600MW 機組保安電源特點分析及調試

　　1 引言

　　隨著近年大量的新建600MW及以上機組投入運行，目前我國的火力發電機組已經進入大容量、高參數的時代。相應地，機組的廠用設備造價也越來越高，這些設備一旦發生事故，損失極為慘重。

　　機組廠用事故保安電源是保護機組設備最后一道防線，對其可靠性要求自然也越來越高。

　　一般廠用保安電源有兩種基本形式，一種是采用柴油發電機組作為機組的保安電源，另一種是利用廠外（或其他機組）獨立電源作為機組保安電源。這兩種方式各有優缺點。柴油機作為一個完全獨立的系統，受電力系統等因素干擾的機會最少，這是其被廣泛選作機組保安電源的主要原因；但是，在實際應用中，由于柴油機長期處于靜止狀態，以及日常管理、維護、保養中人為不到位，寒冷環境下冷卻水和燃料的防凍問題的原因，使得柴油機作為保安電源在事故時的起動成功率并不高，這是其主要缺點。另外，事故情況下即使柴油發電機組自起動成功，但是在起動過程（約5~15s）中，機組保安段還是會失電。廠外獨立電源的優點是可以長期處于帶電備用狀態，事故時立即投入，事故過程保安電源完全不失電；但其缺點是這些所謂的“獨立”電源并不能完全獨立于電力系統，在系統發生嚴重故障情況下也將難以保證，一旦廠外獨立電源失電，將面臨保安段失電的嚴重后果，這是電廠難以接受的。

　　如果綜合這兩種接線方式的優點，同時采取這兩種方式作為保安電源的備用電源，就能實現事故狀態下保安段完全不失電，極大地提高事故狀態下的供電可靠性。華能銅川電廠#1機組是首臺國產空冷亞臨界600MW機組，于2007年11月1日投運，該廠采用了廠外獨立電源作為第一保安電源，柴油發電機組作為第二保安電源， 并且采用帶有檢同期功能的ASCO7000自動切換開關實現事故狀態下的自動切換，以及廠用電恢復后的自動回切，實現了從備用電源切換到恢復的整個事故過程中的完全不失電。

　　2 銅川#1 機組保安系統

　　華能銅川電廠1號機組設0.4 kV保安PC 1A段、保安PC 1B段、保安PC備用段。 保安段正常運行工作電源由本機的鍋爐PC 1A、1B段供電，鍋爐PC段、保安PC段和保安PC備用段之間以具有檢同期功能的自動切換開關ASCO連接。保安電源有兩路，第一保安電源為來自廠外的獨立10kV市電專線，經保安變接于保安PC備用段上；第二保安電源為柴油發電機組。整個保安系統接線示意圖見圖1。

圖1 銅川#1 機組保安系統示意圖。

　　3 自動切換開關ASCO

　　自動切換開關ASCO 7ACTS是一種電氣瞬間單線圈激磁操作、機械互鎖型雙投切換開關，這種開關切換速度快，一般開路切換于1/6s內完成，負載實際斷電時間少于50ms。該開關配有智能控制器，可依據兩路電源的情況進行開路式自動轉換(先斷后接)或閉路式自動轉換（先接后斷），開路切換見圖2(a)，閉路轉換見圖2(b)。

圖2 自動切換開關的兩種切換方式。

N——工作電源；E——備用電源；L——負載。

　　控制器邏輯自動決定采用開路轉換還是閉路轉換。如果兩路電源都是有效的，就進行負載電壓無中斷的閉路方式轉換。若檢測到任何一路電源失效，則進行先斷后接形式的開路方式轉換，切換延時可設定，以便根據用戶要求控制負載失電的時間。

　　在工作電源失電的開路轉換方式中，控制器邏輯還可以在監測到工作電源失效后，延時發出啟動柴油發電機指令信號。當工作電源恢復，控制器邏輯在閉路回切至工作電源以后，能夠以可整定延時發出停止柴油發電機指令信號。

　　7000系列ASCO開關還具有準同期功能，可以在工作電源與備用電源之間進行同期檢查，同期條件如壓差、頻差、相差均可設置。

　　ASCO開關還可由指令控制禁止工作向備用，或者備用向工作的切換。這個功能在某些特殊的情況下，如開關檢修等，是十分有必要的。

　　4 保安電源切換邏輯

　　由于ASCO雙電源自動切換開關自帶邏輯控制器，能夠實現多種靈活的工作方式，動作時間可整定，且具有雙向檢同期合閘功能，因此，除了柴油發電機出口開關K0與保安變電壓側開關ZK之間的互鎖通過硬接線實現外，其余所有切換邏輯均靠ASCO開關實現，無需另設PLC控制器。

　　（1）第一保安電源供電邏輯。

　　以A段邏輯為例，機組正常運行時，保安PC A段靠的鍋爐PC A段供電，開關1ZK作為死開關長期處于合閘狀態，第一保安電源進線保安變低壓側開關ZK合閘，保安段由保安變長期帶點運行。當保安PC A段失電后，2ZK開關失壓脫扣跳閘，ASCO1開關控制器檢測到工作分支N側無壓，而備用分支E側有壓后，則ASCO1開關控制器自動選擇以“先斷后接”的開路切換方式，先跳N側，后合E側，將保安PC A段切換到保安備用段，由第一保安電源保安變供電。由于ASCO1開關切換時間只有約50ms，保安段負荷基本不會受到影響。

　　（2）第二保安電源供電邏輯。

　　如果2ZK開關跳閘后，ASCO1開關控制器檢測到工作分支N側和備用分支E側均無壓，就說明遇到了嚴重的電網系統故障，外部獨立的第一保安電源也已經失去，ASCO1開關控制器立即發指令起動柴油發電機組，約10s后柴油發電機起動成功，柴油發電機組PLC檢測到機端電壓頻率、幅值達到額定值后，自動合閘出口開關KO，同時聯跳第一保安電源，由柴油發電機組供電到保安備用段。ASCO1開關控制器檢測到保安備用段有壓后，立即以“先斷后接”的開路切換方式，先跳N側，后合E側，將保安PC A段切換到保安備用段，由第二保安電源，即柴油發電機給保安段供電。

　　（3）工作電源恢復邏輯。

　　對于由第一電源供電的方式，當鍋爐PC A段電源恢復時，由運行人員手動合上開關2ZK，一旦ASCO1開關控制器檢測到工作分支有壓，延時5min后，在工作分支和而備用分支電壓之間檢同期，當滿足同期條件后，以“先接后斷”的閉路切換方式將保安PC A段切換到鍋爐PC A段供電，實現不斷電自動回切，對保安PC A段負荷無擾動。

　　對于由第二電源供電，即柴油發電機供電的方式恢復工作電源過程與此類似，不同的是在完成回切以后，ASCO1開關控制器再延時5min發出柴油發電機停機指令。

　　（4）柴油發電機組手動試驗邏輯。

　　由于第一保安電源長期存在，而柴油發電機出口斷路器無同期功能，因此日常的柴油發電機手動試驗不并網，僅起動柴油機空載運行10min，檢查運行正常后后手動停止。

　　（5）正常停機及鍋爐段檢修邏輯。

　　正常停機時，鍋爐PC段停電，要禁止ASCO開關由主向備的電源自動切換，防止誤切到第一保安電源，或起動柴油機；而鍋爐段檢修或做試驗時，先將保安段負荷由ASCO開關切換至備用電源，然后禁止ASCO開關由備至主的切換，防止當鍋爐段有電時ASCO開關的自動回切。

　　由以上邏輯可以看出，銅川電廠#1機組采用了相對獨立的市電作為第一保安電源，采用柴油發電機作為第二保安電源， 當采用具有同期功能的ASCO自動切換開關以后，可以做到保護動作廠用電故障情況下保安段完全不失電（約50ms），保安段負荷不受影響；而廠用電和外部電網系統同時故障情況下，保安段還有柴油發電機做最后的保障，僅需短時間失電（約10s的柴油發電機自起動時間）即可恢復，故保安電源供電可靠性大大提高。

　　5 保安電源切換試驗

　　由以上切換邏輯可見，要保證以上功能的實現，有兩個關鍵的地方需要通過試驗來檢驗：①保安PC段失電后，ASCO1開關以“先斷后接”的開路切換方式將保安PC A段切換到保安備用段，切換時保安段有短暫的失電，根據ASCO自動切換開關說明書，此時間約50ms。此時間內會不會導致保安段負荷跳閘？②在保安段的工作電源恢復過程中，ASCO開關以“先接后斷”的閉路切換方式將保安PC A段切換到鍋爐PC A段供電，在此過程中ASCO1開關能否正確監測同期條件并進行同期操作？

　　經現場實測，在多次的開路式切換過程中，主機交流潤滑油泵會偶然存在跳閘情況，其余保安段