换（先断开工作电源再投柴油机的工作过程）进行柴油机带载试验，将进行保安MCC所带负荷（如油泵、充电机、火检风机等）的倒换，势必增加运行操作并对机组的安全构成威胁。在机组动力中心失电后柴油发电机组有可能不能正常起动而被迫停机的现象。
故有些电厂运行人员对将保安电源自投功能纳入DCS仍有保留意见。
2.３ 采用大容量切换开关实现保安电源自投
在采用DCS进行电源切换不能消除有些电厂运行人员的疑虑后，国内有些电厂采用了大容量开关进行切换，采用此种开关和接线方式的优点是：
1）此种接线简单，可靠性应比第一种方案高；配置智能微处理控制器一体化设备，且同时具有机械及电气互锁，可靠性很高，维护量少。
2）在事故切换过程中，切换开关通过机械联动机构首先断开工作电源，然后接通备用电源，不存在将柴油发电机组投入故障电缆的可能性。
3）通过2个ATS可实现三路电源的切换，不依赖DCS或保安电源自投装置，免除了用户担心DCS的可靠性和速度的因素。
4）控制器自带同期捕捉功能，满足条件可进行自动切换。
5）控制器电源取自主开关电源信号，两侧电源哪侧有就使用那一路，不会因外部电源的消失而受影响。当两路电源没有时，ATS不动。
6）开关采用电磁驱动，动作时间较快，电动机电压衰减较少，频率稳定，切换成功可靠性很高，减少冲击。
7）可以实现带载试验和切换过程的不断电运行方式，使电厂柴油机实现真正的带载试验，用以检验柴油机和电源开关动作的正确性，提高柴油机的性能，延长柴油机的使用寿命。
采用此种开关和接线方式的缺点是：
1）对ATS设备可靠性要求较高，电源切换依赖于ATS来实现。
2）目前ATS制造商较少，国内目前仅有爱默生公司的ASCO开关和GE公司产品。
据目前了解，ASCO开关在国内电厂保安电源的应用业绩有：邹县电厂四期、沁北电厂、黄岛电厂、灵武电厂、马连台电厂、西固电厂、韩城电厂、国华锦界电厂、蒲城电厂、后石电厂、福建华电可门电厂等；
GE公司产品在国内电厂保安电源的应用业绩有：日照电厂二期。
3）设备价格较贵，相对于第一种方案投资较高，需要综合考虑费用。
目前有少量电厂采用此种装置和接线方式。但此种接线方式与规程DL/T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计规定》4.6.2条有出入。4.6.2条规定“正常运行时保安母线段应由本机组的低压明或暗备用动力中心供电，当确认机组动力中心真正失电后应能切换到交流保安电源供电。”该条文详细解释为“…如采用暗备用动力中心接线时，每台机组有2段动力中心。且相互之间只能手动切换，故应确认2段动力中心都失电后才能启动柴油发电机组，此时保安母线段应接自2段动力中心互为自投；无确切信息证明本机组已失去厂用电源而启动柴油发电机组是不应当的”。
因此，本接线存在较大设计缺陷，不符合规程规定的精神，对电厂运行安全性也是不利的。
此种切换方式完全由切换开关和柴油机完成，不用经DCS判断，打消了运行人员的担心。该种开关为进口产品，价格高，每台机组需要4个开关，两台机共需200万元，相当于40面低压开关柜，投资较大。
2.4 保安电源专用自投装置
为求得技术经济最优方案，满足不同电厂实际运行需要，制造单位开发出一种保安电源专用自投装置，该装置既能满足自投回路不依靠DCS的独立性，又能保证自投回路准确性、快速性。其能够自动检测工作母线电压，及相关断路器工作状态，经过自身一系列逻辑判断确定是否需要自投，并且可手动恢复，能够接收远方信号并上传DCS需要的信号，还可以进行保护定值整定。
2.4.1 装置主要特点
装置采用128×128蓝屏液晶，采用标准的九键操作方法。面板上配有USB口，可以方便的进行程序加载以及导出装置内部的SOE事件。
装置采用DSP＋ARM构架，运算速度快，性能稳定。采用强电开入，抗干扰性能优越。
装置抗干扰达EMC最高等级4级。
装置采用全闭结构，体积小，可安装于MCC进线柜内，不另外占用配电室空间。
2.4.2配置方式
该装置按保安MCC母线段对应配置，即每段MCC配置一台自投装置。本工程两台机有8段MCC,共需8台，费用为35~40万元。
3推荐意见
本文从保安电源自投的原理入手，论述了保安电源自投回路的发展历程,同时分析了各种保安电源自投回路和装置的优缺点，经过技术经济比较，最终推荐方案三——采用保安电源专用自投装置。该装置不依靠DCS逻辑即可实现保安电源的自投和电源的恢复，完全能够满足本工程的需要，且造价不高，值得在国内外电厂中推广使用。