柴油发电机和保安电源系统调试

陈诚

（中国能源建设集团华中电力试验研究院有限公司，湖南长沙 410000）

0.引言

发电机保安电源是指全厂停电时，为了保证汽轮机组顺利停机，保证重要设备能够运行，不至于损坏设备而设置的电源。柴油发电机及保安电源系统的PLC逻辑显得至关重要，直接关系到柴油发电机及保安电源系统的可靠性。

1.采用柴油发电机作为保安电源

根据《火力发电厂设计技术规程》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快速启动的柴油发电机。因此，柴油发电机电源成为各电厂的优先事项。保安电源手动带负荷一次系统图如图1所示。

1.1 功能介绍

机组配置一台1690kW柴油发电机组作为机组的事故保安电源，供电给柴油发电机配电盘。在柴油发电机配电盘之下连接有柴发电源进线开关1ZK及汽机保安A段、汽机保安B段、锅炉保安A段、锅炉保安B段、脱硫保安MCC的馈线开关2ZK。汽机锅炉保安每段保安PC段由3路电源对其供电，正常情况下只合1路电源，汽机、锅炉保安段及保安电源进线断路器5ZK、4ZK、3ZK的控制均进入DCS系统。

汽机、锅炉保安段PC两回工作进线电源（A、B段各来一回）的备自投功能采用深圳国立智能设备开发有限公司生产的SID-409B型数字式备自投装置实现，可通过DCS发备自投切换命令给备自投装置实现两个工作进线电源之间的并联切换，这里不做详细的介绍；汽机、锅炉保安PC的工作与保安电源进线两者间正常切换或全厂停电后由柴油发电机给保安段供电后恢复到工作电源1或电源2的同期功能由柴油发电机组控制盘PLC和柴油发电机控制器实现；脱硫保安MCC正常由工作电源供电，自动模式下失压后启动柴油发电机，柴发启动正常后自动合1ZK，可直接通过脱硫保安馈线开关对脱硫保安MCC供电。柴油发电机组及保安电源系统相关的PLC逻辑由泰豪电源技术有限公司提供[1]。

1.2 柴油发电机启停试验

柴油发电机的启停方式分为自动启动、控制室DCS远方启/停、控制室‘紧急启动’、就地手动启/停4种方式，各种方式间转换通过就地控制柜上的操作按钮来实现。柴油发电机就地控制柜上的操作按钮分为‘停机’‘手动’‘自动’‘试验’4种方式。

（1）‘自动’方式。启动柴发的正常工作方式，可通过控制室DCS远方启/停及紧急启动柴油发电机，也可以通过保安电源失压联锁启动柴油发电机。（2）‘手动’方式。通过就地控制柜上‘启动’‘停机’按钮，控制柴油发电机的启/停。（3）‘停机’方式。停止柴油发电机运行并闭锁柴油发电机的远方操作。（4）‘试验’方式。就地启动柴油发电机，柴发启动正常后就地合上柴发出口开关1ZK，当3ZK对应的联锁开关投入后，在PLC控制柜先后按3ZK合闸按钮两次后同期合上对应的3ZK开关，柴油与保安电源系统同期并列。

1.2.1 柴油机就地启/停

（1）在柴油发电机PLC控制柜选择‘手动’方式；（2）按下柴油发电机本体控制柜上‘启动’按钮；（3）检查柴油发电机启动，发电机电压、频率正常；（4）按下柴油发电机本体控制柜上‘停运’按钮；检查柴油发电机停止运行。

1.2.2 柴油发电机在DCS启/停

（1）在柴油发电机PLC控制柜上选择‘自动’方式；（2）单击DCS画面上的柴油发电机，在弹出的柴油发电机组操作画面中单击‘启动’；（3）检查柴油发电机启动，发电机电压、频率正常；（4）延时自动合发电机出口开关1ZK；（5）检查柴油发电机配电盘母线电压、频率正常；（6）在DCS柴油发电机组操作画面中单击‘停止’；（7）自动跳开发电机出口开关1ZK，经过冷却时间后柴油发电机停止运行。

1.2.3 柴油发电机通过控制室内‘紧急启动’按钮启动

（1）在柴油发电机PLC控制柜上选择‘自动’方式；（2）按下控制室内‘紧急启动柴油发电机’按钮；（3）检查柴油发电机启动，发电机电压、频率正常；（4）延时自动合发电机出口开关1ZK；（5）检查柴油发电机配电盘母线电压、频率正常；（6）单击DCS画面上的柴油发电机，在弹出的柴油发电机组操作画面中单击‘停止’；（7）自动跳开发电机出口开关1ZK，经过冷却时间后柴油发电机停止运行。

1.3 保安电源自动逻辑试验（以汽机保安A段为例）

1.3.1 模拟开关偷跳，备用电源自投试验

（1）柴油发电机方式选择开关置于‘自动’方式；（2）确认5ZK2开关在合位，4ZK2开关在分位，2ZK2开关在合位，备自投装置退出运行，汽机保安A段电压正常；（3）拉开5ZK2开关，模拟汽机保安A段失电，即主电源失电；（4）柴油发电机组接收汽机保安A段失压信号，自动启动柴油发电机；（5）柴油发电机建压正常后合柴油发电机出口开关1ZK，PLC确认5ZK2和4ZK已分开，延时2s自动合3ZK2，由柴油发电机给汽机保安A段供电。检查以上开关动作正常、柴油发电机建压正常、保安PC段电压正常、汽机保安A段电压正常。此项调试完成。当汽机保安A由汽机PC B段供电时，重复以上4个步骤，完成此项调试。

1.3.2 汽机保安A段由备用供电恢复至正常运行方式的试验

（1）调试工作接上述备用电源自投试验进行；（2）确认汽机PC A段电压正常，汽机PC B段电压正常；（3）就地解除5ZK2或4ZK2的联锁开关，由DCS选择汽机保安A段恢复工作电源1或2指令，由柴油发电机控制盘PLC同期合上5ZK2或4ZK2，对汽机保安A段恢复供电，恢复成功后，自动延时20s跳开3ZK2断路器；（4）完成电源恢复，就地退出5ZK2或4ZK2的联锁开关，此项调试完成。

（1）汽机保安A段工作电源事故（失压）退出运行，备用电源自投试验柴油发电机方式选择开关置于‘自动’方式；（2）确认5ZK2（4ZK2）开关在合位，4ZK2（5ZK2）开关在分位，2ZK2开关在合位，备自投装置退出运行，汽机保安A段电压正常；（3）拉开汽机PCA（B）段400V工作电源进线开关，汽机PCA（B）段失压，汽机保安A段失电，即主电源失电；（4）自动启动柴油发电机，建压完成后自动合柴发主开关1ZK；（5）PLC判断汽机保安A段仍失电，汽机保安A段工作电源进线1断路器5ZK2在合位（分位）、工作电源进线2断路器4ZK2在分位（合位），2ZK2开关在合位PLC跳开5ZK2（4KZ2），合3ZK2，对汽机保安A段供电，完成此项调试。

汽机保安B段、锅炉保安A、B段备用电源自投及恢复到工作电源1或2供电试验，参照上述步骤执行，这里不做介绍。

1.4 柴发在‘试验’方式下，保安段备用电源正向并网试验

汽机保安A段备用电源正向并网试验。（1）柴油发电机方式选择开关置于‘试验’方式；（2）确认5ZK2（4ZK2）开关在合位，4ZK2（5ZK2）开关在分位，2ZK2开关在合位，备自投装置投入运行，汽机保安A段电压正常；（3）使3ZK2的联锁开关至退出位置；（4）就地启动柴油发电机，当柴油发电机启动正常后，就地合上1ZK；（5）柴油发电机PLC控制柜按下3ZK2合闸按钮，同期继电器动作，再次按下3ZK2合闸按钮2s，同期合3ZK2，并网成功后在PLC柜按3ZK2跳闸按钮，跳开3ZK2，投入3ZK2的联锁开关，此项调试完成。（6）汽机保安B段备用电源、锅炉保安A、B段正向并网试验参照上述步骤执行。

1.5 柴油发电机‘手动’方式下带负荷试验

（1）柴油发电机方式选择开关置于‘手动’方式；（2）就地启动柴油发电机、启动正常后就地合1ZK；（3）汽机保安A、B段备自投闭锁投入；（4）跳开汽机PC A段工作电源进线开关，并将开关置于试验位置；（5）汽机PC的母联开关置于试验位置；（6）跳开汽机PC B段工作电源进线开关，并将开关置于试验位置；（7）汽机PC的母联开关置于试验位置；（8）远方合上备用进线开关3ZK2、3ZK1，通过保安工作电源开关把柴油发电机的电倒送到汽机PCA/B段，启动保安段及PC段负荷；（9）跳开锅炉PC A段工作电源进线开关，并将开关置于试验位置；（10）锅炉PC的母联开关置于试验位置；（11）跳开锅炉PC B段工作电源进线开关，并将开关置于试验位置；（12）锅炉PC的母联开关置于试验位置；（13）远方合上备用进线开关3ZK4、3ZK3，通过保安工作电源开关把柴油发电机的电倒送到锅炉PCA/B，启动保安段及PC段负荷；（14）带负荷完成，恢复到原来的正常运行状态，此项调试完成。

对图1数据进行分析：在柴油发电机手动带负荷将DCS显示的数据和就地指示的数据进行对比，基本一致，DCS的设置正确；带负荷时柴油发电机的有功功率为536.8kW，发电机B相电流为927.5A柴发出口开关的有功功率为535.6kW，电流为919.5A柴发配电盘4个馈线的电流和为920.8A，4个备用分支的有功功率总和为529.1kW，4个备用分支的电流和为913.2A，柴油发电机出口电压与各母线电压依次减小，试验数据在误差允许的范围内，柴油发电机手动带负荷检查各电气量正常[2]。

2.调试中发现的问题

（1）柴油发电机出口开关1ZK1（柴发配电盘电源进线开关）到柴油就地PLC少一对合闸位置反馈，否则PLC不能判断1ZK1已合上。处理结果：设计增加该信号到柴发本体控制柜，再转接到PLC控制柜，设计院在原设计图更改了设计图纸及对应的接线位置。

（2）没有设计柴油发电机配电段母线‘无压’去柴油发电机PLC的信号，PLC取反后作为柴油发电机配电段带电后‘有压’的判据。处理结果：取消柴油发电机配电段的母线一次电压去柴油发电机控制盘的四芯电压线，PLC内部不需要采柴油配电段的母线电压作为逻辑判据，将此电缆的两芯改为柴油发电机配电盘母线‘无压’去PLC信号，设计院按厂家图纸变更了设计图纸。

（3）脱硫保安MCC的问题。原因分析：脱硫是另一家设计院设计的，按原设计要求，脱硫保安MCC应该是3个电源开关，两个工作电源开关，一个备用电源开关，实际到货为两路电源供电，并配有ATS自动切换装置，柴油电源作为脱硫MCC的备用电源，脱硫PC的工作电源在ATS设置优先级。处理结果：取消脱硫保安MCC的进线1电压、进线2电压、母线电压去柴发PLC的一次电压线，只保留脱硫保安MCC母线失压启动柴油发电机的二次线，取消DCS到PLC脱硫PC A和PCB段恢复工作电源的同期指令。

（4）DCS到PLC的同期指令和同期电压设计不满足实际要求的问题：DCS到PLC的同期指令不满足要求。原因分析：从DCS到PLC的4对同期指令分别为汽机PCA段、PCB段、锅炉PCA段和PCB段恢复工作电源同期指令，该指令用于保安段失电由柴油发电机带保安负荷后，市电正常后恢复到工作电源供电，实际有8个工作电源开关，显然不满足要求。处理结果：取消DCS去柴发PLC的柴油发电机启动逆向切换指令，自动模式下同期恢复4段汽机、锅炉保安段供电指令由4个改为8个指令，确保在市电恢复后都可以由DCS单独发出其中任一个恢复电源指令完成保安电源由柴油机对保安段供电同期切换到工作电源供电，同期电压继电器也由原来的4个改为8个同期继电器，厂家出变更图纸，现场按图纸改好同期电压的一次线。

（5）自动状态下启动过程中出现过电压导致启动失败的问题。原因分析：柴油发电机本体控制器AVRD输出，该参数应该根据机组特性修改，出厂默认设置为50%，因为这个AVR调压板是模拟量调压，设置不合理可能在启动时柴油发电机端电压会过高，过电压保护动作导致柴油发电机启动失败。处理结果：将柴油发电机本体控制器AVRD输出由50%改为40%，因为这个AVR调压板是模拟量调压，启动时会有一定的误差，因此这个值是调试过程中根据机组特性修改的。修改该参数后，多次启动柴油发电机未出现过电压导致启动失败的问题。

3.这种设计的优点

（1）两个工作电源之间通过备自投装置可以实现并联切换。汽机锅炉保安A/B四段每段由电源三路供电，正常运行时由其中任一工作电源1或2供电，每段在PCA的电源1开关柜上设有备用电源自投装置，运行时备自投投入，由DCS发手动切换可实现两个工作电源之间的并联切换，提供供电的可靠性。

（2）设计合理、联锁完备。柴油发电机出口开关1ZK只能由柴油发电机本体或PLC控制柜满足合闸条件后来合闸，柴油发电机故障联跳1ZK。2ZK、3ZK、4ZK、5ZK工作位DCS或柴油发电机控制盘按钮或自动合闸和跳闸，开关柜合闸只允许试验位合闸。汽机锅炉保安电源馈线开关2ZK与备用进线开关3ZK有硬接线闭锁，2ZK合闸允许合3ZK，2ZK分闸联跳3ZK，正常运行时2ZK必须在工作位置合闸状态，远方。备用进线3ZK与工作进线1和2即5ZK和4ZK之间有硬接线闭锁，设有联锁投入，退出切换开关，工作进线1或2合闸位置或保护动作闭锁合备用进线，备用进线合位或保护动作闭锁合工作进线1和2合闸，正常运行时3ZK、4ZK、5ZK联锁开关时投入，正常状态下由工作电源带保安负荷，工作电源失电，由柴油发电机带保安负荷。

（3）“自动”方式下多种方式启动柴油发电机，保安段失压后可由柴油发电机带保安负荷。“自动”方式下可以在DCS、集控室操作台、柴油发电机本体控制柜、柴油发电机PLC显示屏启动柴油发电机；汽机锅炉保安A/B段、脱硫保安MCC任一段失压可自动启动柴油发电机，柴油发电机启动正常后，PLC自动合柴油发电机出口主开关1ZK，判断柴油发电机配电盘母线电压正常，此时保安母线仍失压，PLC跳开工作电源1或2，并确认电源1、2全部跳开，延时合上备用电源进线3ZK，保安段由柴油发电机供电。市电恢复后，退出对应的4ZK或5ZK的联锁退出开关，DCS上单击恢复保安电源电源1或2的按钮，柴油发电机PLC接收到恢复工作电源同期命令后，启动柴油发电机本体的同期装置，满足条件后同期合上对应的5ZK或4ZK开关，恢复成功后，3ZK延时20s自动跳开。

（4）“试验”方式下实现柴油发电机与保安段母线并车。“试验”方式下柴油发电机PLC控制柜启动柴油发电机，启动正常后，在柴油发电机本体柜按发电机出口开关1ZK合闸按钮，手动合上1ZK，确认母线带电后，解除3ZK的联锁开关后在柴油发电机PLC控制盘按下其中一个3ZK的合闸按钮，柴油发电机同期装置启动，满足条件后同期合上对应的3ZK开关，并网成功后可与PC段抢负荷。

（5）“手动”方式下实现人为将柴油发电机电源送至PC段。“手动”方式在满足试验条件下，断开PC段工作电源开关并放置试验位置，通过柴油发电机把电送到PC工作段，启动PC段负荷，让柴油发电机尽可能带负荷，可以检查发电机带负荷能力及后台与就地模拟量的正确性。

4.运行建议

自动方式下不定期地在DCS上启动柴油发电机，确保柴油发电机能正常可靠启动；柴油发电机空载运行时间不超过半小时。柴油发电机达到厂家规定的运行时间应及时保养，更换厂家指定的机油、添加冷却水等。

5.结语

通过对一台660MW燃煤机组的柴油发电机及保安电源系统的功能进行必要的试验和整体调试，特别是对柴油发电机的自动方式、手动方式和试验方式的逻辑进行论证，对调试中发现的问题进行分析和处理，全面考察该系统设备的设计、安装质量，了解系统设备的运行特性，以便保安电源系统能够长期、安全和稳定地运行，满足机组对保安电源的要求。