火力发电厂保安电源切换方式分析范文

本站小编为你精心准备了火力发电厂保安电源切换方式分析参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

摘要：介绍了厂用事故保安电源三种切换方式的接线形式及事故切换逻辑，并分析了各自的优缺点，为以后的保安电源设计工作提供依据。

关键词：保安电源切换；DCS逻辑控制；ATS；保安电源自投装置

0引言

随着技术的迅速发展，火力发电机组的单机容量越来越大，300MW及以上容量的火力发电机组已成为全国各大电网的主力发电机组。随着容量的提高，对机组的可靠运行提出了更高的要求。根据国标GB50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》规定，200MW级及以上的机组应设置交流保安电源。发电厂交流保安电源系统是指在机组交流厂用电源突然全部消失后，保证机组安全停运，不致损坏设备和危及人身安全，能快速启动、恢复供电，而必须运行的交流电源系统。在发电厂中，若交流保安负荷供电不可靠将造成主要设备损坏、重要的自动控制装置失灵，甚至导致机组停机和危及人员安全等严重后果，因此保安电源是否安全、可靠将直接影响电厂的安全运行。

1保安电源系统接线

大中型火力发电厂一般采用能快速启动的柴油发电机组作为事故保安负荷，并设有保安MCC（电动机控制中心）。正常情况下，保安MCC由两路厂用工作电源供电；当厂用工作电源失电后，柴油发电机组快速启动以继续向保安MCC上的保安负荷供电。由此可知，如何确保两路工作电源之间及工作电源与备用电源（柴油发电机）之间的快速切换，对于保证保安负荷的不停电运行极其重要。以保安MCCA段为例，机组正常运行时，－QF1、－QF2、－QF4处于合闸位置，－QF3、－QF5、－QF处于分闸位置。即保安MCCA段由工作PCA段供电，柴油发电机组处于停止状态。当保安MCCA段失去电源（工作PCA段失电或－QF1保护动作）时，检测工作PCB段电压，同时启动柴油发电机，经一定延时后合－QF。若工作PCB段有电压，则投入PCB段，经一定延时确认保安MCCA段满足要求后，停运柴油发电机，断开－QF。此时保安MCCA段由工作PCB段供电。当保安MCCA段转入工作PCB段供电不成功时，则经一定延时投入柴油发电机，然后分批次投入保安负荷。

2保安电源切换方式

目前，国内保安电源切换方式按其发展历程大体分为以下几种：一是在DCS内部采用软件进行逻辑运算，进而实现保安电源自投；二是采用大容量切换开关（ATS）实现保安电源自投；三是采用专用自投装置实现保安电源自投。

2．1方式一

DCS逻辑切换方式是随着DCS在电厂控制中应用的不断成熟出现的，用以替代早期继电器硬件搭接切换回路的一种方式。DCS逻辑切换，即在DCS内部采用软件编程方式完成保安电源切换过程。保安MCCA段为例，DCS控制逻辑如下：当保安MCCA段母线TV失压（带延时输出）且未发生TV断线时，跳开保安MCCA段开关－QF4，并启动柴油发电机组，同时进行以下操作。（1）工作PCB段有电压，如果此时PCB段－QF2保护未动作，那么投入－QF5，待保安MCCA段电压恢复后向柴油发电机组发出停机指令，停运柴油发电机；如果此时PCB段－QF2保护未动作，当－QF5投入后，因MCCA段故障－QF2保护动作跳开，那么向柴油发电机组发出停机指令，停运柴油发电机。（2）工作PCB段无电压，则由DCS判断－QF4、－QF5均处于分闸状态后，合－QF3，投入柴油发电机。（3）当工作电源恢复正常后，应先合上－QF1，跳开－QF3，投入－QF4。保安MCCA段的负荷由柴油发电机组供电，切换至正常电源后，柴油发电机组停机。采用DCS切换方式简化了二次接线，不需额外配置切换装置，减少了设备投资，且逻辑功能强，能实现多种控制功能。但DCS采样周期和逻辑判断时间较长，在软件本身故障时会导致启动时间不可控，并且厂用电失去时DCS需处理大量信息，因而无法掌握启动切换指令的时间。由于DL／T5136—2012《火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程》第3．2．5．4条规定“为保证可靠性，增加了柴油发电机的事故启动回路宜由专门的电气回路实现，不宜采用监控系统中软逻辑实现，以免计算机故障失去保安电源”，因此近年来采用DCS进行逻辑切换的方式趋于减少。

2．2方式二

通过ATS实现保安电源切换是近年来随着ATS的普及而逐渐采用的一种方式。ATS是由一个（或几个）转换开关电器组成的，用于监测电源电路，并将一个或几个负载电路从一个电源自动切换至另一个电源的电器。ATS开关分为PC级和CB级。PC级ATS开关能接通、承载短路电流，但不用于分断短路电流；而CB级ATS开关配备过电流脱扣器，主触头能接通并分断短路电流。ATS开关具有结构简单、体积小、切换速度快等优点，且耐受和接通能力较强，能确保开关不因过载或短路等故障而损坏，从而保证可靠的接通回路。采用ATS开关实现保安电源切换的方式，接线逻辑简单，不参与DCS控制，保证了电源切换的快速可靠性。MCCA段为例。

（1）ATS－1开关检测到来自PCA段的工作电源失压后，延时切换至PCB段的备用电源侧，并启动柴油发电机组。PCA段的工作电源恢复正常后，延时切换回工作电源PCA段带负载。

（2）ACTS开关检测到工作电源失压后，延时切换至柴油发电机组侧，发出启动柴油机指令。当工作电源恢复后，延时切换回工作电源带负载，经一定延时由DCS发出指令或就地停运柴油发电机组。

（3）切换开关ATS－1在切换至PCB段电源前，如果PCA段电源恢复正常，那么可事先设定此状况下不切换。同时，由于切换开关切换速度很快，为避免发出柴油机启动命令到柴油机已启动的过程中，备用电源或工作电源复电，可先进行开关切换再发指令启动柴油机。

（4）当工作电源PCA段复电，则由ATS－1经一定延时自动切换至工作电源，或就地手动切换回工作电源，再将ACTS切换至厂用电源侧。采用ATS开关作为保安电源切换方式的优点如下。（1）切换工作由ATS开关自动完成，接线简单、可靠性高。（2）由于ATS本身具有可靠的机械连锁和来自于控制器对电磁驱动线圈控制的双重互锁，因此不会同时接通两路供电电源。在事故切换过程中，切换开关通过机械联动，首先断开工作电源，然后接通备用电源，不存在将另一段工作电源投入故障回路的可能性。（3）ATS依赖于独特的电磁线圈驱动，切换速度快，切换时间可设置。通过合理设置切换时间，在两路供电同时有电切换时，可避免因电弧的产生而使两路供电同时导通的可能。另外，可利用电弧导通的时间来缩短设备实际的断电时间。此方式的缺点是需增加额外的装置，且ATS开关的价格较为昂贵，成本较高。

2．3方式三

保安电源自投装置是为满足不同电厂实际运行需求，在快切装置的基础上开发的一种专用自投装置。该装置一般采用DSP＋ARM构架，运算速度快、性能稳定；采用全封闭结构，体积小，可安装于MCC进线柜内。装置按保安MCC母线段对应配置，即每段MCC配置1台自投装置。采用保安电源自投装置的电气接线。以保安MCCA段为例，保安电源自投装置的输入、输出信号如下。

（1）模拟量：PCA、PCB、保安MCCA段母线电压；各进线三相电流。

（2）开入量：－QF1～－QF5开关的状态；－QF1、－QF2保护闭锁信号；TV断线信号等。

（3）开出量：－QF3～－QF5开关的跳合闸出口。采用保安电源自投装置的切换过程，保安MC－CA为例，当保安MCCA段母线TV失压（带延时输出）时，跳开－QF4，同时执行以下操作。

（1）投入－QF5，并发起柴油机启动命令。

（2）若－QF5拒合或合闸后母线仍失压，则跳开－QF5。待柴油机就绪和保安PC段电压正常后，合上－QF3，柴油机带保安段负荷。

（3）当工作电源正常后，通过自投装置将保安MCCA段的负荷由柴油发电机组供电切换至正常电源上。采用串联恢复方式，先跳开－QF3，再投入－QF4，停运柴油发电机。采用保安电源自投装置后，电源切换过程由装置自动完成，不受DCS影响，保证了切换的独立性。保安电源自投装置切换动作时间介于DCS软逻辑和ATS硬件之间；缺点是需要监测的数据多，接线较复杂，一定程度上影响了切换的可靠性，且目前国内运行经验有待积累。

3结语

DCS切换方式节省了硬件费用，减少了设备投资，但控制逻辑复杂，切换时间较长，且切换可靠性易受DCS系统影响。ATS开关接线简单，切换时间短，易于安装、维护，但价格较为昂贵，成本较高。保安电源自投装置切换速度介于DCS和ATS方式之间，价格较ATS便宜，但接线复杂。综合以上分析后可知，保安电源的不同切换方式各有优缺点，应结合保安负荷实际情况来合理选择。

参考文献

［1］GB／T50660—2011大中型火力发电厂设计规范［S］．

［2］DL／T5136—2012火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程［S］．

［3］GB／T14048．11—2016低压开关设备和控制设备［S］．

［4］何敏强．自动转换开关在火电厂保安PC中的应用［J］．电力安全技术，2013，15（5）：3－5

作者:陈建伟 李莹 裴善鹏 单位:山东电力工程咨询院有限公司