300MW火力發(fā)電機(jī)組交流事故保安段分段改造的實施探討

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)行時所有0、I類負(fù)荷提供工作電源,同時在全廠停電或單元機(jī)組失去廠用電時,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)計技術(shù)規(guī)程》(DL/T5153一2014),交流保安電源宜采用自動快速啟動的柴油發(fā)電機(jī)組,每臺300MW機(jī)組設(shè)置一臺柴油發(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。

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)計的主要原則。在火力發(fā)電廠中,汽機(jī)盤車電機(jī)、交流潤滑油泵、各種輔機(jī)的潤滑油泵、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)過長期運(yùn)行實踐,依據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DL/T5153一2014)設(shè)計的保安段方案,在安全性、可靠性及運(yùn)行試驗等方面已經(jīng)表現(xiàn)出一些不足。

1300MW機(jī)組保安段現(xiàn)狀

本文以國能江油熱電有限公司2×300MW機(jī)組保安段系統(tǒng)為例,探討300MW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,國能江油熱電有限公司2×300MW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)鎖后可自動切換。汽機(jī)保安段的切換試驗如下:

(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,DCS聯(lián)鎖投入,DCS將斷開工作開關(guān):同時檢測柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)在斷位,另一備用開關(guān)的上級開關(guān)在合位,將發(fā)指令合另一備用開關(guān):如低壓信號仍在,將繼續(xù)發(fā)剛合上的開關(guān):同時啟動柴油發(fā)電機(jī),啟動正常后合柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān),繼續(xù)檢測到兩路工作電源開關(guān)均在斷開位置及低電壓故障信號,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)上級開關(guān)合位直接合另一路工作電源開關(guān),不判失壓信號:或者通過低壓信號加工作電源開關(guān)高跳低回路接點和xB3壓板直接合另一工作電源進(jìn)線開關(guān)。

(3)DCS回路通過檢測兩個保安段進(jìn)線開關(guān)斷位、低電壓信號和柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)合位自動發(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,同時因中間繼電器線圈損壞,PT低電壓信號無法送至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,因未能快速切除故障點,故障進(jìn)一步擴(kuò)大,造成380V鍋爐保安段電壓降低至60%Un。由于保安段上380V負(fù)荷控制電源均采用交流控制,取自自身動力電源,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)全停"發(fā)出,觸發(fā)"鍋爐MFT"動作,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。對于單段保安段機(jī)組,其重要的0、1類負(fù)荷均配置于同一段上,《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中未明確300MW機(jī)組保安段分段配置,而在國內(nèi)相同等級機(jī)組的實際運(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)計理念和電廠實際運(yùn)行情況來看,對發(fā)電廠保安段進(jìn)行分段已是電力系統(tǒng)及電廠設(shè)計、實際運(yùn)行的潮流方向。調(diào)查研究國內(nèi)相同容量機(jī)組,部分發(fā)電廠已提前實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)國能江油熱電現(xiàn)保安段采用單母線方式運(yùn)行的實際及保安段的負(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1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。

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o、I類負(fù)荷同時失電,引起機(jī)組非計劃停運(yùn)及設(shè)備損壞,提出對現(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)行試驗等方面經(jīng)過長期的運(yùn)行實踐所表現(xiàn)出的問題。根據(jù)國能江油熱電300MW機(jī)組現(xiàn)場實際情況,同時借鑒其他電廠保安段分段經(jīng)驗,提出300MW機(jī)組實施保安段分段的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立的兩段,對汽機(jī)保安段進(jìn)行分段改造。

根據(jù)300MW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:自動聯(lián)動。

(2)控制及切換邏輯:需增加熱工點位及邏輯控制方式,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)實現(xiàn))。

(3)設(shè)備增加情況:需增加兩面配電柜:含三個電源斷路器柜、一個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)采用動力電纜(RZ-vJV22-13*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、手動切換,工作/備用電源可自動聯(lián)動。

本方案分段改造的優(yōu)缺點如下:

優(yōu)點:兩段完全獨立,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,已實際使用,成熟可靠。

缺點:相比方案2每臺機(jī)組需多增加兩面配電柜(汽機(jī)PC段)、4個框架斷路器以及PC段至保安段的電纜,投資較方案2高約3o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,對汽機(jī)保安段進(jìn)行分段改造。

圖3分段方案2

根據(jù)300MW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,自動聯(lián)動。

(2)控制及切換邏輯:需要對現(xiàn)有DCS邏輯進(jìn)行設(shè)計修改,改動較大。此種方案雖然投資較少,但切換時配合環(huán)節(jié)多,DCS邏輯改動較多,點位增加較多。保安段兩段之間存在同級之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。

(3)設(shè)備增加情況:需增加兩面配電柜,含一個聯(lián)絡(luò)斷路器柜、柴油機(jī)電源、一個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)的動力電纜(RZ-yJV22-13*185+95)。I段、Ⅱ段工作/備用電源聯(lián)絡(luò)間可自動聯(lián)動(通過DCS組態(tài)或電源切換裝置實現(xiàn)),也可不自動聯(lián)動,通過人工斷合。

本方案分段改造的優(yōu)缺點:

優(yōu)點:投資較方案1少:無須從PC段新增電源,工程量少。

缺點:切換時兩段工作電源間、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DCS邏輯,有一定風(fēng)險。

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:需要對現(xiàn)有DCS邏輯進(jìn)行設(shè)計修改,增加開關(guān)不多,改動不大,可采用電源自動切換裝置進(jìn)行兩段間的切換。此種方案投資最少,新增開關(guān)不多,切換邏輯變動不大,DCS可實現(xiàn)。

(3)設(shè)備增加情況:需增加一個聯(lián)絡(luò)斷路器、一個PT柜。增加聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間的動力電纜(RZ-YJV22-13*185＋95)。I段、Ⅱ段工作/備用電源聯(lián)絡(luò)間可自動聯(lián)動(通過DCS組態(tài)或電源切換裝置實現(xiàn)),也可不自動聯(lián)動,通過人工斷合。

本方案分段改造的優(yōu)缺點:

優(yōu)點:本方案投資最少,系統(tǒng)變動最小,施工難度小,切換邏輯變動小。

缺點:保安段兩段之間存在同級之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。

4結(jié)語

本文闡述了現(xiàn)行300MW機(jī)組保安段電源一次系統(tǒng)母線及各負(fù)荷的運(yùn)行方式,分析提出了保安段電源分段的改造方案、改造過程及優(yōu)化空間。各300MW機(jī)組發(fā)電廠在實施機(jī)組保安段分段技改時,可根據(jù)各自具體情況選擇不同的分段方案實施。交流保安電源是發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的重要組成部分,在實際供電方式中,各廠還可結(jié)合自身的具體情況,采用引入其他方式及可靠電源作為保安電源來提升保安電源系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。