火电厂厂用保安电源的设计优化

内蒙古电力技术66INNERMONGOLIAELECTRICPOWER2011年第29卷第4期火电厂厂用保安电源的设计优化DesignOptimizationtoPlantEmergencyPowerSupplyofPowerPlant李世雄，胡俊，安福旺准格尔（内蒙古京泰发电有限责任公司，内蒙古010300）[摘要]内蒙古京泰发电有限责任公司厂用保安电源设计有2个电源：锅炉PC段和柴油发电机，由于存在失电时间长、供电可靠性不高等问题，对保安段供电系统改造优化为3个电源：锅炉PC1A段、锅炉PC1B段和柴油发电机，并设计了备用电源自投逻辑。改造后，保安电源运行可靠，达到了改造优化目的。[关键词]发电厂；保安电源；柴油机组；备用电源；ECS逻辑；设计优化[文献标志码]B[文章编号]1008－6218（2011）04－0066－04发电厂的机组保安负荷在失去正常厂用电后，会直接危及机组安全，甚至导致永久性损坏，造成巨大的经济损失。为了避免此类事故的产生，通常由专门设置的保安段对其进行集中供电。根据DL的可靠性降低；同时，在寒冷的冬季，柴油机组的冷却水和燃料的防冻问题也比较突出，任一方面出现问题都将导致柴油机组不能快速启动。另外，从较多发电厂的柴油机组定期试验情况来看，由于制造质量不过关、设备维护管理不到位、使用经验不足、设备老化等原因，部分国产柴油机组尤其是一些老旧柴油机组由于缺乏备件，设备始终处于亚健康状态，加上柴油机组实际使用次数较少，设备技改费用紧张等因素，这些问题往往很容易被忽略，不能及时有效地解决。因此，仅以柴油机组作为保安电源是有局限性的，主要缺点有以下2个方面。（1）失电时间过长。保安段失电15s后才能恢复供电，所有保安负荷均会失电停运，不能保证机组连续稳定运行。

（2）供电可靠性不高。仅以柴油发电机作为备用电源，当柴油发电机出现故障或异常时，无法保证立即恢复供电。

5000—2000[1]规定，容量为200MW及以上的机组应设置交流保安电源，交流保安电源宜采用可快速启动的柴油机组。柴油机组作为1个的系统，因其受电力系统等因素干扰较少，当前被作为发电厂保安电源广泛选用。当保安段因故失去工作电源后，备用电源必须及时可靠投入，以保证重要负荷的供电[2]。1原保安电源接线设计方案存在的问题

内蒙古京泰发电有限责任公司原保安电源接线

设计方案采用柴油机组保安电源，见图1所示。在设计之初，保安段有2个电源。正常运行时，每个保安段由相应的锅炉PC段供电；当保安段因故失电时，柴油发电机自动投入，一般情况下，15s内即可将失电的保安段恢复供电。

原保安电源接线设计方案在柴油机组的实际管理应用中，有过多的人为因素参与，导致柴油机系统

[收稿日期]2010-09-29；[修改日期]2011-04-08

2保安电源接线设计方案的优化

针对原保安电源接线设计方案中存在的问题，

对保安段供电系统进行了改造，优化后的保安电源

[作者简介]李世雄（1970—），男，内蒙古人，学士，工程师，从事发电厂管理工作。

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李世雄，等：火电厂厂用保安电源的设计优化

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4ZKK′380V/220V锅炉1B（2B）段4ZKK2ZKK同期点同期点1ZKK3ZKK3ZKK′380V/220V保安1B（2B）段保安1A（2A）段锅炉1A（2A）段ZKK（400/姨3）/（100/姨3）同期装置1LHAVRACEXC2LH柴油发电机房图1优化前的保安电源主接线图主接线图见图2所示。

改造后，保安段母线有3个电源：锅炉PC1A段、锅炉PC1B段和柴油发电机。正常运行时，由锅炉PC1A段供电；当保安段因故失电时，自动切换到锅炉PC1B段，由锅炉PC1B段供电，同时启动柴油发电机。如果柴油发电机的电压已达到额定值（约经

是3ZKK、6ZKK和1ZKK的上级馈线开关。正常运行时，可以由3ZKK、6ZKK中任何一路来供电，

3ZKK′、6ZKK′一直处在合闸位置，ZKK在柴油发电

机启动电压建立后将自动合闸。

3ZKK自动合闸的ECS逻辑见图3所示。动作过程如下：保安PC1A段由6ZKK供电，3ZKK联锁

开关投入。当保安PC1A段突然失电时，6ZKK由合位变为分位，此时满足3ZKK自动合闸逻辑的全部条件，3ZKK自动合闸，保安PC1A段恢复供电。

柴油发电机启动逻辑见图4所示。动作过程如下：保安PC1A段由6ZKK供电，3ZKK联锁开关投入。当保安PC1A段突然失电时，6ZKK由合位变为分位，此时3ZKK应自动合闸，如果3ZKK自动合闸不成功，且延时达到2.5s（为了与ECS逻辑配合，保证3ZKK有充分的合闸时间，保安PC1A段低电压延时设为2.5s，不能按常规设为0.5s），由低电压继电器接点启动柴油发电机。柴油发电机启动电压建立后，ZKK自动合闸（由柴油机内部回路完成），低

10s），而保安段仍为低电压，则改由柴油发电机供

电。

2.1备用电源的自投逻辑及二次回路

为了降低工程造价、节约资金，在改造过程中，

未装设备用电源自动投入装置来进行电源间相互切换，而是利用ECS逻辑组态的特点，设计了保安段备用电源自动投入的电气逻辑。

以保安PC1A段3ZKK为例进行分析。保安

PC1A段共有3路电源，其中3ZKK来自锅炉PC1A段，为主工作电源；6ZKK来自锅炉PC1B段，为副工

作电源，且3ZKK与6ZKK互为备用；1ZKK来自柴油发电机，为备用电源，3ZKK′、6ZKK′和ZKK分别

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3ZKK′6ZKK′4ZKK′4ZKK5ZKK同期点同期点380V/220V锅炉1B（2B）段保安1B（2B）段1ZKK6ZKK3ZKK380V/220V保安1A（2A）段锅炉1A（2A）段ZKK（400/姨3）/（100/姨3）同期装置1LHAVRACEXC2LH柴油发电机房图2优化后的保安电源主接线图电压继电器与ZKK常开辅助接点串联后联合

3ZKK连锁开关投入

3ZKK′在合位6ZKK在分位1ZKK在分位锅炉PC1A段电压>70%Un

与

合3ZKK开关

1ZKK，保安PC1A段恢复供电。

经反复试验证明，在各种故障情况下，备用电源的自投逻辑均能正确快速动作，完成保安段备用电源自动投入[3]。

门

2.2风机润滑油泵的重启动

在保安段电源切换试验过程中，发现当电源切

换时间小于1s时，风机润滑油泵可以成功重启动；当电源切换时间大于1s时，风机润滑油泵则无法重启动。经分析，在电源切换过程中，电机控制装置的电源会短暂消失，而内部的电源模块由于电容放电可以对装置保持1s左右的供电时间，当切换时

启动柴油机，建压后自动合ZKK跳3ZKK跳6ZKK

图33ZKK自动合闸的ECS逻辑

保安PC1A段电压低

延时2.5s联合1ZKK

间大于1s时，会造成重启动不成功。

对电机控制装置进行改造，具体做法如下：给电机控制装置加装1套外接电源模块ST-9，该模块在电源消失后可向ST500测控装置提供约20s的供电时间，保证电机失电后顺利实现重启动。改造后，重新对保安PC段做电源切换试验，试验结果表明，

图4柴油发电机启动逻辑

5ZKK′2ZKK2011年第29卷第4期李世雄，等：火电厂厂用保安电源的设计优化

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在各种故障情况下，切换风机润滑油泵均可以成功重启动，风机将不会因保安电源切换而跳闸。

15s后才能恢复供电，而DCS逻辑最短可在1s内

恢复供电。

（3）节约了设备投资和维护费用，其中减少4台备用电源自动投入装置共节约费用约15万元。

（4）简化了电气二次回路，采用DCS逻辑实现备用电源的自投功能，不仅安全可靠，而且避免了因二次回路过于复杂而造成的误动、拒动、故障排除费时等不安全因素。

（5）提高了设备利用率，最大程度地利用现有的DCS系统，实现保安段备用电源的自投功能。

[参考文献]

[1]中国电力建设工程咨询公司.DL5000—2000火力发电厂

设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2000.

3改造效果

保安电源经设计优化后，现已投入运行近2a，

在运行过程中虽发生过2次因锅炉PC电源保护动作跳闸致使保安电源失电的事故，但保安段备用电源自投逻辑均可靠启动，成功将备用电源迅速自动投入，顺利实现风机润滑油泵等重要电动机的自启动，避免因柴油发电机启动时间长可能造成的机组重要设备的损坏。经现场实际运行证明，优化后的保安电源运行可靠，至今未发生过误动、拒动现象，达到了优化改造的目的。

（1）由于增加了1路备用电源，使原设计方案中的保安段供电可靠性不高的情况得到改善，保证了保安段供电可靠性。

（2）提高了恢复供电的速度，原设计方案需要

[2]陈戌生.电力工程电气设备手册（电气二次部分）[M].北京：

中国电力出版社，1996：188-203.

[3]叶惟辛.电气设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，

2007：28-34.

编辑：王秀清

：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：（上接第65页）3.2

汽轮机轴向位移增大

逻辑修改后机组再次启动时，汽轮机轴向位移指示恢复正常。另外，此项逻辑的修改更有助于机组的冬季启动，可以降低空冷岛的冻裂风险，同时也降低了高压缸的排汽温度，有利于机组的安全稳定运行。

3.2.1现象

启动过程中，在IV/TV切换和TV/GV切换后，

汽轮机轴向位移明显向正值方向增大，对机组的启动速度和安全稳定运行造成了不利影响。

3.2.2原因分析

机组启动时，随着再热蒸汽压力的升高，中压调

4结语

为满足空冷岛防冻的要求，寒冷地区的直接空

节门会关小，IV流量将逐渐减小，高压缸负荷将会大于中压缸负荷，高压缸进汽流量的迅速增加导致了机组正向轴向推力增大，轴向位移也随之迅速增大。

冷汽轮机组需采用高、中压缸联合启动的方式。内蒙古呼和浩特热电厂二期扩建工程调试期间，对机组

解决办法及效果

检查中发现初始IV控制指令逻辑中IV的流量指令是通过再热蒸汽压力修正的，且与再热蒸汽压力成反比，故对IV控制指令逻辑进行如下修改：

（1）在IV/TV切换时，保持此时IV转速控制

[参考文献]

[1]李宝玉，魏毓璞.汽轮机调节系统疑难问题解析[M].北京：

化学工业出版社，2006：61-69.

3.2.3

启动逻辑进行了修改、完善，由原来的高压缸启动方式更改为高、中压缸联合启动方式。修改逻辑后，机组在冬季启动时状态良好，运行更加稳定、可靠。

PID值，并叠加此时的高压主汽门流量的修正值，然

后再与再热器压力反比。

（2）在TV/GV切换时，IV指令保持当前的流量。

修改后的逻辑调整了冲车过程中高压缸和中压缸的负荷分配比例，增大了中压缸的进汽量。

[2]龚关胜.阿尔斯通30万千瓦级汽轮机[M].北京：中国电力

出版社，1992：33-49.

[3]高建军.蒙达公司330MW机组旁路系统运行特点分析

[J].内蒙古电力技术，2000，18（1）：37-39.

编辑：白永军