火电厂厂用保安电源的设计优化

[收稿日期]2010-09-29；[修改日期]2011-04-08

[作者简介]李世雄（1970—），男，内蒙古人，学士，工程师，从事发电厂管理工作。

1原保安电源接线设计方案存在的问题

内蒙古京泰发电有限责任公司原保安电源接线

设计方案采用柴油机组保安电源，见图1所示。在设计之初，保安段有2个电源。正常运行时，每个保安段由相应的锅炉PC 段供电；当保安段因故失电时，柴油发电机自动投入，一般情况下，15s 内即可将失电的保安段恢复供电。

原保安电源接线设计方案在柴油机组的实际管理应用中，有过多的人为因素参与，导致柴油机系统

（1）失电时间过长。保安段失电15s 后才能恢复供电，所有保安负荷均会失电停运，不能保证机组连续稳定运行。

（2）供电可靠性不高。仅以柴油发电机作为备用电源，当柴油发电机出现故障或异常时，无法保证立即恢复供电。

2保安电源接线设计方案的优化

针对原保安电源接线设计方案中存在的问题，

对保安段供电系统进行了改造，优化后的保安电源

主接线图见图2所示。

改造后，保安段母线有3个电源：锅炉PC1A 段、锅炉PC1B 段和柴油发电机。正常运行时，由锅炉PC1A 段供电；当保安段因故失电时，自动切换到锅炉PC1B 段，由锅炉PC1B 段供电，同时启动柴油发电机。如果柴油发电机的电压已达到额定值（约经

10s ），而保安段仍为低电压，则改由柴油发电机供

电。

2.1备用电源的自投逻辑及二次回路

为了降低工程造价、节约资金，在改造过程中，

未装设备用电源自动投入装置来进行电源间相互切换，而是利用ECS 逻辑组态的特点，设计了保安段备用电源自动投入的电气逻辑。

以保安PC1A 段3ZKK 为例进行分析。保安

PC1A 段共有3路电源，其中3ZKK 来自锅炉PC1A 段，为主工作电源；6ZKK 来自锅炉PC1B 段，为副工

作电源，且3ZKK 与6ZKK 互为备用；1ZKK 来自柴油发电机，为备用电源，3ZKK ′、6ZKK ′和ZKK 分别

是3ZKK 、6ZKK 和1ZKK 的上级馈线开关。正常运行时，可以由3ZKK 、6ZKK 中任何一路来供电，

3ZKK ′、6ZKK ′一直处在合闸位置，ZKK 在柴油发电

机启动电压建立后将自动合闸。

3ZKK 自动合闸的ECS 逻辑见图3所示。动作过程如下：保安PC1A 段由6ZKK 供电，3ZKK 联锁

开关投入。当保安PC1A 段突然失电时，6ZKK 由合位变为分位，此时满足3ZKK 自动合闸逻辑的全部条件，3ZKK 自动合闸，保安PC1A 段恢复供电。

柴油发电机启动逻辑见图4所示。动作过程如下：保安PC1A 段由6ZKK 供电，3ZKK 联锁开关投入。当保安PC1A 段突然失电时，6ZKK 由合位变为分位，此时3ZKK 应自动合闸，如果3ZKK 自动合闸不成功，且延时达到2.5s （为了与ECS 逻辑配合，保证3ZKK 有充分的合闸时间，保安PC1A 段低电压延时设为2.5s ，不能按常规设为0.5s ），由低电压继电器接点启动柴油发电机。柴油发电机启动电压建立后，ZKK 自动合闸（由柴油机内部回路完成），低

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图4柴油发电机启动逻辑

保安PC1A 段电压低

延时2.5s 启动柴油机，建压后自动合ZKK 联合1ZKK

跳3ZKK 跳6ZKK

电压继电器与ZKK 常开辅助接点串联后联合

1ZKK ，保安PC1A 段恢复供电。

经反复试验证明，在各种故障情况下，备用电源的自投逻辑均能正确快速动作，完成保安段备用电源自动投入[3]。

2.2风机润滑油泵的重启动

在保安段电源切换试验过程中，发现当电源切

换时间小于1s 时，风机润滑油泵可以成功重启动；当电源切换时间大于1s 时，风机润滑油泵则无法重启动。经分析，在电源切换过程中，电机控制装置的电源会短暂消失，而内部的电源模块由于电容放电可以对装置保持1s 左右的供电时间，当切换时

间大于1s 时，会造成重启动不成功。

对电机控制装置进行改造，具体做法如下：给电机控制装置加装1套外接电源模块ST-9，该模块在电源消失后可向ST500测控装置提供约20s 的供电时间，保证电机失电后顺利实现重启动。改造后，重新对保安PC 段做电源切换试验，试验结果表明，

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图33ZKK 自动合闸的ECS 逻辑

锅炉PC1A 段电压>70%U n

1ZKK 在分位6ZKK 在分位3ZKK ′在合位3ZKK 连锁开关投入

与

门

合3ZKK 开关

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（上接第65页）3.2

汽轮机轴向位移增大

3.2.1现象

启动过程中，在IV/TV 切换和TV/GV 切换后，

汽轮机轴向位移明显向正值方向增大，对机组的启动速度和安全稳定运行造成了不利影响。

3.2.2原因分析

机组启动时，随着再热蒸汽压力的升高，中压调

节门会关小，IV 流量将逐渐减小，高压缸负荷将会大于中压缸负荷，高压缸进汽流量的迅速增加导致了机组正向轴向推力增大，轴向位移也随之迅速增大。

3.2.3

解决办法及效果

检查中发现初始IV 控制指令逻辑中IV 的流量指令是通过再热蒸汽压力修正的，且与再热蒸汽压力成反比，故对IV 控制指令逻辑进行如下修改：

（1）在IV/TV 切换时，保持此时IV 转速控制

PID 值，并叠加此时的高压主汽门流量的修正值，然

后再与再热器压力反比。

（2）在TV/GV 切换时，IV 指令保持当前的流量。

修改后的逻辑调整了冲车过程中高压缸和中压缸的负荷分配比例，增大了中压缸的进汽量。

逻辑修改后机组再次启动时，汽轮机轴向位移指示恢复正常。另外，此项逻辑的修改更有助于机组的冬季启动，可以降低空冷岛的冻裂风险，同时也降低了高压缸的排汽温度，有利于机组的安全稳定运行。

4结语

为满足空冷岛防冻的要求，寒冷地区的直接空

冷汽轮机组需采用高、中压缸联合启动的方式。内蒙古呼和浩特热电厂二期扩建工程调试期间，对机组

启动逻辑进行了修改、完善，由原来的高压缸启动方式更改为高、中压缸联合启动方式。修改逻辑后，机组在冬季启动时状态良好，运行更加稳定、可靠。

[参考文献]

[1]李宝玉，魏毓璞.汽轮机调节系统疑难问题解析[M].北京：

化学工业出版社，2006：61-69.

[2]龚关胜.阿尔斯通30万千瓦级汽轮机[M].北京：中国电力

出版社，1992：33-49.

[3]高建军.蒙达公司330MW 机组旁路系统运行特点分析

[J].内蒙古电力技术，2000，18（1）：37-39.

编辑：白永军

在各种故障情况下，切换风机润滑油泵均可以成功重启动，风机将不会因保安电源切换而跳闸。

3改造效果

保安电源经设计优化后，现已投入运行近2a ，

在运行过程中虽发生过2次因锅炉PC 电源保护动作跳闸致使保安电源失电的事故，但保安段备用电源自投逻辑均可靠启动，成功将备用电源迅速自动投入，顺利实现风机润滑油泵等重要电动机的自启动，避免因柴油发电机启动时间长可能造成的机组重要设备的损坏。经现场实际运行证明，优化后的保安电源运行可靠，至今未发生过误动、拒动现象，达到了优化改造的目的。

（1）由于增加了1路备用电源，使原设计方案中的保安段供电可靠性不高的情况得到改善，保证了保安段供电可靠性。

（2）提高了恢复供电的速度，原设计方案需要

15s 后才能恢复供电，而DCS 逻辑最短可在1s 内

恢复供电。

（3）节约了设备投资和维护费用，其中减少4台备用电源自动投入装置共节约费用约15万元。

（4）简化了电气二次回路，采用DCS 逻辑实现备用电源的自投功能，不仅安全可靠，而且避免了因二次回路过于复杂而造成的误动、拒动、故障排除费时等不安全因素。

（5）提高了设备利用率，最大程度地利用现有的DCS 系统，实现保安段备用电源的自投功能。

[参考文献]

[1]中国电力建设工程咨询公司.DL 5000—2000火力发电厂

设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2000.

[2]陈戌生.电力工程电气设备手册（电气二次部分）[M].北京：

中国电力出版社，1996：188-203.

[3]叶惟辛.电气设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，

2007：28-34.

编辑：王秀清

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