浅谈保安电源自投方案在火电厂的应用

李建华

（大唐彬长发电有限责任公司陕西咸阳713602）

摘要：本文首先论述总结了目前国内保安电源自投方式及其分类，并重点描述DCS逻辑、ATS和国内智能自投装置的自投方式，分析了各种方式的优缺点，最终可根据实际情况选出最为适用的方案，具有较大的推广价值。

关键词：保安电源；DCS；柴油发电机；ATS；智能自投装置

1前言

本文主要针对目前国内电厂存在的保安电源自投的多样性进行全面分析，力求能够提供有效方案指导老机组技术改造和新机组设计的需要。

2目前国内电厂较为成熟的保安电源投入方式介绍

目前在役机组保安电源投入方式大致分为四种。一种是采用分立元件（继电器）进行逻辑搭接构成保安电源自投回路，大多数200MW的老机组还在使用；第二种是在DCS内部采用软件进行逻辑，进而实现保安电源自投。许多电厂技改项目采用此中切换方式；第三种是采用大容量切换开关（ATS）实现保安电源自投。大多数300MW和600MW机组在使用；第四种是最近些年研发出的采用专用智能自动装置实现保安电源自投，近些年新投产的300MW和600MW机组使用。

2.1采用继电器分立元件构成保安电源自投回路

随着200MW～300MW机组开始出现保安电源的概念，同时那时期电厂刚开始引进进口DCS作为机炉电集中控制方式。由于保安电源的重要性，很多较早电厂运维人员对进口DCS操作和编程不熟悉，当时保安电源自投的逻辑还不十分成熟，对保安电源自投纳入进口DCS存有风险和疑虑。在该时期设计院电气专业设计自投回路时仍采用硬结线（继电器）组合方式。该自投回路设计相当麻烦，并且对继电器稳定性、定值的设定等等具有很高要求，这种方式在目前电厂设计与改造中已逐步淘汰。

2.2DCS软件逻辑实现自投

在国内300MW机组投产较多后，在实际生产中对保安电源自投的运行方式有了更深入的认识，同时进口和国产DCS制造商对逻辑框图的设计和优化渐渐趋于成熟，大部分电厂和制造商均配备了DCS系统编程维护员。在技术改造、新建设计许多电厂开始探索应用DCS编程逻辑完成保安电源自投，即在DCS内部采用软件编程方式完成保安电源自投过程，采用该方式在电厂设计、技术改造过程中也得到了不少成功的应用。

DCS逻辑往往如下：机组正常运行时，1ZKK、2ZKK、3ZKK处于合位，4ZKK、5ZKK、ZKK处于分位。即机组保安PC由对应的工作PC供电，柴油发电机组处于停止状态。

保安电源投入过程：当机组保安PCA段失去电源时（锅炉PCA段失电或1ZKK保护动作），跳3ZKK同时启动柴油机，经5～12秒后合ZKK，同时检测锅炉PCB段电压，若PCB段有电压，则合4ZKK，经一定延时确认保安PCA电压恢复满足要求后，延时停柴油机，断开ZKK。此时机组保安PCA段由锅炉PCB段供电。当机组保安PCA转入锅炉PCB段供电不成功时，则在第一时段跳开4ZKK数秒后投入5ZKK。

2.3采用大容量切换开关（ATS）实现保安电源的切换

在采用DCS逻辑进行电源切换不能消除个别运行人员的疑虑后，国内有些较大容量如600MW电厂为确保切换可靠性而采用了大容量切换开关（ATS）进行切换，此种方式回路简单，智能化程度高且装置可靠。采用大容量切换开关和接线方式的优点是：

1）由于自动转换开关同时具有电气和机械闭锁，从根源上完全避免了误将两种电源误并联运行的风险。

2）在事故切换过程中，切换开关通过机械联动机构首先断开工作电源，然后接通备用电源，不存在将柴油发电机组投入故障电缆的可能性。

3）当保安柴油发电机组试验时，通过切换开关所集成的控制装置，自动完成保安段由柴油发电机供电的切换，试验完毕后由切换开关自动完成保安段由厂用电供电的转换。试验操作简单，减少了人为错误没必要的风险。

4）由于集成切换开关与控制器一体化，其试验在制造厂已经完成，装置可靠性有较大的保证。有些设计院和电厂技改时对上述接线进行优化。

自投过程为：当保安1A段工作电源（主电源）失电后，由切换开关ATS的控制器判断出主电源为事故断电，同时ATS的控制器判断锅炉1B段电源（备用电源）的状态，并且启动柴油机。若锅炉1B段电源满足要求，则ATS切换至锅炉1B段供电，ATS发信号经延时停柴油机；当锅炉1B段电源不满足要求，则ATS不切换，同时发无源信号“无法切换”，此时由柴油机启动命令合闸1ZKK，投入柴油机。

采用成熟大容量切换开关的缺点是：

1）国内成功应用大容量切换开关基本均采用进口产品，界面友好度差，基层检修维护人员不具备常规检修能力，故障检修只能求助于售后服务单位。

2）每段保安PC段需要两个切换开关，每台机至少需要2个切换开关，投资约20万，投资相对较高，且后期维护配件价格普遍较高。

2.4保安电源专用智能自投装置

目前国内为求得技术经济方案，满足不同电厂实际运行需要，国内许多制造单位又开发出一种保安电源专用智能自投装置甚至不同于普通的备自投装置，该装置既能满足自投回路不依靠DCS的独立性，又能保证自投回路准确性、快速性、事故追忆。

1）自投原理：（以图（一）为例）

动作过程：当检测到保安PC母线A段低电压后，装置跳开3ZKK并启动柴油机。确认开关跳开后，若来自锅炉PCB备用进线开关在正常状态，则合4ZKK，在4ZKK闭合后，若母线仍然失压，则跳开4ZKK；则合5ZKK开关，投入柴油机。若4ZKK开关本身就处于故障、检修或冷备用状态，则直接合5ZKK，投入柴油机。

2）保安电源智能自投装置主要优点：

A、目前国内各主要自动化生产厂家产品较多，逻辑技术相对成熟。

B、产品装置一般配有屏液晶显示，中文界面。人机界面友好度高，部分产品面板上配有USB口，可以方便的进行程序加载以及导出装置内部的SOE事件。

C、装置一般采用DSP＋ARM构架，运算速度快，性能稳定。

D、全封闭结构，体积小，可安装于PC、MCC进线柜内，不另外配屏。

E、该装置按保安PC母线段对应配置，即每段PC配置一台自投装置。一般工程一台机有2段保安PC，共需2台，费用为7～15万元，投资费用相对较低。

2）保安电源智能自投装置主要缺点：

A、装置采集判断数据较多，现场二次接线较为复杂。

B、所控制的断路器较多，为避免误动作并列运行，闭锁需要时序配合，切换时间较ATS要长。

C、断路器元件和回路较多，长期运行维护工作量和切换可靠性较ATS要差。

3.结束语

文中从保安电源自投的原理入手，论述了目前常用的保安电源自投回路和投入方式，同时分析了各种保安电源自投回路和装置的优缺点。保安电源方式选择要从项目的实际特点，目的、投资、设备的可靠性、成熟性等综合因数考虑，相信各电厂可以合理的选择适合自己的切换方式。

参考文献：

[1]《大中型火力发电厂设计规范GB50660-2011》中国计划出版社2011年．

[2]ASCO7000系列用户指南．

[3]李明杰．发电厂厂用电源备自投方案的设计与改造．《安徽电力科技信息》2011（3）：14-16．