柴油发电机及保安系统

柴油发电机及保安系统改造方案
0 引言
发电厂保安电源是指当出现全厂停电时，为了保证汽轮机组顺利停机，不至于损坏设备而设置的电源。

某发电厂保安电源程序控制系统由PLC来实现，由于存在一些设计和设备上的缺陷，在机组试运期间，保安电源系统经常出现误动、拒动情况，为此，电厂技术人员积极查找原因并提出相应的改造措施。

实施改造后，电厂柴油发电机组及保安系统未出现误动现象，提高整个保安电源系统的可靠性，保证了设备的安全运行。

1．电厂保安系统介绍
1.1测控单元
某电厂要求柴油发电机组设置的PLC程序控制系统除实现对柴油发电机组的监视控制功能外，还对保安电源系统的逻辑进行控制，并能与发电厂的电气控制系统(ECMS)进行通信。

具体要求如下：
1.1.1控制对象包括：
a.柴油发电机出口断路器(K0)；
b.保安MCC（汽机及锅炉）工作电源进线开关(1K1、1K2、2K1、2K2、3K1、3K2)；
c.保安MCC（汽机及锅炉）备用电源进线开关(1K3、2K3、3K3)。

对于上述各断路器，程序控制系统采集断路器的合闸及跳闸位置（DI），并能输出控制信号对断路器进行跳、合闸操作（DO）。

1.1.2监视对象包括：
a.保安PC母线电压、保安MCC（汽机及锅炉）母线电压
b.保安MCC（汽机及锅炉）工作电源进线电压
c.保安PC电源馈线开关（K4、K5、K6、K7）
对于上述各监测点，程序控制系统采集了三相交流电压（交流采样），并能进行下述逻辑要求的电压正常（三相电压均大于80%额定电压）、电压消失（三相电压均小于30%额定电压）及同期检测功能。

断路器采集其合闸及跳闸位置（DI）
保安系统接线图
1.2逻辑单元
我厂保安控制系统设置一个工作状态选择开关，包括“工作”、“试验”和“断开”三个位置，当选择开关在“工作”位置时，程控系统能实现“保安MCC电源备自投”、“柴油发电机自动启动”以及“厂用电恢复后电源切换”等功能；当选择开关在“试验”位置时，能进行柴油发电机的启动试验或柴油发电机带载试验；当选择开关在断开位置时，就地和远方均不能启动柴油发电机且不能进行保安电源断路器的切换控制。

1.2.1保安MCC电源备自投逻辑：
正常运行时，各保安MCC的二个工作电源断路器（1K1/1K2或2K1/2K2或3K1/3K2）中K1为合闸状态， K2为断开状态（备用电源断路器1K3、2K3、3K3断开），当选择开关在“工作”位置，控制系统检测到保安MCC母线电压消失，并满足规定时间（0-2秒可调）时，检测K2工作电源进线电压正常，则跳K1开关，检测该工作电源断路器及备用电源断路器均断开时，再合上K2开关，并发出报警信号。

正常运行时，二路工作电源进线中K1为主开关，K2为K1的从开关，任何一路电压消失时，发出报警信号。

1.2.2柴油发电机启动逻辑：
当选择开关在“工作”位置，控制系统接收到外部的全厂停电信号（经延时0-10秒可调）或远方紧急启动信号时，首先启动柴油发电机，当达到额定转速并建立电压后，闭合发电机出口断路器K0，同时跳开各保安MCC工作电源断路器（1K1/1K2或2K1/2K2或3K1/3K2），当检测保安PC电压正常后，再分步骤投入各保安MCC备用电源断路器（1K3或2K3或3K3）。

在投入保安MCC电源断路器时，先检测相应保安MCC的二个工作电源断路器均在断开位置后才允许投入备用电源断路器。

1.2.3厂用电恢复后切换逻辑：
当选择开关在“工作”位置，控制系统检测到工作电源进线电压正常，同时接受到运行人员的切换命令后，程序控制系统将各保安MCC由备用电源切换至工作电源供电，切换可选择并联切换或串联切换（在柴油机控制柜上通过转换开关或按钮设定）。

当选择并联切换时，程序控制系统通过同期控制装置调整发电机频率和相位，采用同期合闸方式先合工作电源断路器（1K1/1K2或2K1/2K2或3K1/3K2），再跳开备用电源断路器（1K3或2K3或3K3）；当选择串联切换时，程序控制系统则首先跳开保安MCC备用电源断路器（1K3或2K3或3K3），当检测备用电源断路器断开后，再闭合工作电源断路器（1K1/1K2或2K1/2K2或3K1/3K2）操作。

确认所有保安MCC切换成功后，断开柴油发电机出口断路器K0后，再停柴油机。

1.2.4柴油发电机试验逻辑：
当选择开关在“试验”位置时，能进行柴油机空载载试验或带载试验。

选择空载试验时，就地启动柴油机，不合出口断路器K0，试验完后就地手动停机。

选择带载试验时，就地启动柴油机，控制系统检测发电机电压、频率正常且保安PC无电压后允许运行人员手动合出口断路器K0，检测保安PC电压正常后，允许运行人员选择汽机或锅炉保安MCC进行带载试验。

当选择汽机保安MCC1进行带载试验时，程序控制系统检测保安PC馈线开关K4在合闸位置，保安PC电压与汽机保安MCC1母线电压电压正常，通过同期控制装置调整发电机电压频率和相位，当满足同期要求后合备用进线断路器1K3，检测1K3合闸后，允许就地控制给柴油发电机加载，试验完成后，先减载再依次手动断开1K3、K0、停柴油发电机，试验完成。

2．运行中存在的问题
但在实际运行中我们发现，对于我厂来说，这套保安系统还是存在着以下缺陷：
2.1由于对汽机PCA、PCB、锅炉PCA、PCB工作电源进线电压检测及对汽机保安MCC1、汽机保安MCC2、锅炉保安MCC母线电压检测均采用同一种电压检测模块，此电压检测模块当检测到三相电压的过压
﹑欠压超过额定电压的20%及三相电压缺相等异常现象均会发出故障信号，当PLC收到故障信号后将会发出此段工作电源主断路器跳闸命令，从断路器自投，该段上负载切换到备用段对应负载运行。

而电力系统要求是：工作电源三相电源只有当三相电源均低于额定电压的30%时就视为此工作电源无压，当电源任一相电压均超过额定电压的80%时就视为工作电源有压［1］。

而此电压检测模块不能达到此判断要求。

如果出现工作电源保险熔断或电压出现波动时很可能出现电压检测模块动作工作电源断路器跳闸，导致工作电源（K1、K2间）误切换，汽机或锅炉保安段出现短时间断电现象。

2.2由于汽机及锅炉保安MCC断路器的分合闸均由PLC控制，其控制开关分合闸的继电器容量为分闸AC（DC）220V 5A、合闸AC（DC）30V 5A，而我厂保安段断路器操作电源只采用DC110V，因此继电器容量不匹配，当合闸时继电器线圈容易出现烧损故障。

2.3两路工作电源（K1\K2）之间的主从关系导致只能够在主开关(K1)供电时从开关（K2）起到备用作用，反之则不起作用，供电的可靠性较低，增加了柴油发电机的启动频率。

3.处理措施
经我厂技术人员汇同厂家及设计单位技术人员研究后，决定争对以上缺陷对我厂保安系统做出如下更改：
3.1由汽机、锅炉PC工作电源进线电压ST400智能测控装置提供无压信号干接点；汽机、锅炉保安MCC母线ST400智能测控装置提供有压信号干接点直接接入PLC，在ST400智能测控装置中通过PLC 分别做好30%无压逻辑和80%有压逻辑，杜绝了由于电压波动或保险熔断导致误切换现象。

3.2将所有控制开关的继电器均换成AC（DC）220V、AC（DC）30V 10A，触电容量加大一倍，故障率大大减小。

3.3在逻辑方面取消两路工作电源（K1、K2）的主从关系，使两路工作电源做到互为备用，提高了保安段母线的供电可靠性。

减少不必要的柴油发电机起动次数。

4．与当前国内外同类技术的综合比较
4.1我厂保安系统逻辑控制由柴油发电机系统的PLC来实现，而同行业大多采用DCS来进行控制，相对我厂ECMS的电气监控系统而言，保安系统逻辑由柴发自带的PLC来进行控制，逻辑简洁可靠，接线简单，投资费用低。

4.2母线ST400智能测控装置提供有压信号干接点直接接入PLC，在ST400智能测控装置中通过PLC 分别做好30%无压逻辑和80%有压逻辑，杜绝了由于电压波动或保险熔断导致误切换。

相对电压检测模块来说，能更好的满足电力系统的特殊要求，减少了开关的误跳、合现象。

提高了事故切换时的选择性、准确性和可靠性。

4.3在逻辑方面取消两路工作电源（K1、K2）的主从关系，使两路工作电源做到互为备用，提高了保安段母线的供电可靠性。

4.4通过对保安段上重要辅机设备的ST500综合保护装置失压自启动时间的调整，做到在事故切换的过程中机组的重要辅机设备能够在电压切换成功后自行启动，消除了手动抢送重要辅机的时间，从而使事故控制在最小范围内。

5．应用情况
经过改造后，我厂技术人员对1、2#机组保安系统进行了两路工作电源(K1、K2)的切换试验、柴油发电机的带负荷切换试验及模拟厂用电消失后柴油发电机自启动和厂用电恢复后厂用电和柴油发电机之间的逆向串、并联切换试验。

经过反复的验证，我厂保安电源均能在15秒内自动恢复对各保安段母线的供电，且经过对保安段所带的重要辅机在失压自启动时间上的合理配置后，所有保安
段上辅机均能够在电源切换过程中正常自启动运行，从而保证了机组的安全可靠的运行。