1000MW机组保安段电源改造方案分析及应用探讨.docx

结合电厂保安段的运行方式以及电厂所具备的现有条件，提出了保安段改造方案，并详细介绍了改造过程及优化空间，实践证明保安段改造达到了预期效果。发电厂厂用电源是保证发电厂正常运行的基本电源，厂用电系统接线、布置及负荷分配是否合理，直接关系到发电厂汽轮机、发电机、锅炉及相关辅助设备乃至整个发电厂能否可靠、灵活、经济运行。为了保证在全厂事故停电时能安全可靠地停机、停炉、避免设备遭受损坏，厂用电源关键组成部分的保安段承担着发电厂保安负荷的供电任务，保安电源作为发电厂的最后防线，发挥着至关重要的作用。发电厂应结合现场实际情况，充分利用现有条件，来提升保安电源的可靠性。1保安段电源接线和运行方式有限公司(以下简称电厂)共装机2x330MW+2xlOOOMW,分两期完成，4台机组均采用发变线组单元接线方式。一期和二期各设一台起动备用变压器，其中一期的#01起备变通过蒲汪II回线接于距电厂约15km的汪庄余变电所220kV母线，二期的#02起备变电源与一期#01起备变电源合用一路厂外220kV电源，即从一期蒲汪11回线处T接，并通过220kV电缆引接至二期#02起备变高压侧。二期起备变电源设计虽有节省投资、节约征地等优点，却对起备变电源线路的运行可靠性提出了更高要求。二期2×1OOOMW机组厂用电系统采用IokV和380V/220V两级电压。每台机组设有两段汽机保安电机控制中心(motorcontr。ICenter,MCC)段母线、两段锅炉保安MCC段母线和一段脱硫保安MCC段母线，在事故情况下保证主机润滑油泵、顶轴油泵、密封油泵、盘车电动机、火检风机、其他重要辅机油泵以及直流系统、不间断电源(UninterrUPtiblepowersupply,UPS)、分散控制系统(distributedcontrolsystem,DCS)等重要负荷的供电。正常运行时，各保安MCC段由对应的汽机动力中心(POWerCenter,PC)段、锅炉PC段和脱硫PC段按工作和备用方式通过双电源切换装置快速切换供电。其中汽机保安MCC段、锅炉保安MCC段的备用电源自投功能由双电源自动切换开关(automatictransferswitch,ATS)实现，脱硫保安MCC段的备用电源自投功能由备自投装置实现。为了保证在全厂事故停电时能安全可靠地停机、停炉、避免设备遭受损坏，每台机组设置一台180OkW柴油发电机组作为机组的交流事故保安电源，接入保XPC段，为上述各保安MCC段提供第三路电源。保安电源接线方式如图1所JO图1保安电源接线图以汽机保安MCCA段的运行方式为例，来自汽机PCA段的电源1和来自汽机PCB段的电源2互为备用，通过ATS双电源自动切换开关后经开关4ZKK接入汽机保安MCCA段，作为该段的工作电源。如该段由电源1供电，当电源1故障，ArS双电源开关自动切换至电源2供电，如电源2也出现故障，汽机保安MCCA段失压，柴油发电机组联起成功后，汽机保安MCCA段工作电源进线开关4ZKK自动跳开，柴油发电机组出口开关IZKK及汽机保安MCCA段备用电源进线开关5ZKK依次自动合上，此时汽机保安MCCA段由柴油发电机组供电。其他各保安MCC段运行方式与之类似。2保安段电源改造方案分析电厂二期保安PC段目前采用柴油发电机组为机组保安PC段提供电源，柴油发电机组作为一个相对独立的系统，受厂用电系统因素影响较小，这是其被广泛选作机组保安电源的最主要原因。柴油发电机组带载机会少，日常除了定期的怠速试运，更多时间处于静止热备用状态。柴油发电机组系统较为复杂，维护工作专业性较强，涉及电控、机务、暖通等多个专业，涵盖电控系统、机油油位、柴油油量、冷却液液位、寒冷环境下柴油和冷却液管道的防寒防冻、各类滤芯、电瓶电压、风道、排烟管、风扇、气门间隙等诸多方面，任一方面出现问题都将导致柴油发电机组起动失败或运行故障。与发电机、变压器等常规电气设备的管理维护工作相比，电厂维保人员对柴油发电机组的管理经验相对不足，一旦柴油发电机组出现故障，维保人员不一定能迅速排查处理。这些都是柴油发电机组作为机组保安电源相对不利的方面。电厂二期项目基建期在厂内建有一处施工电源配电室，内设两段IOkV母线,设计采用两条IokV架空专用线路，施工电源取自距厂约2.64km的IlOkV荆泉变电站，变电站提供的用电容量分别为300OkVA和160OkVA。在二期两台机组建成投产以后，该施工电源未拆除，一直保留至今。施工电源取自厂外独立电源，优点是设备故障率低、维护工作量少，可以长期处于热备用状态，在机组事故时可立即投入，事故过程中保安电源短暂失电的时间缩短，但其缺点是厂外独立电源并不能完全独立于外部电力系统，两条架空线路途经的部分地段植被茂密，一旦输电线路或变电站内部出现故障，施工电源将无法100%保证供电可靠性。简要对比两种供电方式的特点，见表1。结合厂内现有条件，对保安PC段电源系统进行改造，在保留柴油发电机组作为保安PC段第一电源的基础上，将目前处于闲置状态的施工电源接入二期保安PC段,作为该段新增的备用电源（如图1虚线部分所示），以解决在机组事故状态下，当柴油发电机组无法正常运行时，保安段无备用电源供电的问题。考虑到柴油发电机组的运行基本不受厂内和厂外条件的制约，可适应极端停电事故情况，因此在运行方式上，将柴油发电机组作为保安PC段的主电源，施工电源作为该段的备用电源。名称柴油发电机抗瓶 E'IlX供电方式投入时效较为她汇 较慢受;MF厂外电网较快推妒工作希点技术要求§2高.但总体锥护1：作豉不大技术用求不离.0”外输电线路缗护1：作协调戢圾大表1两种供电方式特点对比表#3机、#4机保安PC配电室均位于集控楼Om层，两配电室相邻，施工电源配电室距离#3机保安PC配电室约285m,在#3机保安PC配电室内新安装1台保安变压器和3面400V低压开关柜，施工电源开关与新增变压器之间、新增低压开关与机组保安PC段之间采用电缆连接，新增变压器与低压开关柜以及低压开关柜之间均采用铜排连接。3保安段电源改造保安PC段电源改造工作主要包括IOkV施工电源开关改造、新增保安变压器和新增400V低压开关柜安装及相关配套工作。3.1 IOkV施工电源开关改造保安PC段新增备用电源取自IOkV施工电源B段，该段工作电源进线开关QF和保安变压器高压侧开关QFI在原设计中均采用手动操作、就地巡检的工作模式。为减少人员操作风险、加强设备运行状态的监控，在开关原控制回路中增加远方、就地转换开关，将这两台IOkV开关的远方分合闸指令接入DCS（如图2虚线部分所示），同时将IokV开关的合位、跳位、储能、手车工作位、远方、回路故障、保护动作等反馈信号接入DCS,将IOkV施工电源B段母线电压、两台IOkV开关的电流通过420mA模拟信号接入DCSoIOkV开关控制回路改造后如图2所示。L+L-IMCBd-NclI 137 CK Hpcs ®-QjHWJB14CI4C4A3DL操作机构B2B3102直流电源空气开关就地合闸远方跳闸位置 继电器就地跳闸远方合闸位置 继电器图2IOkV开关控制回路改造图3.2 新增保安变压器安装根据保安PC配电室现有设备布置情况，新增保安变压器安装于#3机保安PC配电室的备用屏柜预留位置。#3机、#4机保安负荷统计见表2。有文献要求明备用的低压厂用工作变压器的容量宜留有10%的裕度,保安变压器容量选择2500kVAo名称计。功IiW计算电诙小计既负荷kVAA-ilIVA变IhZl选并容联NR3机保安PC段146S.772856.21010.512036.782500"机保安PC段1491.672903.01026.27表2#3机、#4机保安负荷统计表3.3 新增400V低压开关柜安装新增400V低压开关柜也安装于#3机保安PC配电室的备用屏柜预留位置。根据表1的统计核算，保安变压器低压侧开关QF2选择In=6.3kA,施工电源至#3机保安PC段馈线开关QF3与施工电源至#4机保安PC段馈线开关QF4均选择In=4kAo保安变压器与低压侧开关QF2采用3层80mm×10mm铜排双拼并排连接，保安变压器低压侧开关QF2与施工电源至#3机保安PC段馈线开关QF3和施工电源至#4机保安PC段馈线开关QF4均采用双层80mm×IOmm铜排双拼并排连接，施工电源至#3机保安PC段馈线开关QF3与#3机保安PC段、施工电源至#4机保安PC段馈线开关QF4与#4机保安PC段均采用12根3×185mm2+1×95mm2低压动力电缆并排连接。为避免出现两路电源非同期并列情况，施工电源至#3机保安PC段馈线开关QF3与#3机保安PC段工作电源进线开关采用DCS搭设逻辑和控制回路硬接线两方面措施，其中一路电源进线开关的合闸允许条件必须满足另一路电源进线开关在跳闸位，实现两路电源进线开关在远方和就地方式下的合闸互锁功能，确保事故情况下，保安PC段只有一路电源供电。保安PC段电源进线开关改造后的合闸允许回路逻辑与控制回路分别如图3、图4所示。图3保安PC段电源进线开关合闸允许回路逻辑改造图图4保安PC段电源进线开关控制回路改造图3.4 改造后动作过程分析施工电源接入保安PC段后，保安MCC段实现4路电源供电：PCA段、PCB段、柴油发电机组、厂外市电。在原运行方式基础上，如柴油发电机组起动失败或运行故障，柴油发电机组出口开关将自动跳开，由运行人员先断开来自柴油发电机组的保安PC段工作电源进线开关，再合上施工电源至保安PC段馈线开关。此时保安MCC段由厂外市电供电。如柴油发电机组处于退出状态，运行人员在事故情况下，确认保安MCC段工作电源进线开关分闸后，可直接将保安MCC段切至由厂外市电供电。3.5 改造效果与设计优化保安PC段改造后，各设备运行可靠，为百万千万机组顺利迎峰度冬提供了坚实保障，达到了改造的目的。1)将厂外市电作为新增备用电源，提高了保安段供电可靠性。2)最大程度地利用现有设备，提高了设备利用率，降低了改造成本。3)保安PC段改造后，仍有进一步优化改进的空间。柴油发电机组控制系统独立于DCS,包括可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller,PLC同期装置、电压检测模块等设备，负责柴油发电机组的起停、保安段工作电源和备用电源开关的切换。施工电源目前接入保安PC段采用手动投切方式，后续可通过完善PLC程序和增加系统硬件的手段，对保安段运行方式进行优化。在柴油发电机组控制柜上增加运行方式切换开关，运行人员可根据现场情况自行选择以下3种运行方式。(1)对应上述手动模式，即事故情况下柴油发电机组起动，在柴油发电机组起动失败或运行故障情况下，手动投切施工电源。该方式不需修改PLC程序和控制回路，运行人员需要判断现场情况后再决定是否投切厂外市电。(2)在柴油发电机组起动失败或运行故障情况下，电压检测模块检测到厂外市电正常后，施工电源自动投入，当厂用电恢复后，在运行人员确认后，保安电源自动切回至厂用电。该方式需要扩展PLC的数字输入(digitalinput,DD和数字输出(digitaloutput,DO)卡件，增加电压检测模块等设备，并修改PLC程序和控制回路。(3)柴油发电机组退出运行，电压检测模块检测到厂外市电正常后，施工电源自动投入，当厂用电恢复后，在运行人员确认后，保安电源自动切回至厂用电。该方式也需要扩展PLC的DI和DO卡件，增加电压检测模块等设备，并修改PLC程序和控制回路。本文阐述了100OMW机组保安段电源的运行方式，总结分析了保安段电源的改造方案、改造过程及优化空间。交流保安电源是发电厂厂用电系统的重要组成部分，除了依靠传统的柴油发电机组提供备用保安电源以外，各厂还可结合自身的具体情况，采用引入其他可靠电源作为保安电源、优化保安电源运行方式、细化设备的检修和运行管理等手段，来提升保安电源系统运行的可靠性、灵活性、经济性。同时，维护人员也应克服畏难情绪，刻苦钻研技术、锤炼动手能力，确保柴油发电机组始终处于良好备用状态。电厂保安电源设备及接线方式对比本文对火力发电厂大型机组交流事故保安负荷的概念、交流事故保安电源设置原则及方式进行介绍，阐述了交流事故保安电源宜采用柴油发电机组，并对其接线方式进行分析。同时在火力发电厂交流保安电源设计过程中，对交流保安负荷在功能、接线、特殊性等方面应注意的一些问题提出了意见。事故保安负荷即为保证机组安全停运，事故消除后能快速重新起动，或为防止危及人身安全等原因，需在全厂停电时继续供电的负荷，如果缺少事故保安负荷，将引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或推迟恢复供电。根据对电源的不同要求，可分为直流保安负荷、交流保安负荷、不间断供电负荷三种。火力发电厂设计技术规程(DL50002000)第13.3.17条规定：“容量为200MW及以上的机组，应设置交流保安电源”。交流事故保安电源系统是指当电网发生事故或其他原因致使火电厂厂用电长时间停电时，提供机组安全停机所必须的交流用电系统。大型机组在电力系统中居有重要地位，它直接关系到电力系统的稳定性和可靠性.且随着机组容量的增大，主要辅机容量亦随之增大，为保证机组及重要辅机在全厂停电事故中安全停运的交流事故保安负荷的容量及数量也相应增加。因此，本文对大型火力发电厂交流事故保安电源的设置及接线方式作一初步探讨。1 .大型机组交流事故保安电源的设计原则及设置方式1. 1大型机组交流事故保安电源的设计原则：大型机组交流事故保安电源应按下述原则进行设计：(1)独立性强，即该电源与机组及其厂用系统相对独立，不受其干扰，保安电源的投入条件只限于保安母线段失电。(2)可靠性高，即电源设备和配电故障几率低，投入成功率高。(3)电能质量满足要求，即正常运行状态和负荷起动状态下的电压、频率均能满足厂用电技规的要求。(4)维护工作量小。经济效益好。即该电源投入使用后，维护工作量小，重复投资低。1. 2大型机组交流事故保安电源的设置方式：目前国内大型机组交流事故保安电源归纳起来大致有以下二种方式：一是外接电源；二是采用专用的柴油发电机组；300MW及以上机组(包括引进机组)基本采用专用柴油发电机组这种保安电源形式。(1)外接电源引线方式及可靠性分析：外接电源，即利用外部电源作为保安电源。如扩建电厂由老厂厂用电引接电源。扩建电厂由老厂厂用电引接电源作为机组交流事故保安电源的方式较多，如甘肃平凉电厂300MW机组，江苏谏壁电厂300MW机组等。采取这种保安电源形式主要取决于新老厂之间的距离和供电可靠性(一般情况新老厂距离不超过10公里时可采用)，其设置简单，花钱不多，施工简便，维护管理工作量小，电厂机组台数多，可靠性比较高，多数能在事故停机时起到保安作用。这种引接方式的最大缺点就是，由于某种原因引发新、老厂同时停电事故时.，后果将不堪设想。(2)专用柴油发电机组及其可靠性分析：火力发电厂设计技术规程(DL50002(X)0)第13.3.17条规定：“交流保安电源宜采用快速起动的柴油发电机组”。专用柴油发电机组是电厂中应用最为广泛的一种交流保安电源方式。国内已投运或正在安装及正在设计中的300MW及以上机组的交流保安电源基本均为这种方式。如；电厂改扩建2x300MW机组，电厂一期2x300MW机组，电厂一期2x600MW机组，钦州燃煤电厂工程2x600MW机组等；这种保安电源设置方式的最大优点就是它运行不受外界电网干扰，独立性强，不管何种原因引起的停机事故，它都能起到保证机组安全停机的作用。供电可靠性高，且柴油发电机组容量等级多，可随需要选用，与外接电源建造一条线路相比可靠性高，投资亦比较省。它的主要缺点就是，平时维护工作量较大。2.大型机组交流事故保安电源的接线方式分析据以上介绍，国内已投运或正在安装及正在设计中的300MW及以上机组的交流保安电源基本上均采用专用柴油发电机组作为保安电源，因此，本文所讨论的保安电源接线均指以专用柴油发电机组作为保安电源的接线方式。2. 1交流事故保安电源接线的基本原则：(1)专用柴油发电机组与汽轮发电机组成对应性配置。(2)交流保安电源的电压及中性点接地方式应与低压厂用系统取得一致。一般每台机组设置一段事故保安母线，单母线接线。当事故负荷中具有一台以上的互为备用的I类电动机时，保安母线应采用与低压厂用工作母线相应的接线方式。每台机组的交流事故保安负荷应由本机组的保安母线段集中供电。(3)交流事故保安母线段除了由柴油发电机组取得保安电源外，还需由厂用电取得正常工作电源，以满足机组正常运行情况下需要运行的保安负荷的供电要求。2. 2保安电源的基本接线方式：保安电源的接线方式一般采用一台机组配置一套柴油发电机组的接线方式。这种接线方式单元性强，可靠性高，适用于300MW及以上机组。由于保安母线段的设置段数不同，可有以下几种不同的接线方式。(1)每台机组设置一段保安母线，下设汽机、锅炉、脱硫等事故负荷分屏。此种接线为：专用柴油发电机组接至保安母线段,而汽机、锅炉、脱硫等事故分屏的正常工作电源分别引自不同的单元低压厂用工作变压器。正常工作时，各事故分屏分别经不同的单元厂用变由厂用工作电源供电，当任一事故分屏失电时，经延时确认快速起动柴油发电机组，当柴油发电机组起动成功并具备投负荷条件时，经延时确认后断开该保安负荷分屏的工作电源进线开关，自动投入柴油发电机组出口开关，然后投入该保安负荷分屏备用电源进线开关，恢复对保安负荷的继续供电。这种接线方式由于各保安负荷分屏均设有正常工作电源。当任一保安负荷分屏失电时，可由保安母线段对其供电。提高了对保安负荷供电的可靠性。当发生单元机组停电或全厂停电事故时，由于保安负荷按汽机、锅炉脱硫等分接于各负荷分屏，在柴油发电机组供电过程中，若某一负荷分屏中某一负荷回路故障，该回路开关拒动时，可由该事故保安负荷分屏的进线电源开关动作切除故障回路，而不会影响其它保安负荷分屏供电的可靠性。（2）每台机组设置一段保安母线，保安负荷直接接于保安母线段上。此种接线为：保安母线段上设有正常工作电源及备用电源；工作电源及备用电源均引自不同段厂用工作母线，柴油发电机组作为厂用电失电后的保安电源。保安负荷直接接于保安母线段上。这种保安电源接线方式清晰、简单、一目了然。当保安母线段工作电源失电,备用电源亦失电，或工作电源失电，备用电源自投失败时，将快速起动柴油发电机组，柴油发电机组起动成功具备带负荷条件时，经延时确认断开工作电源或备用电源开关，投入柴油发电机组出口开关，恢复对保安母线段的供电，保安负荷则根据工艺联锁要求自动投入保证了对保安负荷的可靠供电。保安负荷的投入时间完全取决于机组的工艺联锁要求，使保安负荷的投入时间更合理，更能满足机组的工艺联锁要求，更符合保安负荷的实际运行工况。这种保安电源接线方式清晰、简单、所用元件少、单元性强、可靠性高，操作方便，控制简单。在柴油发电机组质量和性能满足要求的情况下，应优先选用此种接线方式。（3）每台机组设置两段保安母线，保安负荷按台数均匀接至两段保安母线上。此种接线为：保安母线段上设有正常工作电源及备用电源；工作电源及备用电源均引自不同段厂用工作母线，厂用工作母线电源引自不同的低压厂变，柴油发电机组作为厂用电失电后的保安电源。当任一保安母线段（保安MCC）失电，都将快速起动柴油发电机组，以保证对该保安母线段（保安MCC）的供电，当两保妥母线段（保安MeC）均失电即单元厂用电失电或全厂厂用电失电而导致单元机组或两机组同时事故停机时，柴油发电机组将快速自起动，当柴油机组起动成功具备带负荷条件时，两保安母线段同时投入，保安负荷按各自的工艺连锁要求自动投入，非重要的保安负荷或允许较长时间中断供电的保安负荷可考虑延时自动投入或手动投入以保证需瞬时投入的交流事故保安负荷的供电可靠性。这种保安电源接线方式主要在于该接线为与厂用工作母线相对应，而将保安母线分为两段设置，该接线的主要优点在于：保安母线段与单元厂用工作母线呈对应设置，单元性强，任一保安母线段上的任一负荷回路故障，而该回路保护设备拒动的情况下，则由该保安母线段进线开关动作切除故障，而不会影响另一段保安母线的供电；且负荷均匀接至两保安母线段上，即使跳掉一段保安母线，还有一半保安负荷继续工作，对互为备用的保安负荷将不会受到影响。其主要缺点即所用元件多，二次控制连锁回路较复杂，初投资略高。结论综上所述，我国现阶段作为大中型火力发电厂交流事故保安电源的接线方式各有利弊，其适应范围也各有不同。应根据工程的实际情况，因地制宜，不可强求一致。具体问题具体分析，经技术经济比较和安全可靠分析后，择优选择。