火电机组辅机及控制系统双电源供电策略与应用分析

南京化学工业园热电有限公司/中国矿业大学电气工程学院 陈超虎

1 案例分析

1.1 主变冷却器因其PLC控制器故障而引发全停

某1000MW机组主变配置四组冷却器，PLC控制器与四组冷却器电源全部配置在一段400V母线上，400V母线采用双电源明备用（不设主、辅等级）供电方式。机组运行中主变冷却器突然全部停运，原因为PLC控制器由于电源故障停止工作，造成四组冷却器全部停运。后将主变冷却器由PLC控制方式改为继电器控制，将动力电源由双电源明备用（不设主、辅等级）供电方式改为双电源暗备用带手动联络开关方式，实现了主变冷却器电源和控制回路的相对独立和冗余，之后未出现此类情况。

1.2 励磁系统整流风扇电源切换失败引起调相机跳闸

2019年2月某日，某换流站2号调相机励磁系统发出“风机故障”“整流柜退出、励磁系统故障”“跳变组保护A、B屏开关量保护动作”等报警，2号调相机5102断路器分闸，灭磁开关跳闸。

该调相机励磁系统为某厂家设备，共3台功率柜，每台功率柜有两个风机互为备用，6台风机全部配置在一段400V母线上，母线电源为双电源明备用（设置主、辅电源）供电方式。由于调相机进相运行，机端电压、励磁变低压侧电压降低，导致风机电源主回路电压降低至电源切换临界值附近，电源切换继电器反复来回快速切换后导致电源切换接触器“卡死”在中间位置，无法吸合，致使两路电源均丢失，6台风机全部停转，功率柜随之全部退出，从而灭磁开关跳闸。

此次事故发生后，相关专家诊断后认为：主电源恢复正常后的回切功能可考虑去除，备用电源正常时，可不必立即切换，避免电源频繁切换；某厂家励磁系统风机电源切换回路无冗余，存在单一元件故障导致系统跳机的风险，建议每个功率柜内两台风机电源回路实现完全独立冗余，可参考另一厂家励磁系统的配置形式。

1.3 风机油站双电源供电，因控制回路中元件故障，风机油泵全停引发风机跳闸

某1000MW机组送风机油站控制柜设计为双电源明备用供电方式，采用失电自动切换方式，即在一路电源失去时，另外一路电源自动投入，控制回路电源也相应由新投入电源接带。在机组运行中出现因控制回路中一个元件触点故障，引起风机两台油泵全停的异常情况，造成单台送风机跳闸。之后，各风机油站控制柜电源回路均进行改造，2台油泵主电源及控制电源均独立配置，消除了2台油泵同时跳闸的隐患。

2 双电源回路设计与应用分析

DL/T 5153《火力发电厂厂用电设计技术规程》中将非0类负荷分为三种：Ⅰ类负荷。短时停电可能影响设备正常使用寿命，使生产停顿或发电量大量下降的负荷；Ⅱ类负荷。允许短时停电，但停电时间过长，有可能影响设备正常使用寿命或影响正常生产的负荷；Ⅲ类负荷。长时间停电不会直接影响生产的负荷。对于非0类负荷，常采用以下三种双电源供电方式：双电源暗备用带手动联络开关；双电源明备用（设置主、辅电源），主路电源工作，备用电源仅在主路电源失电时投入接带负荷；双电源明备用（不设主、辅等级），任一路电源工作时，另一路电源备用。

2.1 双电源暗备用带手动联络开关

图1为双电源暗备用带手动联络开关接线方式原理图，正常工作方式为：电源1开关MK1为小母线1供电，接带负荷1；电源2开关MK2为小母线2供电，接带负荷2；电源1与电源2之间设置手动联络开关QF1、QF2，当任一电源失电时，由操作人员手动将联络开关QF1、QF2合闸，由另一电源为两段小母线同时供电。

图1 双电源暗备用带手动联络开关接线方式原理图

采用双电源暗备用带手动联络开关供电方式优点在于：小母线失电后，可先对故障原因进行排查，确认为电源侧故障且故障点已隔离后方可手动对联络开关QF1、QF2进行合闸操作；当故障点在负荷侧时，可避免事故扩大造成两段小母线同时失电。双电源暗备用带手动联络开关供电方式有其使用的局限性，主要表现为：由于小母线失电后，联络开关QF1、QF2不能自动快投，故备用电源的投用较迟缓，失电小母线上接带的负荷一般会有几分钟至几十分钟的停电时间，故此种供电方式不宜用于DL/T 5153《火力发电厂厂用电设计技术规程》中Ⅰ类负荷，仅限用于Ⅱ、Ⅲ类负荷。

基于以上原因，双电源暗备用带手动联络开关供电方式主要适合用于以下情况：负荷1与负荷2互为明备用关系的Ⅱ/Ⅲ类负荷，如燃煤机组风机润滑油站，因设置两台互为备用的润滑油泵，润滑油泵动力电源可采用此类供电方式；工作原理与作用相同的多个Ⅱ/Ⅲ类负荷，如主变压器冷却装置，一般设置4组或者更多组数的冷却器，可分别布置于两段小母线上。

2.2 双电源明备用（设置主、辅电源）

如图2所示为双电源明备用（设置主、辅电源）设计原理图，此种供电方式电源控制逻辑为：电源1开关MK1为主电源，电源2开关MK2为辅电源，MK1、MK2开关正常均在合闸状态；由于开关MK1合闸，继电器1KM、3KM带电，接触器1KM自动合闸为母线供电，电源2控制回路上常闭触点1KM、3KM打开，闭锁电源2继电器2KM使其不能带电，电源2作备用电源。

图2 双电源明备用（设置主、辅电源）

电源1开关MK1失电时，继电器1KM、3KM失电，电源2继电器2KM闭锁解除，继电器2KM带电，接触器2KM合闸为母线供电的同时闭锁电源1继电器1KM合闸，防止反送电；电源1开关MK1恢复送电后，由于继电器3KM带电、常闭触点3KM打开，致使电源2继电器2KM失电，接触器2KM分闸，电源1继电器1KM闭锁解除，继电器1KM带电，接触器1KM合闸为母线供电，实现了母线电源由辅电源至主电源的转换。

双电源明备用（设置主、辅电源）供电方式的优点为：主电源失电后备用电源可快速投入供电，供电灵活性强，供电可靠性高，保障小母线处于不停电状态，可用于保障Ⅰ类负荷供电；提高无备用设备负荷的供电可靠性，减少备用设备配置，降低成本；双电源可靠性不一致时，可对工作电源进行优先级选择设置；故障率一般较低。

双电源明备用（设置主、辅电源）供电方式的缺点如下：所有负荷均由一段小母线接带，小母线失电时设备将被迫停运；单小母线配置，若小母线上出现短路或接地故障，须停电处理；若电源开关至小母线之间线路故障，备用电源将无法投入运行，造成小母线失电，如继电器1KM/2KM故障未正常吸合、电源线路与小母线交接处安装松动造成单相失电等负荷故障后，若负荷开关未正常跳开、故障扩展至母线，工作电源跳闸，备用电源接带后跳闸，小母线失电。

若主电源出现瞬时非接触性故障，将会造成电源回路在主电源与辅电源间的频繁切换；若不能及时发现，将会造成接触器1KM/2KM故障，增加失电风险；实际使用中，生产现场由于受使用场所空间等条件限制，接线中经常出现取消母线排配置，从第N个负荷开关的上接线口用短接线引接第N+1个负荷开关电源的情况；此种情况下，负荷供电可靠性将逐级降低，如负荷2电源从负荷1开关上口引接，若出现引接处接头松动、接触不良，将同时影响负荷2、3、4……的供电可靠性。

双电源明备用（设置主、辅电源）供电方式在以下场景应用较多：双路电源的可靠等级不一致时，根据实际情况选择其一作为主电源，如事故照明可选择照明段电源为主电源，保安段电源为辅助备用电源等。

多个设备的双路电源取自相同厂用段母线，需要平衡负荷分配，以及降低事故情况下多负荷双电源同时切换对厂用段母线稳定运行的影响；比如燃煤机组配置多台制粉系统，可将各制粉系统润滑油站动力电源的双电源用设置主辅电源的方式，分别分配于保安A段和B段，保安段单段母线失电时，既可以降低多台制粉系统油站电源同时切换对另一段保安段的影响，也可降低切换故障时对制粉系统的影响程度。

2.3 双电源明备用（不设主、辅等级）

双电源明备用（不设主、辅等级）不区分主电源、辅电源，两路电源等级相同，图1与图2双电源明备用（设置主、辅电源）原理图基本相同，仅是在图2基础上取消了3KM继电器及其相关回路。

双电源明备用（不设主、辅等级）动作逻辑为：送电前，小母线无电，电源1开关MK1、电源2开关MK2均在分闸状态；当电源1开关MK1先合闸时，继电器1KM通电使接触器1KM闭合为小母线送电；继电器1KM通电同时致使电源2控制回路中常闭触点1KM断开、确保电源2开关MK2合闸后接触器2KM不闭合，电源2处于热备用状态；当电源1开关MK1故障失电，或接触器1KM异常脱扣，或熔断器3FU/4FU异常熔断时，均将造成继电器1KM失电、接触器1KM断开，此时电源2控制回路中常闭触点1KM由断开状态转为闭合状态，继电器2KM通电使接触器2KM闭合为小母线送电；电源1故障消除后恢复送电时，由于继电器2KM通电、电源1控制回路中常闭触点2KM断开，电源1将处于热备用状态。

电源2开关MK2先合闸时逻辑同电源1开关MK1先合闸。双电源明备用（不设主、辅等级）供电方式，重点在于取消了主电源判断功能，消除了双电源明备用（设置主、辅电源）供电方式“主电源出现瞬时非接触性故障时，造成电源回路在主电源与辅电源间的频繁切换”的缺点，但同时也牺牲了“双电源可靠性不一致时，可对工作电源进行优先级选择设置”的优势。双电源明备用（不设主、辅等级）是双电源明备用（设置主、辅电源）供电方式的一种演变，二者分别适用于生产现场不同的场景，双电源明备用（不设主、辅等级）目前在火电厂辅控区域配电柜中应用较为广泛。

3 双电源供电回路使用中的安全管理

双电源供电应按照国家和电力行业有关规定、规范和标准的要求，对自动切换装置定期进行安全检查、预防性试验、起动试验和切换装置的切换试验，并制定相应操作规程、检修维护规程和应急预案；规程中要把可能出现的运行状况及对应操作程序一一列明，做到在实际操作中有章可循。

综上所述，双电源供电方式是保障设备供电可靠性的基本手段，三种双电源供电方式因原理上的差异，特性上有较大差异，各自适应于不同的场景。在具体方案选择时需要根据实际使用的场景和功能需求进行分析判断，既要考虑各种供电方式的优势，也要充分考虑其故障模式下对设备安全稳定运行的影响。