300MW 火电机组保安电源系统控制优化探讨

薛彦龙

（三门峡华阳发电有限责任公司，河南 三门峡 472100）

前言

保安负荷其实指的是发电机组的正常运作安全，因此在发电机组出现事故停机或者某个单元系统停机时，一定要保证运行负荷的安全性主，主要包括控制系统电源交流电源和汽轮机的油泵电源的，一定要具有安全的负荷[1-2]。一旦发生故障之后，保安负荷停运将会使整个机组的设备出现损坏和系统失灵等问题，最终造成机组非正常停运延迟，火电机组修复和恢复供电的时间，在经济损失上具有不可估量的影响。我国大中型火力发电设计规范当中具有相关的规定，200MW 和以上的火力发电机组都需要设置交流保安电源，来确保发生故障时的保安负荷，可以提供正常的交流电源，这样的方式将进一步保障电场在出现故障时可以继续安全运行。本文通过对某个300MW 的火电机组进行保安电源的切换逻辑设计和二次测控回路的设计，进行深入的探讨与分析，寻找出现故障和存在缺陷的原因，通过对两方面的设计进行优化，合理的对配置进行改善以后，提高了保安电源切换的安全与可靠性[3-4]。

一、常用保安电源接线运行方式

某个电厂的一期，主要有两台300MW 的发电机组，每台机组都采用两段6000 伏的常用工作进行供电，并且常用段设置了两台都是400 伏的低压工作段。在发电机组正常运行过程当中，两台机组各自的PC 段将会为400 伏的保安段负荷供电，一旦出现故障时，第2 台300MW 的发电机组正常运行，整个400 伏保安段将会有400 伏的低压厂用工作PC 端进行供电。PCL 控制系统将会在工作电源开关跳闸时，向第1 台发电机组发送闭合闸的信号并且实施该命令，如果第1 台备用电源的开关没有在设定以后的时间范围内进行关闭闸门的指令，则PLC 控制系统将会向第2 台备用电源机组发出合闸的信号，并且实施该指令。这里需要说明的是，在备用工作电源进行核查时，一定要对工作电源的进线开关进行全面的检查，确保其已经处于合理的分闸位置上，才能在PLC 控制逻辑系统发出号令时及时进行合闸。

二、事故概况及主要原因分析

（一）常用保安电源失电过程

在第2 台发电机组进行检修过程中，保安段的工作电源促使A 开关合闸供电，而工作电源进线的B 开关则进行检修，第2 台备用电源进线C 开关还处于热备用的状态。在这个过程当中，电源A 开关的变压器发生故障，最终导致PLC 控制系统错误，判断保安系统的母线电压出现异常，随后出现A 开关执行断开电源的程序。在此过程中，第2 台备用电源的进线开关也没有出现闭合的状态，因此导致了第2 台发电机组的保安段缺乏供电。

（二）问题原因分析

1.PLC 控制系统判据单一。PLC 控制系统对该机电组400 伏的保安段母线出现低电压的异常现象，存在着逻辑简单和判断错误的问题，工作电源的进线开关在和备用电源进线开关都安装了电压变送器进行径线时，会对两处开关的电压进行实时的检测与采样，从而计算出线电压的值，并且将二次值输出给PLC 控制系统，PLC 控制系统，根据该数据会做出母线电压异常的判断，但是母线真正出现异常时，并不能够使开关之间进行正常的切换，因为电源开关进线处的电压保险熔断或者变压器发生故障的时候，其实母线电压是正常的，而PLC 控制系统仍然会由于母线电压异常而错误的跳断电源进线开关，从而使整个备用电源投入到工作当中。2.联起回路设计不合理。三路的电源清线开关合闸回路，在设计过程当中都是由于串联另外两个开关而出现跳位的现象，当开关分闸的时候却处于闭合状态，因此在开关运行的过程当中，如果备用电源的开关和第二备用电源的省的开关都处于断开的状态，为了保证工作电源的开关可以闭合，并且保持电路通畅，将会是两个备用电源的开关，回路串联到工作电源上，最终将会处于断路的状态。而在保安电源切换过程中，PLC控制系统将会发出电源开关跳闸的指令后使两个电源开关闭合，然后再切换到第二电源开关，这个设计会发现在任意一个开关进行检修时，将会串联到其他没有闭合的开关，导致其他没有闭合开关进行串联以后合闸，从而使整个回路出现断路的问题。总而言之，上述这两个问题就是造成保安段失电的主要原因，因此我们应针对这两个问题来采取有针对性地解决措施，以有效地排除相关的事故故障。

三、解决问题的可行性优化方案

针对以上提出的两种问题可以进行一定的解决，首先就需要清楚工作电源和两个备用电源的开关中，如果任意一个开关处于闭合状态时，出现开关电路回路的保险丝熔断或者电压器故障时，一定要保证400 伏母线电压是正常的，从而使PLC 控制系统检测的判据不会只根据母线电压而进行指令的发送。因此在母线电压接线处可以增加一组电压变送器，使PLC 控制系统在检测过程当中不是直接检测母线电压，而是检测不同段的电压变送器是否正常。针对第2 个问题，可以在三个电源进线开关处，多加一个转换开关的装置，这样的装置可以使整个系统在进行检修时不至于三个开关进行串联，从而导致另外两个备用开关不会出现异常。加装以后要对不同的位置，做好试验开关和检修三项标志，从而使新增的转换开关可以正确与本路的开关进行连接。除此之外，针对电源开关合闸回路接点的问题，我们可以在各路电源的进线开关处安装一个转换开关，并做好标识。如果电源开关合闸回路接点出现问题，就可以通过对开关检修来进行有效解决。具体表现为，当进行开关的检修工作时，我们需要将此开关拉到检修的位置前，然后将转换开关切换到开关检修的位置上，这样即可连接另外两台开关合闸回路中的跳位闭锁接点，从而使合闸回路能继续保持畅通。

四、控制逻辑与保护配合研究

一般情况下，当某一负荷出现单相接地短路的相关故障时，如果系统的电压的对称性并没有遭到任何破坏，并且流经故障点的电流也只是系统的电容电流，那么由于故障电流的数值较小，所以即便发生了相关的短路故障，系统也会继续维持运行状态。但是随着时间的推移，随着非故障相对降压的不断提高，很有可能会将设备的绝缘击穿，那么最后就会呈现相间短路，多相接地的现象，并且这些现象一旦出现，就会导致短路的电流瞬间增大，而线电压会快速降低。此时，出于保护负荷的目的，快速过流保护就会启动并切除故障点。那么这时故障点的电压就会有所降低，进而导致保安段母线的电压也会有所降低，若此时PCL 的控制逻辑判断保安段母线电压显示异常，就会发出切断保安电源的指令。

（一）保护配置情况

当前保安段系统的保护配置主要分为两类，一类是电源进线开关所使用的框架断路器，一类是负荷类开关所使用的塑壳断路器。并且还有部分负荷装油马达控制器保护装置。而所配置保护种类一般包括负荷保护，剩余电流保护，施压重启动保护等等。而保安系统中还有一部分负荷，如空预器油泵、火检风机等，因此在二期机组组建的开始阶段，如果没有对保护装置进行考虑，那么当上述的负荷处出现相间短路等复合性故障时，只能靠该电源进线开关处过流保护的跳闸来切断故障点这一种方式。

（二）存在的主要问题

通常情况下，要想驱使保安段切换逻辑一般会采用以下两种方式，一种是工作电源进线开关自身的跳闸，一种是因母线电压为异常状态而导致的工作电源进线开关分闸。所以此时不管是因为故障短路，电流的增大而导致其出现保护动作，还是因故障出现导致母线电压造成电源开关切换，相应的故障点依然没有得到有效解决。并且备用电源开关的合闸条件经过一定的改善处理后，开关进线上口和母线电压均符合相关标准，满足相关要求，那么如果故障点没有被切除，保安电源就会继续地进行循环切换，而这样一定会造成故障越级的情况，进而在此基础上扩大故障的波及范围，严重时还会造成重要机械设备的损坏，以及影响整个机组的正常使用。而如果保安段母线处出现了故障点，那我们就需要依靠工作电源的进线开关的过流保护来对其进行切除。而此时PCL 控制系统内部逻辑切换就会发出指令，而控制回路中用于合闸和分闸的中间继电器运行的时间，以及开关合闸和分闸的时间，都与保护的延时动作时间大体一致。那么由此可以说明，当上述情况发生时，电源开关切换会首先实行保护动作，但是如果非常频繁地进行切换操作，那么就会使故障点因失去电源而导致电流的大小受到波及，从而不能满足相关的保护动作条件，所以保护与控制系统中会存在时间级差配合不当的问题。除此之外，当区外发生故障时，也非常有可能引起保安段母线电压的降低，并使其达到相应的切换动作值，那么此时也会由于PCL 逻辑判断的时间较短，而导致保安段进行无事故地切换。

（三）改进处理措施

首先对于自身没有任何保护装置的保安负荷，为了有效避免其发生复合性的故障问题，而无法实现对自身的保护，我们就应该按照其原有的配置保护方案来进行深化配置，从而当故障出现时能在第一时间的做出反应并迅速地采取对故障的切除，以避免出现故障越级跳闸的现象，从而在此基础上有效保障保安电源系统的安全稳定运行。而对于保安电源母线所出现的故障，则需要在PCL 切换指令逻辑中增加不低于0.7 秒的延时时间，从而使得切换指令在发出之后，直到电源完成切换时，此过程不会超过1 秒，进而通过该方式来保证切换控制与瞬时过流保护，以及区外过流保护之间满足相应的极差时间要求，进而达到最终的保护效果。并且在此过程中需要注意的是，当保安电源切换逻辑增加延时后，保安负荷会在实际的切换过程中依靠马达控制器的保护装置来实现自启动，所以在此过程中并不需要担心，因切换时间的过长而导致保安负荷失去相关保护的问题。除此之外，当工作负荷因故障发生跳闸时，机组的DSC 系统会实现其的无延时启动，所以当相关的工作人员完成相应的检查负荷处理后，就可以将其投入至热备用状态。

结论

本文对300MW 的两台发电机组的保安电源系统，在检修过程中容易出现的问题进行分析，并且利用PLC 控制系统逻辑配置的设计优化和电源与保安系统开关的优化设计，施政使整个发电机系统在检修过程中可以在电源段开始灵活可靠地切换到保安系统上，为后续机组检修和保安系统的保护配置工作增加一定的经验。并且由于PCL 控制系统具有逻辑灵活，组装方便等优点，所以保安电源系统通过对其的利用，实现了与保护之间的合理配合，同时通过对DSC 系统的有效利用，实现了保安电源的自动投入，从而在相关技术的改造升级后，使电源开关动作和切换变得更加灵活，稳定，进而在实现300MW 火电机组保安电源系统控制优化的基础上，为机组的安全稳定运行奠定坚实的基础。