发电厂厂用保安电源优化探索侯志鹏

侯志鹏

（晋能清洁能源光伏工程有限责任公司山西省太原市030006）

摘要：发电厂厂用保安电源是在发电厂全面停电时，可以为主设备机组安全停机及其他重要设施安全运行提供可靠电源，具有重要地位。针对发电厂厂用保安电源如何有效工作，本文阐述了保安电源的基本形式、接线方式、应急机组的自动监控系统,对如何优化厂用保安电源进行探索，以期为发电厂安全生产相关研究提供一定的理论支持，从而确保发电厂的安全生产。

关键词：保安电源

一、引言

目前很多发电机组，如遇到自然灾害、人为事故及其它一些不可抗力等原因导致厂用电源切断时，为保障在这种情况下发电厂内机组及其他重要设备可安全停机，需要安装设置厂用保安电源，以满足连续供电，降低损失。随着国家电网的快速发展，优化电源配置地点及输电网路通道限制而引发同一个电杆铺设线路增多的原因，导致越来越多的发电厂之间相互联络的线路数量逐渐减少，最终形成了单个发电厂双回路出线，以致于输电线路故障频率加大、数量增多，引起发电厂整体全面停电的事故频率加大。因此，保障安全停机的需求更加突出，厂用保安电源的可靠性、反应速度等性能便显得格外重要。

本文将从保安电源的基本构成形式、接线方式、应急机组的自动监控系统等方面，探讨和探索优化厂用保安电源的设计方案。

二、厂用保安电源的基本形式及优化方案

1、基本形式

大多数发电厂的保安电源有两种形式，一种是采用柴油发电机组；另一种是采用厂外独立电源。

第一种，柴油发电机组是一个独立的电力系统，受外界影响较小，这是它被广泛应用为保安电源的主要原因。与此同时，在日常的实际运用中，因为柴油发电机长时间处于不启动状态，加上平日维护管理保养不是非常到位，低温下燃料及冷却水防冻不佳等原因，致使柴油发动机在事故发生时容易发生启动异常。这是它比较致命的缺陷。除此之外，即使事故发生后柴油发动机正常自启动，但启动时间一般长达五至十五秒，这段时间发电厂保安电源处于暂时失电状态。

第二种，使用厂外独立电源。优点在于保安电源长期处于有效备用状态，遇到事故可立即投入使用，可缩短保安电源失电时间。缺点在于厂外独立电源并非完全独立的电力系统，假如外部系统发生异常情况也难以保证自身安全，如果厂外独立电源断电，发电厂内部将遭遇保安电源失电的严重后果。

2、优化方案

取长补短，结合以上两种保安电源的优点进行优化设计，将厂外独立电源作为第一道保安电源，厂内柴油发电机作为第二道保安电源，这种模式，既可缩短保安电源失电时间，又可以进一步提高保安电源的供电可靠性。当前，在国内发电厂以柴油机发电机为保安电源的设计中，一般一台机组接线一套柴油发电机。针对前面提到的问题，可以将目前的保安电源系统改造为一台机组配备两台柴油发电机互为备用接线的模式，提升保安电源自启动和供电的可靠性。同时，也可以考虑建设厂外独立电源作为第一道保安电源，让现有柴油发电机作为第二道保障，两套系统互为备用，组成全新的保安电源系统。

必须明确的是备用电源不能替代柴油发电机的作用。因此除了在设计中优化备用电源外，还要做好柴油发电机的维护和定期测试，及时检查设备异常并进行维修，以保障保安电源正常工作。

三、厂用保安电源接线方式及优化方案

发电厂保安电源的接线方式对系统的安全性能、可靠程度有很大影响，并可直接影响主设备及运维人员的安全，因此在保安电源的设计优化中非常重要。

1、常规框架断路器组合方案

如图1，厂内常规的保安电源接线设计很多采用这种方式。每一台机组配置一台柴油发电机，保安负荷分别接在保安A和B上。保安A和B工作电源经过框架断路器由380V/220VPC供电，备用电源便经过框架断路器由柴油发电机的出线母线来供电，两段保安电源通过QF11、QF21互为备用。保安段工作电源和备用电源的切换是通过两个框架断路器完成。

2、优化设计自动转换开关电器

自动转换开关电器（ATSE）由一个（或几个）转换开关电器组成，用以监测电源运行情况，将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源。

保安段工作电源与备用电源的切换采用自动转换开关电器完成，正常情况下，柴油发电机组出口开关(QF1)及保安A及B备用进线开关(QF11、QF21)合阐，其开关只起到短路保护作用，不进行控制及操作，所有切换及启停柴油发电机的操作由ATSE自动完成成。事故时，当保安A(或B)母线失电时，ATSE1(或ATSE2)发信号到柴油发电机组自动控制装置，启动柴油发电机，当ATSE1(或ATSE2)监测到应急电源可用时，进行先断后接切换,将负切换到柴油发电机上。

3、自动转换电器开关切换方案优点

自动转换开关为电磁瞬间激励、机械保持结构，具有电气、机械双重互锁功能，因而具备较高的可靠性、安全性。一方面，自动转换开关电器只有“正常电源”和“备用电源”两个位置，因此其转换迅速。另一方面，自动转换开关电器具备相位角侦察器，在进行同期合闸时无需再增加同期检测装置，减少了中间环节。

采用自动转换开关电器切换时，当保安电源任意一段母线失电时，立即启动柴油发电机，单段母线失电随即启动柴油发电机组的方式能够减少保安段负荷失电几率，更有利于电厂的运行安全。目前在国内部分大型发电厂都在采用ATSE完成保安电源切换，运行状况良好。

四、厂用保安电源监控系统改造及优化方案

1、保安电源监控系统的设计优化

保安电源的监控系统既要实现常规的启动，更要能实现在事故等异常情况下的多台机组联动控制，提升整体的应急机动水平。

在PLC可编程控制的基础上，结合软件开发，实现人机沟通和实时通信，可以在中央控制室完成对柴油发电机的远程控制运行参数调节，方便快捷的本地操作可以提高厂用保安电源的自启动成功率。主程序完成任务的初始化和控制任务的调度,包括PLC、HMI和自检初始化的重要参数,调用备用状态检测程序,使用待机状态监控程序,故障检测和安装程序,自动控制程序执行的安全力量的手/人机界面显示和控制程序。应急控制程序主要由安全电源手/自动控制报警程序和热备份控制程序组成。上位机除显示文字、表格、图形、曲线以及报警外，还可直接进入各PLC模块从站，在线诊断设备的运行状况，并可切入各程序在线调试画面，以直接监控当前程序执行和直观地显示流程等。

2、优化效果及结论

设计优化的重点在于自动化监控系统功能设计、硬件系统选型、上位机与下位机PLC编程及通讯问题。PLC是用来控制稳定性能的新型励磁调节器,起动柴油发电机的参数可以稳定,能在短时间内工作,从起动平均时间减少,实现基于PLC的电站安全柴油发电机组的远程监控。

五、结论

发电厂厂内保安电源对于发电厂非常重要，在设计及改造中应当全面分析厂内实际情况及需求，对保安电源的基本形式、接线方式、自动监控系统等进行研究，借鉴上文中提出的优化方案，保证最优化设置，设计改造完成后，应对保安电源运行进行测试考验，以保障主设备机组安全运行和停机。

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