引言

火力發(fā)電廠廠用交流事故保安電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)為機(jī)組運(yùn)行時(shí)所有0、I類(lèi)負(fù)荷提供工作電源,同時(shí)在全廠停電或單元機(jī)組失去廠用電時(shí),它也是保證機(jī)爐設(shè)備安全或者防止人身傷害等必需的交流電源系統(tǒng)。依據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T5153一2014),交流保安電源宜采用自動(dòng)快速啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)組,每臺(tái)300MW機(jī)組設(shè)置一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組,交流保安母線段應(yīng)采用單母線接線,按機(jī)組分段。

保安電源的接線方式及工作電源、備用電源的切換方式與系統(tǒng)的安全性和可靠性密切相關(guān),并直接關(guān)系到主設(shè)備的安全運(yùn)行及人員人身安全,是交流事故保安電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原則。在火力發(fā)電廠中,汽機(jī)盤(pán)車(chē)電機(jī)、交流潤(rùn)滑油泵、各種輔機(jī)的潤(rùn)滑油泵、火檢風(fēng)機(jī)及電廠的UPS工作電源、事故照明等直接影響主設(shè)備安全和運(yùn)行管理的負(fù)荷均接在交流事故保安電源系統(tǒng)中,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐,依據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T5153一2014)設(shè)計(jì)的保安段方案,在安全性、可靠性及運(yùn)行試驗(yàn)等方面已經(jīng)表現(xiàn)出一些不足。

1300MW機(jī)組保安段現(xiàn)狀

本文以國(guó)能江油熱電有限公司2×300MW機(jī)組保安段系統(tǒng)為例,探討300MW機(jī)組保安段的現(xiàn)狀。

1.1保安段母線方式及負(fù)荷配置

如圖1所示,國(guó)能江油熱電有限公司2×300MW機(jī)組汽機(jī)保安段現(xiàn)采用單母線方式運(yùn)行,其負(fù)荷基本都是采用雙套配置的,同時(shí)雙套負(fù)荷基本分開(kāi)布置在保安段的兩側(cè)。

圖1汽機(jī)保安段一次系統(tǒng)圖

1.2保安段控制切換方式

以汽機(jī)保安段為例,保安段電源采用兩路PC段供電、一路柴油發(fā)電機(jī)供電的方式,其切換采用DCS邏輯組態(tài),投聯(lián)鎖后可自動(dòng)切換。汽機(jī)保安段的切換試驗(yàn)如下:

(1)DCS控制回路:保安段任意開(kāi)關(guān)在合位,只要給DCS發(fā)低電壓信號(hào),DCS聯(lián)鎖投入,DCS將斷開(kāi)工作開(kāi)關(guān):同時(shí)檢測(cè)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)在斷位,另一備用開(kāi)關(guān)的上級(jí)開(kāi)關(guān)在合位,將發(fā)指令合另一備用開(kāi)關(guān):如低壓信號(hào)仍在,將繼續(xù)發(fā)剛合上的開(kāi)關(guān):同時(shí)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī),啟動(dòng)正常后合柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān),繼續(xù)檢測(cè)到兩路工作電源開(kāi)關(guān)均在斷開(kāi)位置及低電壓故障信號(hào),將合保安段柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。

(2)電氣控制回路:任一進(jìn)線上級(jí)開(kāi)關(guān)將通過(guò)進(jìn)線開(kāi)關(guān)xB1連跳進(jìn)線開(kāi)關(guān),或者母線電壓低同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)4300合將通過(guò)本進(jìn)線開(kāi)關(guān)出口壓板xB2跳保安段工作一或工作二進(jìn)線開(kāi)關(guān),同時(shí)電氣回路通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷位、一路工作電源開(kāi)關(guān)分位,另一路工作電源開(kāi)關(guān)上級(jí)開(kāi)關(guān)合位直接合另一路工作電源開(kāi)關(guān),不判失壓信號(hào):或者通過(guò)低壓信號(hào)加工作電源開(kāi)關(guān)高跳低回路接點(diǎn)和xB3壓板直接合另一工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)。

(3)DCS回路通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)保安段進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷位、低電壓信號(hào)和柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)合位自動(dòng)發(fā)合保安段柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。

2保安段的失電故障情況及分析

2.1保安段失電事件

近年來(lái),某公司已發(fā)生多起非停事件:

(1)2020年12月某電廠31號(hào)機(jī)組火檢冷卻風(fēng)失電非停事件。該機(jī)組鍋爐MCC2段上某抽屜開(kāi)關(guān)空開(kāi)上樁頭發(fā)生三相金屬性短路,短路故障導(dǎo)致該機(jī)組鍋爐PC-A段跳閘。鍋爐PC-A段失電引起鍋爐保安段失電,同時(shí)因中間繼電器線圈損壞,PT低電壓信號(hào)無(wú)法送至DCS邏輯,保安段切換失敗,最終導(dǎo)致保安段失電,機(jī)組跳閘。

(2)2021年7月四川某電廠送風(fēng)機(jī)油站故障非停事件。送風(fēng)機(jī)油泵電機(jī)故障時(shí),因未能快速切除故障點(diǎn),故障進(jìn)一步擴(kuò)大,造成380V鍋爐保安段電壓降低至60%Un。由于保安段上380V負(fù)荷控制電源均采用交流控制,取自自身動(dòng)力電源,電壓降低引起本機(jī)組鍋爐A、B側(cè)送風(fēng)機(jī)油站控制箱內(nèi)電源均掉電,同時(shí)保安段上A/B空預(yù)器稀油站、A/B火檢風(fēng)機(jī)等運(yùn)行設(shè)備就地控制箱均因保安段電壓低掉電,送風(fēng)機(jī)油站油壓低,A/B送風(fēng)機(jī)跳閘,"送風(fēng)機(jī)全停"發(fā)出,觸發(fā)"鍋爐MFT"動(dòng)作,機(jī)組跳閘。

總結(jié)上述兩起非停事件,究其根本,均是鍋爐保安段失電、失壓,最終導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。上述兩起非停事件充分暴露了保安段單段運(yùn)行供電的弊端,因此保安段單段運(yùn)行的供電可靠性問(wèn)題逐漸引起各電廠重視。

2.2防止保安段失電情況分析

火電機(jī)組保安段上設(shè)備絕大部分為機(jī)組0、I類(lèi)負(fù)荷,且危及機(jī)組安全運(yùn)行的設(shè)備均為雙套配置。對(duì)于單段保安段機(jī)組,其重要的0、1類(lèi)負(fù)荷均配置于同一段上,《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中未明確300MW機(jī)組保安段分段配置,而在國(guó)內(nèi)相同等級(jí)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中單母線運(yùn)行方式頻繁出現(xiàn)失電、失壓事件,已發(fā)生過(guò)多起因保安段某一設(shè)備故障引起整個(gè)保安段失電,最終保安段失電導(dǎo)致機(jī)組非停的事件。從近年來(lái)新建機(jī)組保安段配置情況看,新建機(jī)組均采用了保安段分段配置的形式。

綜上所述,從火力發(fā)電廠機(jī)組設(shè)計(jì)理念和電廠實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看,對(duì)發(fā)電廠保安段進(jìn)行分段已是電力系統(tǒng)及電廠設(shè)計(jì)、實(shí)際運(yùn)行的潮流方向。調(diào)查研究國(guó)內(nèi)相同容量機(jī)組,部分發(fā)電廠已提前實(shí)施了保安段分段改造,其中就包括廣安電廠。通過(guò)向廣安電廠咨詢分段改造后設(shè)備運(yùn)行情況及機(jī)組安全情況,得知改造后機(jī)組運(yùn)行良好,雙套配置的設(shè)備各自運(yùn)行、互不影響。咨詢新建機(jī)組天明電廠,其保安段均采用雙段分段配置,調(diào)試狀態(tài)良好。

根據(jù)國(guó)能江油熱電現(xiàn)保安段采用單母線方式運(yùn)行的實(shí)際及保安段的負(fù)荷配置,可以得出保安段負(fù)荷基本都是采用雙套配置,同時(shí)雙套負(fù)荷基本分開(kāi)布置在保安段兩側(cè)。從5#、6#柜間將原保安段母線分段(1#~5#柜為保安1段,6#、7#柜為保安Ⅱ段),雙套配置的負(fù)荷基本能分開(kāi)布置到分段后保安段的兩段上,少量負(fù)荷可進(jìn)行調(diào)整。因此,將現(xiàn)有母線分段并雙套配置的負(fù)荷分段布置更加安全、可靠,也更有利于設(shè)備運(yùn)行,能降低機(jī)組的非停風(fēng)險(xiǎn)。

3防止保安段完全失電、失壓的解決方案

為防止運(yùn)行機(jī)組所有o、I類(lèi)負(fù)荷同時(shí)失電,引起機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)及設(shè)備損壞,提出對(duì)現(xiàn)有保安段進(jìn)行分段改造(分為I段、Ⅱ段)[4],以解決保安段在安全性、可靠性以及運(yùn)行試驗(yàn)等方面經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐所表現(xiàn)出的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)能江油熱電300MW機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,同時(shí)借鑒其他電廠保安段分段經(jīng)驗(yàn),提出300MW機(jī)組實(shí)施保安段分段的3種方案[5]。本文以#3機(jī)汽機(jī)保安段分段為例,具體如下。

3.1方案1:將保安段分為各自獨(dú)立運(yùn)行的兩段

分段方案1如圖2所示,將保安段分為完全獨(dú)立的兩段,對(duì)汽機(jī)保安段進(jìn)行分段改造。

根據(jù)300MW機(jī)組汽機(jī)保安段上現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備布置情況,可將汽機(jī)保安段直接分段,將雙套配置的設(shè)備分別布置在分開(kāi)后的兩段上。分開(kāi)后的兩段保安段工作電源一路取自汽機(jī)PC-A段,另一路取自汽機(jī)PC-B段。分開(kāi)后的兩段保安段的柴油發(fā)電機(jī)備用電源采用并聯(lián)的方式取自原柴油發(fā)電機(jī)備用電源開(kāi)關(guān)的進(jìn)線處。

(1)一次系統(tǒng)配置:分段后的兩段保安I段、Ⅱ段均設(shè)置兩路工作電源(分別取自PC-A和PC-B段)、一路柴油機(jī)電源(利用原柴油機(jī)段的斷路器及電纜,在保安段處并接兩個(gè)斷路器,分別為I段、Ⅱ段供電),每段配母線PT柜。分段后系統(tǒng)如圖2所示,標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式:保安I段,PA-A段為工作電源,PA-B段為備用電源:保安Ⅱ段,PA-B段為工作電源,PA-A段為備用電源:自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。

(2)控制及切換邏輯:需增加熱工點(diǎn)位及邏輯控制方式,控制及切換邏輯參照現(xiàn)有保安段控制及切換邏輯(通過(guò)DCS組態(tài)實(shí)現(xiàn))。

(3)設(shè)備增加情況:需增加兩面配電柜:含三個(gè)電源斷路器柜、一個(gè)PT柜。機(jī)組鍋爐PC-A/B段有框架斷路器的備用間隔,無(wú)須增加配電柜,但需要更換原有斷路器。機(jī)組汽機(jī)PC-A/B段無(wú)框架斷路器的備用間隔,汽機(jī)PC-A/B段需各增加配電柜一面(兩個(gè)電源斷路器)。PC段至新增的保安段及柴油發(fā)電機(jī)備用電源并聯(lián)采用動(dòng)力電纜(RZ-vJV22-13*185+95)。參照現(xiàn)有保安段增加控制及切換邏輯,每段的三路電源可以自動(dòng)、手動(dòng)切換,工作/備用電源可自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。

本方案分段改造的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

優(yōu)點(diǎn):兩段完全獨(dú)立,電源配置完備,可靠性高,能夠解決問(wèn)題:控制及切換邏輯基本按原設(shè)計(jì),已實(shí)際使用,成熟可靠。

缺點(diǎn):相比方案2每臺(tái)機(jī)組需多增加兩面配電柜(汽機(jī)PC段)、4個(gè)框架斷路器以及PC段至保安段的電纜,投資較方案2高約3o萬(wàn)元:需從PC段新增電源,工程量較大。

3.2方案2:將保安段分成能夠互相備投的兩段

分段方案2如圖3所示,將保安段分成能夠互相備投的兩段,對(duì)汽機(jī)保安段進(jìn)行分段改造。

圖3分段方案2

根據(jù)300MW機(jī)組汽機(jī)保安段上現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備布置情況,可將汽機(jī)保安段分為兩段后中間采用DCS切換或電源切換裝置進(jìn)行兩段之間的連接切換。將原保安段上雙套配置的設(shè)備分別布置在分開(kāi)后的兩段上,將原保安段的兩路工作電源分別接至分開(kāi)后的兩段保安段上作為各自的工作電源。分開(kāi)后的兩段保安段的柴油發(fā)電機(jī)備用電源采用并聯(lián)的方式取自原柴油發(fā)電機(jī)備用電源開(kāi)關(guān)的進(jìn)線處。

(1)一次系統(tǒng)配置:分段后的兩段保安I段、Ⅱ段間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān),每段一路工作電源(I段取自PC-A段,Ⅱ段取自PC-B段),每段設(shè)置一路柴油機(jī)電源(利用原柴油機(jī)段的斷路器及電纜,在保安段處并接兩個(gè)斷路器,分別為I段、Ⅱ段供電),每段配母線PT柜。分段后系統(tǒng)如圖3所示,標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式:保安I段由PA-A段供電,保安Ⅱ段由PA-B段供電,I段、Ⅱ段通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)互為備用,自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。

(2)控制及切換邏輯:需要對(duì)現(xiàn)有DCS邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)修改,改動(dòng)較大。此種方案雖然投資較少,但切換時(shí)配合環(huán)節(jié)多,DCS邏輯改動(dòng)較多,點(diǎn)位增加較多。保安段兩段之間存在同級(jí)之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。

(3)設(shè)備增加情況:需增加兩面配電柜,含一個(gè)聯(lián)絡(luò)斷路器柜、柴油機(jī)電源、一個(gè)PT柜。機(jī)組汽機(jī)、鍋爐PC-A/B段無(wú)須增加配電柜。增加聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)及柴油發(fā)電機(jī)備用電源并聯(lián)的動(dòng)力電纜(RZ-yJV22-13*185+95)。I段、Ⅱ段工作/備用電源聯(lián)絡(luò)間可自動(dòng)聯(lián)動(dòng)(通過(guò)DCS組態(tài)或電源切換裝置實(shí)現(xiàn)),也可不自動(dòng)聯(lián)動(dòng),通過(guò)人工斷合。

本方案分段改造的優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):投資較方案1少:無(wú)須從PC段新增電源,工程量少。

缺點(diǎn):切換時(shí)兩段工作電源間、工作電源與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、柴油機(jī)與工作電源和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)間相互配合環(huán)節(jié)多,需重新設(shè)計(jì)DCS邏輯,有一定風(fēng)險(xiǎn)。

3.3方案3:柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線不變,將保安段分成能夠互相備投的兩段

分段方案3如圖4所示,柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線不變,將保安段分成能夠互相備投的兩段,對(duì)汽機(jī)保安段進(jìn)行分段改造。

圖4分段方案3

方案3與方案2相同之處不再贅述,僅在柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線方式上有所不同,分段后的兩段保安段根據(jù)實(shí)際分段情況保持原柴油發(fā)電機(jī)備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)和位置不變,即柴油發(fā)電機(jī)備用電源進(jìn)線只上兩段保安段的其中一段。采用此方案分段,可最大限度降低投資、減少施工,也是分段變動(dòng)最小的方案。

(1)一次系統(tǒng)配置:分段后系統(tǒng)如圖4所示。

(2)控制及切換邏輯:需要對(duì)現(xiàn)有DCS邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)修改,增加開(kāi)關(guān)不多,改動(dòng)不大,可采用電源自動(dòng)切換裝置進(jìn)行兩段間的切換。此種方案投資最少,新增開(kāi)關(guān)不多,切換邏輯變動(dòng)不大,DCS可實(shí)現(xiàn)。

(3)設(shè)備增加情況:需增加一個(gè)聯(lián)絡(luò)斷路器、一個(gè)PT柜。增加聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間的動(dòng)力電纜(RZ-YJV22-13*185＋95)。I段、Ⅱ段工作/備用電源聯(lián)絡(luò)間可自動(dòng)聯(lián)動(dòng)(通過(guò)DCS組態(tài)或電源切換裝置實(shí)現(xiàn)),也可不自動(dòng)聯(lián)動(dòng),通過(guò)人工斷合。

本方案分段改造的優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):本方案投資最少,系統(tǒng)變動(dòng)最小,施工難度小,切換邏輯變動(dòng)小。

缺點(diǎn):保安段兩段之間存在同級(jí)之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。

4結(jié)語(yǔ)

本文闡述了現(xiàn)行300MW機(jī)組保安段電源一次系統(tǒng)母線及各負(fù)荷的運(yùn)行方式,分析提出了保安段電源分段的改造方案、改造過(guò)程及優(yōu)化空間。各300MW機(jī)組發(fā)電廠在實(shí)施機(jī)組保安段分段技改時(shí),可根據(jù)各自具體情況選擇不同的分段方案實(shí)施。交流保安電源是發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的重要組成部分,在實(shí)際供電方式中,各廠還可結(jié)合自身的具體情況,采用引入其他方式及可靠電源作為保安電源來(lái)提升保安電源系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。