600MW 机组保安电源特点分析及调试

　　1 引言

　　随着近年大量的新建600MW及以上机组投入运行，目前我国的火力发电机组已经进入大容量、高参数的时代。相应地，机组的厂用设备造价也越来越高，这些设备一旦发生事故，损失极为惨重。

　　机组厂用事故保安电源是保护机组设备最后一道防线，对其可靠性要求自然也越来越高。

　　一般厂用保安电源有两种基本形式，一种是采用柴油发电机组作为机组的保安电源，另一种是利用厂外（或其他机组）独立电源作为机组保安电源。这两种方式各有优缺点。柴油机作为一个完全独立的系统，受电力系统等因素干扰的机会最少，这是其被广泛选作机组保安电源的主要原因；但是，在实际应用中，由于柴油机长期处于静止状态，以及日常管理、维护、保养中人为不到位，寒冷环境下冷却水和燃料的防冻问题的原因，使得柴油机作为保安电源在事故时的起动成功率并不高，这是其主要缺点。另外，事故情况下即使柴油发电机组自起动成功，但是在起动过程（约5~15s）中，机组保安段还是会失电。厂外独立电源的优点是可以长期处于带电备用状态，事故时立即投入，事故过程保安电源完全不失电；但其缺点是这些所谓的“独立”电源并不能完全独立于电力系统，在系统发生严重故障情况下也将难以保证，一旦厂外独立电源失电，将面临保安段失电的严重后果，这是电厂难以接受的。

　　如果综合这两种接线方式的优点，同时采取这两种方式作为保安电源的备用电源，就能实现事故状态下保安段完全不失电，极大地提高事故状态下的供电可靠性。华能铜川电厂#1机组是首台国产空冷亚临界600MW机组，于2007年11月1日投运，该厂采用了厂外独立电源作为第一保安电源，柴油发电机组作为第二保安电源， 并且采用带有检同期功能的ASCO7000自动切换开关实现事故状态下的自动切换，以及厂用电恢复后的自动回切，实现了从备用电源切换到恢复的整个事故过程中的完全不失电。

　　2 铜川#1 机组保安系统

　　华能铜川电厂1号机组设0.4 kV保安PC 1A段、保安PC 1B段、保安PC备用段。 保安段正常运行工作电源由本机的锅炉PC 1A、1B段供电，锅炉PC段、保安PC段和保安PC备用段之间以具有检同期功能的自动切换开关ASCO连接。保安电源有两路，第一保安电源为来自厂外的独立10kV市电专线，经保安变接于保安PC备用段上；第二保安电源为柴油发电机组。整个保安系统接线示意图见图1。

图1 铜川#1 机组保安系统示意图。

　　3 自动切换开关ASCO

　　自动切换开关ASCO 7ACTS是一种电气瞬间单线圈激磁操作、机械互锁型双投切换开关，这种开关切换速度快，一般开路切换于1/6s内完成，负载实际断电时间少于50ms。该开关配有智能控制器，可依据两路电源的情况进行开路式自动转换(先断后接)或闭路式自动转换（先接后断），开路切换见图2(a)，闭路转换见图2(b)。

图2 自动切换开关的两种切换方式。

N——工作电源；E——备用电源；L——负载。

　　控制器逻辑自动决定采用开路转换还是闭路转换。如果两路电源都是有效的，就进行负载电压无中断的闭路方式转换。若检测到任何一路电源失效，则进行先断后接形式的开路方式转换，切换延时可设定，以便根据用户要求控制负载失电的时间。

　　在工作电源失电的开路转换方式中，控制器逻辑还可以在监测到工作电源失效后，延时发出启动柴油发电机指令信号。当工作电源恢复，控制器逻辑在闭路回切至工作电源以后，能够以可整定延时发出停止柴油发电机指令信号。

　　7000系列ASCO开关还具有准同期功能，可以在工作电源与备用电源之间进行同期检查，同期条件如压差、频差、相差均可设置。

　　ASCO开关还可由指令控制禁止工作向备用，或者备用向工作的切换。这个功能在某些特殊的情况下，如开关检修等，是十分有必要的。

　　4 保安电源切换逻辑

　　由于ASCO双电源自动切换开关自带逻辑控制器，能够实现多种灵活的工作方式，动作时间可整定，且具有双向检同期合闸功能，因此，除了柴油发电机出口开关K0与保安变电压侧开关ZK之间的互锁通过硬接线实现外，其余所有切换逻辑均靠ASCO开关实现，无需另设PLC控制器。

　　（1）第一保安电源供电逻辑。

　　以A段逻辑为例，机组正常运行时，保安PC A段靠的锅炉PC A段供电，开关1ZK作为死开关长期处于合闸状态，第一保安电源进线保安变低压侧开关ZK合闸，保安段由保安变长期带点运行。当保安PC A段失电后，2ZK开关失压脱扣跳闸，ASCO1开关控制器检测到工作分支N侧无压，而备用分支E侧有压后，则ASCO1开关控制器自动选择以“先断后接”的开路切换方式，先跳N侧，后合E侧，将保安PC A段切换到保安备用段，由第一保安电源保安变供电。由于ASCO1开关切换时间只有约50ms，保安段负荷基本不会受到影响。

　　（2）第二保安电源供电逻辑。

　　如果2ZK开关跳闸后，ASCO1开关控制器检测到工作分支N侧和备用分支E侧均无压，就说明遇到了严重的电网系统故障，外部独立的第一保安电源也已经失去，ASCO1开关控制器立即发指令起动柴油发电机组，约10s后柴油发电机起动成功，柴油发电机组PLC检测到机端电压频率、幅值达到额定值后，自动合闸出口开关KO，同时联跳第一保安电源，由柴油发电机组供电到保安备用段。ASCO1开关控制器检测到保安备用段有压后，立即以“先断后接”的开路切换方式，先跳N侧，后合E侧，将保安PC A段切换到保安备用段，由第二保安电源，即柴油发电机给保安段供电。

　　（3）工作电源恢复逻辑。

　　对于由第一电源供电的方式，当锅炉PC A段电源恢复时，由运行人员手动合上开关2ZK，一旦ASCO1开关控制器检测到工作分支有压，延时5min后，在工作分支和而备用分支电压之间检同期，当满足同期条件后，以“先接后断”的闭路切换方式将保安PC A段切换到锅炉PC A段供电，实现不断电自动回切，对保安PC A段负荷无扰动。

　　对于由第二电源供电，即柴油发电机供电的方式恢复工作电源过程与此类似，不同的是在完成回切以后，ASCO1开关控制器再延时5min发出柴油发电机停机指令。

　　（4）柴油发电机组手动试验逻辑。

　　由于第一保安电源长期存在，而柴油发电机出口断路器无同期功能，因此日常的柴油发电机手动试验不并网，仅起动柴油机空载运行10min，检查运行正常后后手动停止。

　　（5）正常停机及锅炉段检修逻辑。

　　正常停机时，锅炉PC段停电，要禁止ASCO开关由主向备的电源自动切换，防止误切到第一保安电源，或起动柴油机；而锅炉段检修或做试验时，先将保安段负荷由ASCO开关切换至备用电源，然后禁止ASCO开关由备至主的切换，防止当锅炉段有电时ASCO开关的自动回切。

　　由以上逻辑可以看出，铜川电厂#1机组采用了相对独立的市电作为第一保安电源，采用柴油发电机作为第二保安电源， 当采用具有同期功能的ASCO自动切换开关以后，可以做到保护动作厂用电故障情况下保安段完全不失电（约50ms），保安段负荷不受影响；而厂用电和外部电网系统同时故障情况下，保安段还有柴油发电机做最后的保障，仅需短时间失电（约10s的柴油发电机自起动时间）即可恢复，故保安电源供电可靠性大大提高。

　　5 保安电源切换试验

　　由以上切换逻辑可见，要保证以上功能的实现，有两个关键的地方需要通过试验来检验：①保安PC段失电后，ASCO1开关以“先断后接”的开路切换方式将保安PC A段切换到保安备用段，切换时保安段有短暂的失电，根据ASCO自动切换开关说明书，此时间约50ms。此时间内会不会导致保安段负荷跳闸？②在保安段的工作电源恢复过程中，ASCO开关以“先接后断”的闭路切换方式将保安PC A段切换到锅炉PC A段供电，在此过程中ASCO1开关能否正确监测同期条件并进行同期操作？

　　经现场实测，在多次的开路式切换过程中，主机交流润滑油泵会偶然存在跳闸情况，其余保安段负荷运行正常；当保安段的工作电源恢复后，ASCO开关的闭路切换方式检同期时间长短不定，一般在半分钟内可平稳回切，多次切换试验对保安段负荷运行无影响。

　　6 问题探讨

　　（1）第一电源的相角问题。

　　经实测，正常运行时，第一保安电源电压与机组保安段电压之间的相角为28度。这是因为：首先，1号保安变绕组接线选型错误。现1号保安变的绕组接线形式为Yd11，如果更换1号保安变的绕组接线形式为Yd12，则可调整角度30度；其次，因为第一保安电源是外部独立电源，其电压与本机组交流电压之间有一定的功角，约为2度。

　　如果能够更换1号保安变的绕组接线形式，则可实现第一保安电源电压与机组保安段电压之间的相角接近0度，即可实现更快的切换速度，主机交流润滑油泵会偶然存在跳闸情况可能不会再发生。

　　（2）ASCO 开关的禁止切换问题。

　　正常停机及锅炉段检修逻辑时， 需要用到ASCO开关的禁止切换功能，也即同时禁止了柴油机的自动起动功能，这是正确的。但该指令的触点采用断开有效的形式，即正常时应该是导通的，允许柴油机自起动，当断开后，就禁止柴油机自起动。

　　如果由于某种原因，该触点断开而没有发现，则故障时柴油机就不能紧急起动，显然存在隐患。

　　因此，建议取消此功能，将触点在ASCO开关短死。为了防止正常停机及锅炉段检修逻辑时ASCO开关的自动切换，可通过隔离开关倒闸实现，在运行停机操作规程中予以规定。

　　7 结论

　　（1）采用独立电源和柴油发电机双重备用电源后，在独立电源正常时发生厂用电故障情况下，保安段不断电，明显优于单独柴油发电机备用方式，可大大提高供电可靠性。

　　（2）采用ASCO自动切换开关，开关自带控制器并具有检同期及起动柴油机功能，无需另设PLC，系统主接线及二次接线简单。

　　（3）保安电源系统逻辑复杂，必须通过现场精心检测调试，确认逻辑正确后方可投运。