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摘要：介紹了廠用事故保安電源三種切換方式的接線形式及事故切換邏輯，并分析了各自的優缺點，為以后的保安電源設計工作提供依據。

關鍵詞：保安電源切換；DCS邏輯控制；ATS；保安電源自投裝置

0引言

隨著技術的迅速發展，火力發電機組的單機容量越來越大，300MW及以上容量的火力發電機組已成為全國各大電網的主力發電機組。隨著容量的提高，對機組的可靠運行提出了更高的要求。根據國標GB50660—2011《大中型火力發電廠設計規范》規定，200MW級及以上的機組應設置交流保安電源。發電廠交流保安電源系統是指在機組交流廠用電源突然全部消失后，保證機組安全停運，不致損壞設備和危及人身安全，能快速啟動、恢復供電，而必須運行的交流電源系統。在發電廠中，若交流保安負荷供電不可靠將造成主要設備損壞、重要的自動控制裝置失靈，甚至導致機組停機和危及人員安全等嚴重后果，因此保安電源是否安全、可靠將直接影響電廠的安全運行。

1保安電源系統接線

大中型火力發電廠一般采用能快速啟動的柴油發電機組作為事故保安負荷，并設有保安MCC（電動機控制中心）。正常情況下，保安MCC由兩路廠用工作電源供電；當廠用工作電源失電后，柴油發電機組快速啟動以繼續向保安MCC上的保安負荷供電。由此可知，如何確保兩路工作電源之間及工作電源與備用電源（柴油發電機）之間的快速切換，對于保證保安負荷的不停電運行極其重要。以保安MCCA段為例，機組正常運行時，－QF1、－QF2、－QF4處于合閘位置，－QF3、－QF5、－QF處于分閘位置。即保安MCCA段由工作PCA段供電，柴油發電機組處于停止狀態。當保安MCCA段失去電源（工作PCA段失電或－QF1保護動作）時，檢測工作PCB段電壓，同時啟動柴油發電機，經一定延時后合－QF。若工作PCB段有電壓，則投入PCB段，經一定延時確認保安MCCA段滿足要求后，停運柴油發電機，斷開－QF。此時保安MCCA段由工作PCB段供電。當保安MCCA段轉入工作PCB段供電不成功時，則經一定延時投入柴油發電機，然后分批次投入保安負荷。

2保安電源切換方式

目前，國內保安電源切換方式按其發展歷程大體分為以下幾種：一是在DCS內部采用軟件進行邏輯運算，進而實現保安電源自投；二是采用大容量切換開關（ATS）實現保安電源自投；三是采用專用自投裝置實現保安電源自投。

2．1方式一

DCS邏輯切換方式是隨著DCS在電廠控制中應用的不斷成熟出現的，用以替代早期繼電器硬件搭接切換回路的一種方式。DCS邏輯切換，即在DCS內部采用軟件編程方式完成保安電源切換過程。保安MCCA段為例，DCS控制邏輯如下：當保安MCCA段母線TV失壓（帶延時輸出）且未發生TV斷線時，跳開保安MCCA段開關－QF4，并啟動柴油發電機組，同時進行以下操作。（1）工作PCB段有電壓，如果此時PCB段－QF2保護未動作，那么投入－QF5，待保安MCCA段電壓恢復后向柴油發電機組發出停機指令，停運柴油發電機；如果此時PCB段－QF2保護未動作，當－QF5投入后，因MCCA段故障－QF2保護動作跳開，那么向柴油發電機組發出停機指令，停運柴油發電機。（2）工作PCB段無電壓，則由DCS判斷－QF4、－QF5均處于分閘狀態后，合－QF3，投入柴油發電機。（3）當工作電源恢復正常后，應先合上－QF1，跳開－QF3，投入－QF4。保安MCCA段的負荷由柴油發電機組供電，切換至正常電源后，柴油發電機組停機。采用DCS切換方式簡化了二次接線，不需額外配置切換裝置，減少了設備投資，且邏輯功能強，能實現多種控制功能。但DCS采樣周期和邏輯判斷時間較長，在軟件本身故障時會導致啟動時間不可控，并且廠用電失去時DCS需處理大量信息，因而無法掌握啟動切換指令的時間。由于DL／T5136—2012《火力發電廠、變電站二次接線設計技術規程》第3．2．5．4條規定“為保證可靠性，增加了柴油發電機的事故啟動回路宜由專門的電氣回路實現，不宜采用監控系統中軟邏輯實現，以免計算機故障失去保安電源”，因此近年來采用DCS進行邏輯切換的方式趨于減少。

2．2方式二

通過ATS實現保安電源切換是近年來隨著ATS的普及而逐漸采用的一種方式。ATS是由一個（或幾個）轉換開關電器組成的，用于監測電源電路，并將一個或幾個負載電路從一個電源自動切換至另一個電源的電器。ATS開關分為PC級和CB級。PC級ATS開關能接通、承載短路電流，但不用于分斷短路電流；而CB級ATS開關配備過電流脫扣器，主觸頭能接通并分斷短路電流。ATS開關具有結構簡單、體積小、切換速度快等優點，且耐受和接通能力較強，能確保開關不因過載或短路等故障而損壞，從而保證可靠的接通回路。采用ATS開關實現保安電源切換的方式，接線邏輯簡單，不參與DCS控制，保證了電源切換的快速可靠性。MCCA段為例。

（1）ATS－1開關檢測到來自PCA段的工作電源失壓后，延時切換至PCB段的備用電源側，并啟動柴油發電機組。PCA段的工作電源恢復正常后，延時切換回工作電源PCA段帶負載。

（2）ACTS開關檢測到工作電源失壓后，延時切換至柴油發電機組側，發出啟動柴油機指令。當工作電源恢復后，延時切換回工作電源帶負載，經一定延時由DCS發出指令或就地停運柴油發電機組。

（3）切換開關ATS－1在切換至PCB段電源前，如果PCA段電源恢復正常，那么可事先設定此狀況下不切換。同時，由于切換開關切換速度很快，為避免發出柴油機啟動命令到柴油機已啟動的過程中，備用電源或工作電源復電，可先進行開關切換再發指令啟動柴油機。

（4）當工作電源PCA段復電，則由ATS－1經一定延時自動切換至工作電源，或就地手動切換回工作電源，再將ACTS切換至廠用電源側。采用ATS開關作為保安電源切換方式的優點如下。（1）切換工作由ATS開關自動完成，接線簡單、可靠性高。（2）由于ATS本身具有可靠的機械連鎖和來自于控制器對電磁驅動線圈控制的雙重互鎖，因此不會同時接通兩路供電電源。在事故切換過程中，切換開關通過機械聯動，首先斷開工作電源，然后接通備用電源，不存在將另一段工作電源投入故障回路的可能性。（3）ATS依賴于獨特的電磁線圈驅動，切換速度快，切換時間可設置。通過合理設置切換時間，在兩路供電同時有電切換時，可避免因電弧的產生而使兩路供電同時導通的可能。另外，可利用電弧導通的時間來縮短設備實際的斷電時間。此方式的缺點是需增加額外的裝置，且ATS開關的價格較為昂貴，成本較高。

2．3方式三

保安電源自投裝置是為滿足不同電廠實際運行需求，在快切裝置的基礎上開發的一種專用自投裝置。該裝置一般采用DSP＋ARM構架，運算速度快、性能穩定；采用全封閉結構，體積小，可安裝于MCC進線柜內。裝置按保安MCC母線段對應配置，即每段MCC配置1臺自投裝置。采用保安電源自投裝置的電氣接線。以保安MCCA段為例，保安電源自投裝置的輸入、輸出信號如下。

（1）模擬量：PCA、PCB、保安MCCA段母線電壓；各進線三相電流。

（2）開入量：－QF1～－QF5開關的狀態；－QF1、－QF2保護閉鎖信號；TV斷線信號等。

（3）開出量：－QF3～－QF5開關的跳合閘出口。采用保安電源自投裝置的切換過程，保安MC－CA為例，當保安MCCA段母線TV失壓（帶延時輸出）時，跳開－QF4，同時執行以下操作。

（1）投入－QF5，并發起柴油機啟動命令。

（2）若－QF5拒合或合閘后母線仍失壓，則跳開－QF5。待柴油機就緒和保安PC段電壓正常后，合上－QF3，柴油機帶保安段負荷。

（3）當工作電源正常后，通過自投裝置將保安MCCA段的負荷由柴油發電機組供電切換至正常電源上。采用串聯恢復方式，先跳開－QF3，再投入－QF4，停運柴油發電機。采用保安電源自投裝置后，電源切換過程由裝置自動完成，不受DCS影響，保證了切換的獨立性。保安電源自投裝置切換動作時間介于DCS軟邏輯和ATS硬件之間；缺點是需要監測的數據多，接線較復雜，一定程度上影響了切換的可靠性，且目前國內運行經驗有待積累。

3結語

DCS切換方式節省了硬件費用，減少了設備投資，但控制邏輯復雜，切換時間較長，且切換可靠性易受DCS系統影響。ATS開關接線簡單，切換時間短，易于安裝、維護，但價格較為昂貴，成本較高。保安電源自投裝置切換速度介于DCS和ATS方式之間，價格較ATS便宜，但接線復雜。綜合以上分析后可知，保安電源的不同切換方式各有優缺點，應結合保安負荷實際情況來合理選擇。

參考文獻

［1］GB／T50660—2011大中型火力發電廠設計規范［S］．

［2］DL／T5136—2012火力發電廠、變電站二次接線設計技術規程［S］．

［3］GB／T14048．11—2016低壓開關設備和控制設備［S］．

［4］何敏強．自動轉換開關在火電廠保安PC中的應用［J］．電力安全技術，2013，15（5）：3－5

作者:陳建偉 李瑩 裴善鵬 單位:山東電力工程咨詢院有限公司