發(fā)電廠廠用電源是保證發(fā)電廠正常運(yùn)行的基本電源，廠用電系統(tǒng)接線、布置及負(fù)荷分配是否合理，直接關(guān)系到發(fā)電廠汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐及相關(guān)輔助設(shè)備乃至整個(gè)發(fā)電廠能否可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

為了保證在全廠事故停電時(shí)能安全可靠地停機(jī)、停爐、避免設(shè)備遭受損壞，廠用電源關(guān)鍵組成部分的保安段承擔(dān)著發(fā)電廠保安負(fù)荷的供電任務(wù)，保安電源作為發(fā)電廠的最后防線，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。發(fā)電廠應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有條件，來提升保安電源的可靠性。

1 保安段電源接線和運(yùn)行方式

華潤電力湖北有限公司（以下簡稱蒲圻電廠）共裝機(jī)2×330MW+2×1000MW，分兩期完成，4臺(tái)機(jī)組均采用發(fā)變線組單元接線方式。

一期和二期各設(shè)一臺(tái)起動(dòng)備用變壓器，其中一期的#01起備變通過蒲汪Ⅱ回線接于距電廠約15km的汪莊余變電所220kV母線，二期的#02起備變電源與一期#01起備變電源合用一路廠外220kV電源，即從一期蒲汪Ⅱ回線處T接，并通過220kV電纜引接至二期#02起備變高壓側(cè)。二期起備變電源設(shè)計(jì)雖有節(jié)省投資、節(jié)約征地等優(yōu)點(diǎn)，卻對(duì)起備變電源線路的運(yùn)行可靠性提出了更高要求。

二期2×1000MW機(jī)組廠用電系統(tǒng)采用10kV和380V/220V兩級(jí)電壓。每臺(tái)機(jī)組設(shè)有兩段汽機(jī)保安電機(jī)控制中心（motor control center, MCC）段母線、兩段鍋爐保安MCC段母線和一段脫硫保安MCC段母線，在事故情況下保證主機(jī)潤滑油泵、頂軸油泵、密封油泵、盤車電動(dòng)機(jī)、火檢風(fēng)機(jī)、其他重要輔機(jī)油泵以及直流系統(tǒng)、不間斷電源（uninterruptible power supply, UPS）、分散控制系統(tǒng)（distributed control system, DCS）等重要負(fù)荷的供電。

正常運(yùn)行時(shí)，各保安MCC段由對(duì)應(yīng)的汽機(jī)動(dòng)力中心（power center, PC）段、鍋爐PC段和脫硫PC段按工作和備用方式通過雙電源切換裝置快速切換供電。其中汽機(jī)保安MCC段、鍋爐保安MCC段的備用電源自投功能由雙電源自動(dòng)切換開關(guān)（automatic transfer switch, ATS）實(shí)現(xiàn)，脫硫保安MCC段的備用電源自投功能由備自投裝置實(shí)現(xiàn)。

為了保證在全廠事故停電時(shí)能安全可靠地停機(jī)、停爐、避免設(shè)備遭受損壞，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一臺(tái)1800kW柴油發(fā)電機(jī)組作為機(jī)組的交流事故保安電源，接入保安PC段，為上述各保安MCC段提供第三路電源。保安電源接線方式如圖1所示。

圖1 保安電源接線圖

以汽機(jī)保安MCCA段的運(yùn)行方式為例，來自汽機(jī)PCA段的電源1和來自汽機(jī)PCB段的電源2互為備用，通過ATS雙電源自動(dòng)切換開關(guān)后經(jīng)開關(guān)4ZKK接入汽機(jī)保安MCCA段，作為該段的工作電源。

如該段由電源1供電，當(dāng)電源1故障，ATS雙電源開關(guān)自動(dòng)切換至電源2供電，如電源2也出現(xiàn)故障，汽機(jī)保安MCCA段失壓，柴油發(fā)電機(jī)組聯(lián)起成功后，汽機(jī)保安MCCA段工作電源進(jìn)線開關(guān)4ZKK自動(dòng)跳開，柴油發(fā)電機(jī)組出口開關(guān)1ZKK及汽機(jī)保安MCCA段備用電源進(jìn)線開關(guān)5ZKK依次自動(dòng)合上，此時(shí)汽機(jī)保安MCCA段由柴油發(fā)電機(jī)組供電。其他各保安MCC段運(yùn)行方式與之類似。

2 保安段電源改造方案分析

蒲圻電廠二期保安PC段目前采用柴油發(fā)電機(jī)組為機(jī)組保安PC段提供電源，柴油發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，受廠用電系統(tǒng)因素影響較小，這是其被廣泛選作機(jī)組保安電源的最主要原因。柴油發(fā)電機(jī)組帶載機(jī)會(huì)少，日常除了定期的怠速試運(yùn)，更多時(shí)間處于靜止熱備用狀態(tài)。

柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)較為復(fù)雜，維護(hù)工作專業(yè)性較強(qiáng)，涉及電控、機(jī)務(wù)、暖通等多個(gè)專業(yè)，涵蓋電控系統(tǒng)、機(jī)油油位、柴油油量、冷卻液液位、寒冷環(huán)境下柴油和冷卻液管道的防寒防凍、各類濾芯、電瓶電壓、風(fēng)道、排煙管、風(fēng)扇、氣門間隙等諸多方面，任一方面出現(xiàn)問題都將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)失敗或運(yùn)行故障。

與發(fā)電機(jī)、變壓器等常規(guī)電氣設(shè)備的管理維護(hù)工作相比，電廠維保人員對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的管理經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足，一旦柴油發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障，維保人員不一定能迅速排查處理。這些都是柴油發(fā)電機(jī)組作為機(jī)組保安電源相對(duì)不利的方面。

蒲圻電廠二期項(xiàng)目基建期在廠內(nèi)建有一處施工電源配電室，內(nèi)設(shè)兩段10kV母線，設(shè)計(jì)采用兩條10kV架空專用線路，施工電源取自距廠約2.64km的110kV荊泉變電站，變電站提供的用電容量分別為3000kVA和1600kVA。在二期兩臺(tái)機(jī)組建成投產(chǎn)以后，該施工電源未拆除，一直保留至今。

施工電源取自廠外獨(dú)立電源，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備故障率低、維護(hù)工作量少，可以長期處于熱備用狀態(tài)，在機(jī)組事故時(shí)可立即投入，事故過程中保安電源短暫失電的時(shí)間縮短，但其缺點(diǎn)是廠外獨(dú)立電源并不能完全獨(dú)立于外部電力系統(tǒng)，兩條架空線路途經(jīng)的部分地段植被茂密，一旦輸電線路或變電站內(nèi)部出現(xiàn)故障，施工電源將無法100%保證供電可靠性。

簡要對(duì)比兩種供電方式的特點(diǎn)，見表1。結(jié)合廠內(nèi)現(xiàn)有條件，對(duì)保安PC段電源系統(tǒng)進(jìn)行改造，在保留柴油發(fā)電機(jī)組作為保安PC段第一電源的基礎(chǔ)上，將目前處于閑置狀態(tài)的施工電源接入二期保安PC段，作為該段新增的備用電源（如圖1虛線部分所示），以解決在機(jī)組事故狀態(tài)下，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組無法正常運(yùn)行時(shí)，保安段無備用電源供電的問題。

考慮到柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行基本不受廠內(nèi)和廠外條件的制約，可適應(yīng)極端停電事故情況，因此在運(yùn)行方式上，將柴油發(fā)電機(jī)組作為保安PC段的主電源，施工電源作為該段的備用電源。

表1 兩種供電方式特點(diǎn)對(duì)比表

#3機(jī)、#4機(jī)保安PC配電室均位于集控樓0m層，兩配電室相鄰，施工電源配電室距離#3機(jī)保安PC配電室約285m，在#3機(jī)保安PC配電室內(nèi)新安裝1臺(tái)保安變壓器和3面400V低壓開關(guān)柜，施工電源開關(guān)與新增變壓器之間、新增低壓開關(guān)與機(jī)組保安PC段之間采用電纜連接，新增變壓器與低壓開關(guān)柜以及低壓開關(guān)柜之間均采用銅排連接。

3 保安段電源改造

保安PC段電源改造工作主要包括10kV施工電源開關(guān)改造、新增保安變壓器和新增400V低壓開關(guān)柜安裝及相關(guān)配套工作。

3.1 10kV施工電源開關(guān)改造

保安PC段新增備用電源取自10kV施工電源B段，該段工作電源進(jìn)線開關(guān)QF和保安變壓器高壓側(cè)開關(guān)QF1在原設(shè)計(jì)中均采用手動(dòng)操作、就地巡檢的工作模式。

為減少人員操作風(fēng)險(xiǎn)、加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，在開關(guān)原控制回路中增加遠(yuǎn)方、就地轉(zhuǎn)換開關(guān)，將這兩臺(tái)10kV開關(guān)的遠(yuǎn)方分合閘指令接入DCS（如圖2虛線部分所示），同時(shí)將10kV開關(guān)的合位、跳位、儲(chǔ)能、手車工作位、遠(yuǎn)方、回路故障、保護(hù)動(dòng)作等反饋信號(hào)接入DCS，將10kV施工電源B段母線電壓、兩臺(tái)10kV開關(guān)的電流通過4～20mA模擬信號(hào)接入DCS。10kV開關(guān)控制回路改造后如圖2所示。

圖2 10kV開關(guān)控制回路改造圖

3.2 新增保安變壓器安裝

根據(jù)保安PC配電室現(xiàn)有設(shè)備布置情況，新增保安變壓器安裝于#3機(jī)保安PC配電室的備用屏柜預(yù)留位置。#3機(jī)、#4機(jī)保安負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表2。

有文獻(xiàn)要求明備用的低壓廠用工作變壓器的容量宜留有10%的裕度，保安變壓器容量選擇2500kVA。

表2 #3機(jī)、#4機(jī)保安負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

3.3 新增400V低壓開關(guān)柜安裝

新增400V低壓開關(guān)柜也安裝于#3機(jī)保安PC配電室的備用屏柜預(yù)留位置。根據(jù)表1的統(tǒng)計(jì)核算，保安變壓器低壓側(cè)開關(guān)QF2選擇In=6.3kA，施工電源至#3機(jī)保安PC段饋線開關(guān)QF3與施工電源至#4機(jī)保安PC段饋線開關(guān)QF4均選擇In=4kA。

保安變壓器與低壓側(cè)開關(guān)QF2采用3層80mm×10mm銅排雙拼并排連接，保安變壓器低壓側(cè)開關(guān)QF2與施工電源至#3機(jī)保安PC段饋線開關(guān)QF3和施工電源至#4機(jī)保安PC段饋線開關(guān)QF4均采用雙層80mm× 10mm銅排雙拼并排連接，施工電源至#3機(jī)保安 PC段饋線開關(guān)QF3與#3機(jī)保安PC段、施工電源至#4機(jī)保安PC段饋線開關(guān)QF4與#4機(jī)保安PC段均采用12根3×185mm2+1×95mm2低壓動(dòng)力電纜并排連接。

為避免出現(xiàn)兩路電源非同期并列情況，施工電源至#3機(jī)保安PC段饋線開關(guān)QF3與#3機(jī)保安PC段工作電源進(jìn)線開關(guān)采用DCS搭設(shè)邏輯和控制回路硬接線兩方面措施，其中一路電源進(jìn)線開關(guān)的合閘允許條件必須滿足另一路電源進(jìn)線開關(guān)在跳閘位，實(shí)現(xiàn)兩路電源進(jìn)線開關(guān)在遠(yuǎn)方和就地方式下的合閘互鎖功能，確保事故情況下，保安PC段只有一路電源供電。保安PC段電源進(jìn)線開關(guān)改造后的合閘允許回路邏輯與控制回路分別如圖3、圖4所示。

圖3 保安PC段電源進(jìn)線開關(guān)合閘允許回路邏輯改造圖

圖4 保安PC段電源進(jìn)線開關(guān)控制回路改造圖

3.4 改造后動(dòng)作過程分析

施工電源接入保安PC段后，保安MCC段實(shí)現(xiàn)4路電源供電：PCA段、PCB段、柴油發(fā)電機(jī)組、廠外市電。在原運(yùn)行方式基礎(chǔ)上，如柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)失敗或運(yùn)行故障，柴油發(fā)電機(jī)組出口開關(guān)將自動(dòng)跳開，由運(yùn)行人員先斷開來自柴油發(fā)電機(jī)組的保安PC段工作電源進(jìn)線開關(guān)，再合上施工電源至保安PC段饋線開關(guān)。

此時(shí)保安MCC段由廠外市電供電。如柴油發(fā)電機(jī)組處于退出狀態(tài)，運(yùn)行人員在事故情況下，確認(rèn)保安MCC段工作電源進(jìn)線開關(guān)分閘后，可直接將保安MCC段切至由廠外市電供電。

3.5 改造效果與設(shè)計(jì)優(yōu)化

保安PC段改造后，各設(shè)備運(yùn)行可靠，為百萬千萬機(jī)組順利迎峰度冬提供了堅(jiān)實(shí)保障，達(dá)到了改造的目的。

1）將廠外市電作為新增備用電源，提高了保安段供電可靠性。

2）最大程度地利用現(xiàn)有設(shè)備，提高了設(shè)備利用率，降低了改造成本。

3）保安PC段改造后，仍有進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)的空間。柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)獨(dú)立于DCS，包括可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）、同期裝置、電壓檢測(cè)模塊等設(shè)備，負(fù)責(zé)柴油發(fā)電機(jī)組的起停、保安段工作電源和備用電源開關(guān)的切換。施工電源目前接入保安PC段采用手動(dòng)投切方式，后續(xù)可通過完善PLC程序和增加系統(tǒng)硬件的手段，對(duì)保安段運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化。

在柴油發(fā)電機(jī)組控制柜上增加運(yùn)行方式切換開關(guān)，運(yùn)行人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自行選擇以下3種運(yùn)行方式。

（1）對(duì)應(yīng)上述手動(dòng)模式，即事故情況下柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)，在柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)失敗或運(yùn)行故障情況下，手動(dòng)投切施工電源。該方式不需修改PLC程序和控制回路，運(yùn)行人員需要判斷現(xiàn)場(chǎng)情況后再?zèng)Q定是否投切廠外市電。

（2）在柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)失敗或運(yùn)行故障情況下，電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)到廠外市電正常后，施工電源自動(dòng)投入，當(dāng)廠用電恢復(fù)后，在運(yùn)行人員確認(rèn)后，保安電源自動(dòng)切回至廠用電。該方式需要擴(kuò)展PLC的數(shù)字輸入（digital input, DI）和數(shù)字輸出（digital output, DO）卡件，增加電壓檢測(cè)模塊等設(shè)備，并修改PLC程序和控制回路。

（3）柴油發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行，電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)到廠外市電正常后，施工電源自動(dòng)投入，當(dāng)廠用電恢復(fù)后，在運(yùn)行人員確認(rèn)后，保安電源自動(dòng)切回至廠用電。該方式也需要擴(kuò)展PLC的DI和DO卡件，增加電壓檢測(cè)模塊等設(shè)備，并修改PLC程序和控制回路。

4 結(jié)論

本文闡述了1000MW機(jī)組保安段電源的運(yùn)行方式，總結(jié)分析了保安段電源的改造方案、改造過程及優(yōu)化空間。交流保安電源是發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的重要組成部分，除了依靠傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)組提供備用保安電源以外，各廠還可結(jié)合自身的具體情況，采用引入其他可靠電源作為保安電源、優(yōu)化保安電源運(yùn)行方式、細(xì)化設(shè)備的檢修和運(yùn)行管理等手段，來提升保安電源系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，維護(hù)人員也應(yīng)克服畏難情緒，刻苦鉆研技術(shù)、錘煉動(dòng)手能力，確保柴油發(fā)電機(jī)組始終處于良好備用狀態(tài)。