300 MW火力發(fā)電機(jī)組交流事故保安段分段改造的實(shí)施探討

2022-10-15 08:41:00彭啟東

機(jī)電信息 2022年19期

彭啟東

（國(guó)能四川能源有限公司江油發(fā)電廠，四川綿陽(yáng) 621709）

0 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/T 5153—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)300 MW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[1]。

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)盤車電機(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/T 5153—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。

1 300 MW機(jī)組保安段現(xiàn)狀

本文以國(guó)能江油熱電有限公司2×300 MW機(jī)組保安段系統(tǒng)為例，探討300 MW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2×300 MW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[2]。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將斷開工作開關(guān)；同時(shí)檢測(cè)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)在斷位，另一備用開關(guān)的上級(jí)開關(guān)在合位，將發(fā)指令合另一備用開關(guān)；如低壓信號(hào)仍在，將繼續(xù)發(fā)剛合上的開關(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)出口開關(guān)，繼續(xù)檢測(cè)到兩路工作電源開關(guān)均在斷開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)線開關(guān)。

（2）電氣控制回路：任一進(jìn)線上級(jí)開關(guān)將通過進(jìn)線開關(guān)XB1連跳進(jìn)線開關(guān)，或者母線電壓低同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)4300合將通過本進(jìn)線開關(guān)出口壓板XB2跳保安段工作一或工作二進(jìn)線開關(guān)，同時(shí)電氣回路通過柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)斷位、一路工作電源開關(guān)分位，另一路工作電源開關(guān)上級(jí)開關(guān)合位直接合另一路工作電源開關(guān)，不判失壓信號(hào)；或者通過低壓信號(hào)加工作電源開關(guān)高跳低回路接點(diǎn)和XB3壓板直接合另一工作電源進(jìn)線開關(guān)。

（3）DCS回路通過檢測(cè)兩個(gè)保安段進(jìn)線開關(guān)斷位、低電壓信號(hào)和柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)合位自動(dòng)發(fā)合保安段柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(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，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段上某抽屜開關(guān)空開上樁頭發(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380 V鍋爐保安段電壓降低至60%Un。由于保安段上380 V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?！卑l(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、Ⅰ類負(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300 MW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Ⅰ段，6#、7#柜為保安Ⅱ段），雙套配置的負(fù)荷基本能分開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]。

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0、Ⅰ類負(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)過長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐所表現(xiàn)出的問題。根據(jù)國(guó)能江油熱電300 MW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300 MW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)300 MW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)備分別布置在分開后的兩段上。分開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)。

圖2 分段方案1（以#3機(jī)汽機(jī)保安段為例）

（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-YJV22-1 3*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30萬元；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)300 MW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)備分別布置在分開后的兩段上，將原保安段的兩路工作電源分別接至分開后的兩段保安段上作為各自的工作電源。分開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段通過聯(lián)絡(luò)開關(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段無須增加配電柜。增加聯(lián)絡(luò)開關(guān)及柴油發(fā)電機(jī)備用電源并聯(lián)的動(dòng)力電纜（RZ-YJV22-1 3*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)開關(guān)、柴油機(jī)與工作電源和聯(lián)絡(luò)開關(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)開關(guān)之間的動(dòng)力電纜（RZ-YJV22-1 3*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)，通過人工斷合。