高速STS靜態(tài)開關(guān)在垃圾焚燒電廠的應(yīng)用

張文杰

（佛山市南海綠電再生能源有限公司，廣東 佛山 528222）

垃圾焚燒發(fā)電廠和一般火力發(fā)電廠的低壓廠用電400V系統(tǒng)母線的備用電源，都是采用先斷開工作電源開關(guān)后合上備用電源開關(guān)的方式實現(xiàn)備用電源自投，其切換時間超過500ms，由于切換時間過長大部分交流控制的接觸器、繼電器會失電返回，計算機系統(tǒng)也無法幸免。熱控計算機控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)為了避免這種情況，一般會采用設(shè)備和電源冗余設(shè)計的方式，即主機利用UPS供電的方式，備機利用普通廠用電源或保安電源的供電方式。但當(dāng)UPS故障或主機系統(tǒng)出現(xiàn)問題自動切換至備機運行時，備機供電可靠性就變得非常重要，一旦失電就會造成機組失去監(jiān)視和控制，導(dǎo)致停機停爐，很容易釀成主設(shè)備損壞的重大事故，所有有必要進一步提高重要設(shè)備的供電可靠性。利用STS（Static Transfer Switch）靜態(tài)開關(guān)快速切換的特性，在已有的措施上增加使用雙電源STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，與UPS配合實現(xiàn)了電源的冗余，實現(xiàn)重要設(shè)備和系統(tǒng)的不間斷供電。

1 STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（static transfer switch）原理

如圖1所示，雙電源自動STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置由智能控制板、高速可控硅構(gòu)成，STS的兩路靜態(tài)開關(guān)是嚴格互鎖，轉(zhuǎn)換瞬間源與源之間沒有環(huán)流，其標(biāo)準切換時間為≤8ms，一般在5ms內(nèi)完成切換，即可恢復(fù)對負載可靠供電，在切換過程中不影響計算機系統(tǒng)的影響，這是普通斷路器或接觸器切換方式無法比擬的（其切換時間一般大于100ms）。STS單相輸出最大容量可達100A以上（22kVA）。

STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)采用先斷后通的切換方式，可以實現(xiàn)不同輸入電源之間的不間斷切換，為單電源負載提供雙母線供電，如：非關(guān)聯(lián)UPS系統(tǒng)的n+1冗余、不同容量 UPS系統(tǒng)的 n+1冗余、不同型號UPS系統(tǒng)的n+1冗余、不同市電的冗余、市電與發(fā)電機的冗余。

圖1 單相雙電源STS靜態(tài)開關(guān)切換原理圖

正常工作狀態(tài)下，在主電源處于正常的電壓范圍內(nèi)，負載一直連接于主電源。在主電源發(fā)生故障時，負載自動切換到備用電源，主電源恢復(fù)正常后，負載又自動切換到主電源。

STS切換裝置具有完善的保護和切換功能：

1）高低壓保護功能。當(dāng)輸入交流電源低壓、高壓時，設(shè)備會自動轉(zhuǎn)向另一路電源。

2）過流保護功能。當(dāng)STS感應(yīng)的負載電流超過預(yù)先設(shè)定的過流值時，表示有沖擊電流或者過載，這時即使主電源電壓超出正常的電壓范圍，STS也不發(fā)生轉(zhuǎn)換。在負載電流恢復(fù)到正常值時，過流抑制模式自動復(fù)位，STS恢復(fù)到正常的工作模式。

3）在線檢測。當(dāng)任一時刻，某一路電源斷電（含人工切換），設(shè)備會自動切換到另一路，免除人工切換或斷電的危險，緊急轉(zhuǎn)換優(yōu)先任何轉(zhuǎn)換或者抑制。

4）智能報警功能。當(dāng)電源斷電、電壓超限時，設(shè)備會自動報警。

5）手動切換功能。兩路電源正常時，可隨意將負載轉(zhuǎn)向另一路電源供電。

6）閉鎖功能。當(dāng)某路電源斷電或超限時，設(shè)備會自動閉鎖手動、自動切換，防止誤切換。

7）在線監(jiān)視功能。為了確保正確運行，STS不停地監(jiān)視SCR的狀態(tài)。在供給負載電源的SCR發(fā)生短路時，STS將自動告警提示，并迅速打開另一路電源的隔離開關(guān)。在另一路SCR發(fā)生短路時，STS自動告警提示，并迅速找開這一路電源的隔離開關(guān)。在SCR開路時，STS將自動告警，切換打開先前的隔離開關(guān)。所有的開路和短路告警都將被鎖定，要求系統(tǒng)進行維修并復(fù)位到原先的正常工作狀態(tài)。

2 實際應(yīng)用

2.1 DCS系統(tǒng)電源改造

佛山市南海綠電再生能源有限公司（垃圾焚燒發(fā)電廠）#4機組故障，使10kV6M母線失電，母線上的所有設(shè)備包括#7、8低廠變、#0備用變失電，相應(yīng)的400V7M、8M、備用段母線失電，使接在上面的DCS系統(tǒng)的PLC備機失去工作電源，所幸PLC主機由UPS供電全部機組的監(jiān)視和操作一切正常，待故障處理完恢復(fù)了所有系統(tǒng)的運行。但過了五天，#6焚燒爐監(jiān)盤電腦上的所有參數(shù)突然變成灰色數(shù)值不變，由于失去監(jiān)視和軟操，#6焚燒爐被迫緊急壓火解列。檢查發(fā)現(xiàn)#6爐DCS系統(tǒng)的PLC主機通訊出現(xiàn)問題、備機沒有運行，進一步檢查發(fā)現(xiàn)#4機、#5爐、公用系統(tǒng)的備用CPU也出現(xiàn)同樣的問題。

分析PLC供電方式，造成這一結(jié)果是五天前的400V8M 失電后PLC備機失電，在電源恢復(fù)正常后PLC備機無法自動恢復(fù)正常運行，而運行人員沒能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的報警信號。DCS電源系統(tǒng)圖如圖2所示。

DCS的PLC備機只有來自400V8M母線的一路電源供電，可靠性相當(dāng)薄弱，為改變這一狀況，對PLC備機采用雙電源STS靜態(tài)切換裝置（容量80A）供電，工作電源取自原8M母線，備用電源取自UPS逆變輸出，經(jīng)改造（見圖3）后進行多次切換試驗，PLC備機仍能正常工作。而主機PLC仍采用原來的UPS供電方式，因為UPS在逆變故障時能自動切換至旁路電源，滿足實際的要求。

圖2 DCS電源系統(tǒng)原圖

圖3 DCS電源系統(tǒng)改造圖

2.2 煙氣處理PLC控制系統(tǒng)電源改造

垃圾焚燒的煙氣處理PLC系統(tǒng)為單機型式，負責(zé)#4、5、6爐煙氣處理設(shè)備（脫硫塔、布袋除塵等）的全部控制處理過程，保證煙氣排放中的各種指標(biāo)（CO、CO2、HCI、SO2、H20、O2、NOX、HF和煙氣含量）合格。PLC的供電取自于400V5M母線，在#4爐的一次小修中由于運行人員誤停電，導(dǎo)致PLC失電，其余#5、6爐的脫硫塔、布袋除塵器停運，煙氣排放超標(biāo)。后增加了雙電源STS靜態(tài)開關(guān)切換裝置，從UPS引入一路電源作為工作電源，原電源作為備用電源，經(jīng)改造后未出現(xiàn)過問題，如圖4、圖5所示。

圖4 改造前

圖5 改造后

3 結(jié)論

在交流控制電源的不間斷供電方式中，使用UPS裝置是目前主要的手段，但當(dāng)UPS出現(xiàn)故障時會變得非常被動，利用STS靜態(tài)開關(guān)快速切換的特性與UPS進行互補，可以進一步提高供電可靠性，減少控制電源因素引起的停機停爐事故的發(fā)生。