CB级ATSE装置在火电厂Ⅰ类厂用负荷中的应用分析

尧 阳

（华电电力科学研究院 中南分院，湖北 武汉 430000）

CB级ATSE装置在火电厂Ⅰ类厂用负荷中的应用分析

尧 阳

（华电电力科学研究院 中南分院，湖北 武汉 430000）

某电厂风机油站电气控制系统有两路工作电源，配备了CB级ATSE装置，装置采用了“自投自复”的工作模式；在电源切换过程中，出现了设备供电中断的现象。针对此问题展开了分析和讨论，并提出了改进措施，希望能为其他火电厂类似的CB型ATSE装置的应用提供参考。

自动转换开关电器（ATSE）； Ⅰ类负荷； 自投不自复

0 引言

火电厂正常运行和启停过程中都离不开Ⅰ类厂用负荷提供的动力电源和控制电源，某些Ⅰ类厂用负荷在运行中如果长时间失电，将会导致机组失控或设备损坏，从而影响了电厂的经济效益和生产安全。因而，电厂Ⅰ类厂用负荷设备对供电的电源质量、电源可靠性等方面具有很高的要求。为提高设备运行可靠性，火电厂中很多Ⅰ类厂用负荷都配备有两路工作电源，电源之间的切换是通过自动转换开关电器（ATSE）来实现的。其中，ATSE装置的作用就是在常用工作电源发生故障时迅速将负载回路自动切换至备用电源，确保重要负荷供电的连续性和可靠性，从而保证电力生产安全、稳定、经济运行。

图1 某款CB级ATSE装置原理图Fig.1 The schematic diagram of a CB ATSE device

随着电力行业的发展和电力新技术的引进，ATSE装置产品也不断的更新换代，从结构原理上区分，目前的ATSE装置可分为：接触器式转换开关、断路器式转换开关、负荷开关式转换开关和双投式转换开关这四种。这几种ATSE装置，工作原理不完全相同，性能指标方面各有优缺点，分别使用于电力系统中的各个场合。其中的断路器式转换开关，是我国国家标准和IEC标准中所谓的CB级ATSE装置，它的基本构成是由两台塑壳式断路器及其相关附件组成，具有过电流和短路保护功能，空间体积小，工作模式灵活多样，是目前使用最广泛的ATSE，但同时存在机械连锁不可靠、切换时间较长的缺点，大多使用在断电允许时间相对要求不高的电气转动设备控制系统中。CB级ATSE装置的基本原理图如图1所示。

2 设备概况

某电厂二期2*1000MW机组一次风机油站电气控制系统为Ⅰ类厂用负荷，有两路电源，分别取自锅炉保安MCC段和锅炉MCC段；其中锅炉保安MCC段电源为常用工作电源，锅炉MCC段电源为备用工作电源，一次风机油站电气控制系统的具体接线详见图2所示。

图2 一次风机油站电气控制系统接线图Fig.2 Primary air fan station electric control system wiring diagram

一次风机油站电气控制系统使用的是某款CB级ATSE装置，此款产品，有三种可选工作方式：“自投自复”、“自投不自复”和“互为备用”；此外，转换延时时间和返回延时时间均可调。自投自复：当两路电源正常情况下，常用电源工作，如果常用电源故障或失电时，ATSE自动将负载从常用电源转换至备用电源；当常用电源恢复正常时，则自动将负载返回到常用电源。自投不自复：两路电源均正常情况下上电，常用电源优先工作；运行过程中常用电源故障时，ATSE能自动将负载从常用电源转换到备用电源，如果常用电源恢复正常时，ATSE不能自动返回到常用电源，此时两路电源为对等优先权，变成“互为备用”电源。互为备用：两路电源无常用、备用之分，优先级相同；先上电的那路电源为工作电源，后一路电源为备用电源；当工作电源故障，备用电源自动投入，两路电源轮流备用。转换时间：测定从主电源被监测到偏差的瞬间起至主触头闭合备用电源为止的时间，不包括特意引入的延时；返回时间：从常用电源完全恢复正常的瞬间起至主触头组闭合常用电源止的时间加上特意引入的延时（“自投不自复”和“互为备用”工作模式时，无返回延时时间）。这三种工作方式和转换延时、返回延时时间，均可根据现场实际需要而设定，工作状态和延时时间的设置方法见表1、图3所示。

表1 动作参数设置Tab.1 Action parameter Settings

图3 参数设置拨码开关Fig.3 Parameter setting dial switch

油站电气控制系统，能采集相关的开关量信号，并将开关量信号传输到主控室DCS系统，由DCS实现对油站的控制。采集的信号有：电机运行和停止信号、油箱内油系统压力、油温等。DCS输出的驱动信号为长信号。

一次风机油站油压系统由低压和高压两部分组成的，低压部分油系统额定压力为0.4MPa，为风机电机、风机轴瓦提供润滑作用；高压部分油系统额定压力为12MPa，通过液压来调节风机动叶角度从而来调节风机出力。油站共四台电机，两台低压泵电机（一主一备）和两台高压泵电机（一主一备），一次风机油站电气控制系统主要负荷见表2。

表2 油站系统主要电气负荷Tab.2 Oil station system main electric load

3 应用问题

在机组检修期间，按照电厂运行规程的要求，对一次风机油站电气控制系统进行例行的ATSE装置切换试验。1）试验目的：通过试验来检测ATSE装置切换是否动作正常、油站控制系统电气设备在紧急情况下能否可靠运行；2）试验前设备基本情况如下：CB型ATSE工作模式为“自投自复”，转换延时和返回延时时间均为0s；3）试验方法：通过断开、合上QF1主电源开关（锅炉保安MCC段馈线开关、塑壳式断路器）来模拟常用电源失电或恢复送电状态；4）试验条件：一次风机电机停运，正常带油站控制系统负荷、选择自动控制方式、投DSC逻辑。

试验前，#1低压泵电机和#1高压泵电机运行。当断开QF1开关，模拟“锅炉保安MCC段”常用电源失电，#1低压泵电机和#1高压泵电机停运；ATSE装置自动将负载回路切换到备用工作电源后，#2低压油泵电机联启，#1、#2高压泵电机联启；短时间内（不超过10s）合上常用工作电源开关（QF1开关），ATSE装置再一次切换，#2低压泵电机和#1、#2高压泵电机停运，但在成功切换至常用电源后，#1低压泵电机运行，两台高压油泵电机均未启动。

若机组正常运行中两台高压油泵电机停运后未及时启动，会导致一次风机动叶无法调节，从而影响了机组的正常运行和负荷调节，存在较大安全隐患。

4 问题分析

风机油站工作原理如下：油站启动时，首先启动润滑系统一台低压油泵电机，若系统压力未达系统的额定压力，则启动备用油泵电机，当系统压力达正常值时备用泵电机停止；当低压泵电机维持正常运行一段时间后，可以启动液压系统高压泵电机，高压泵电机工作原理也一样，正常压力下一台高压泵电机运行，若工作压力低于系统压力时启动备用泵电机，压力恢复正常时备用泵电机停止；系统停用时先关闭液压系统高压泵电机，然后再关闭润滑系统低压泵电机。

油站的自动控制方式，主要通过就地的压力开关和主控DCS系统之间的配合来实现。在油系统的低压润滑部分和高压液压部分都装有“压力下限”、“压力下极限”压力开关，当系统压力低于维持系统工作设定最低压力时，“压力下限”压力开关动作、发信号至DCS，然后启动备用泵电机；当系统压力低于系统极限压力时，“压力下极限”压力开关动作、发报警信号至DCS，由主控室作出停主机等相关处理。一次风机油站控制系统压力开关测点见表3。

表3 油站系统压力开关Tab.3 Oil station system pressure switch

CB型ATSE切换总动作时间一般在2000-3000ms，每次切换过程中都会导致设备停电，期间会引起一次风机低压和高压油系统压力下降。第一次电源切换时，常用电源断开，#1低压泵电机停运、接触器断开，给上位机DCS发送一个分闸信号反馈；低压润滑系统压力下降，但未下降到“压力下限”设定值（0.1200MPa），低压系统“压力下限”压力开关未动作；DCS系统系统检测到#1低压泵电机停运，按逻辑设定，发出启#2低压泵电机的指令。切至备用电源后，因为DCS系统默认投备用、启动#2低压泵电机，所以切换后存在“倒泵”现象。#1高压油泵电机停运时，高压油系统压力下降较快，压力下降到1.0000MPa以下，会导致高压系统“压力下限”压力开关动作，为尽快提高油压、DSC逻辑默认启动两台高压泵电机，所以切换后两台高压泵电机同时运行。在短时间内（不超过10s），常用电源恢复正常、“自投自复”工作状态的ATSE装置会进行第二次切换时，切换过程中，低压系统压力未下降至“压力下限”临界值（0.1200MPa），同理，切换以后DCS系统只启动#1低压泵电机；但高压液压系统由于连续两次切换，高压压力下降较快、来不及恢复，压力降到“压力下极限”临界值（0.8000MPa）以后，高压系统“压力下限”和“压力下极限”压力开关均动作，DCS采集到相关信号，按逻辑设定、不会启动高压电机。两次切换过程中高低压泵电机和压力开关的动作情况见表4。

表4 油站系统切换过程Tab.4 The switching process of oil station system

由于高低压油站和CB级ATSE的结构特点，每次电源切换过程中，高压、低压油系统压力都会下降，并且高压系统压力下降更迅速。分析表明：ATSE装置每一次切换后，高压系统压力若要恢复正常额定压力，需要一段时间，大概是10s左右；第二次切换若未躲过高压油恢复正常压力所需的时间限制时，将会引起高压油系统保护逻辑动作，导致高压油系统设备停运。

在生产实际中，为了提高Ⅰ类厂用负荷的运行可靠性，锅炉保安MCC段母线往往设计有多路进线电源（如图2所示），常用电源和备用电源之间的切换也是通过备自投装置来实现的。在机组运行中，也存在锅炉保安MCC段电源失电后、短时间又恢复供电的可能性；如风机油站控制系统采用的CB型ATSE装置工作模式或时限配合不当，会影响风机系统或机组的安全运行。因而，应尽量提高锅炉保安MCC段电源的可靠性，同时也应慎重选择CB型ATSE装置的工作方式。

5 应对措施

综上所述，一次风机油站电气控制系统的CB型ATSE装置的工作模式不当，未考虑“常用工作电源失电后短时恢复、装置连续切换”的极端情况，为避免此类现象地出现，改进方法有两种：一是仍采用“自投自复”的工作模式，但将“返回延时时间”由0s改为30s，以避开高压油系统恢复时间。关于CB型ATSE“自投自复”工作方式的切换时间，在《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）中有说明：“7.5.4自动转换开关电器(ATSE)的选用应符合下列规定：ATSE的切换时间应与供配电系统继电保护时间相配合，并应避免连续切换”，条文解释：当设计的供配电系统具有自动重合闸功能，或虽无自动重合闸功能但上一级电源具有此功能时，工作电源突然断电时，ATSE不应立即投到备用电源侧，应有一段延时，避免刚切换到备用电源侧，又自复至工作电源，这种连续切换是比较危险的。在实际运行中，CB型ATSE装置存在机械连锁不可靠、容易出现机械卡涩、切换时间过长等问题，若采用“自投自复”工作模式时，连续切换使得上述风险增大，同时还可能带来后续其它的问题。二是将工作模式由“自投自复”改为“自投不自复”，这样可以避免ATSE装置连续切换。ATSE装置若采用“自投不自复”工作模式，可以简化与其它设备的时限配合设置工作。鉴于此，建议优先选用“自投不自复”的工作模式，可以减小设备运行中潜在的风险，提高设备运行可靠性。

6 结语

关于CB型ATSE装置在相关场合具体的运行方式，暂时未有相关规程对此做出明确规定，但实际应用中的消防、医院等Ⅰ类重要负荷场所用的CB级ATSE装置，均采用“自投不自复”方式。是因为CB级ATSE装置每次切换电源，都会导致主回路中的接触器跳闸，设备需要重新启动，没有自动重合功能的设备需要人工干预才能启动；而Ⅰ类重要负荷一旦启动，保证电源供应的需要、远比选择优先电源供电重要，所以只要此类设备启动，无论供电电源是常用电源还是备用电源，就保证供电。因而，为减小电源切换所带来的风险，在火电厂Ⅰ类厂用负荷中应慎重选择CB型ATSE装置“自投自复”的工作方式。

[1]GB/T 1048.11-2016，低压开关设备和控制设备 第6-1部分：多功能电器 转换开关电器[S].

[2]JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S].

Application Analysis of CB ATSE Device in Category I Load of Thermal Power Plant

YAO Yang
（Huadian Electric Power Research Institute Zhongnan Branch,Wuhan 430000，China）

The electric control system of fan oil station of a power plant has two working power supply,equipped with CB ATSE device,the device adopts the working mode ofquot;automatically transfer and restorequot;;In the process of power switching,the power supply interruption occurred.This paper had analyzed and discussed the problem,and put forward some improvement measures，hoped to provide reference for other similar CB ATSE in thermal power plants.

automatic transfer switching equipment(ATSE)； category I load； automatically transfer and nonautomatically restore

TM621

B

2095-3429（2017）05-0059-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.014

2017-07-20

尧阳（1986-），男，湖北咸宁人，本科，助理工程师，主要从事高电压试验技术的研究工作。