发电厂柴油发电机和机组保安段控制回路改造

黄姝

(大唐华银株洲发电有限公司，湖南株洲412000)

1 事故案例

某发电厂曾经发生由6 kV电机A相引出线绝缘磨损而跳机的事故。事故电机在运行中接地(20 s后转为稳定接地)，由于6 kV系统为不接地系统，6 kV接地保护只投报警，2 h后才投跳闸，不稳定接地产生的弧光过电压击穿绝缘薄弱的进线TV B相瓷瓶，明火和烟雾造成TV间隔三相短路，高厂变差动保护动作跳机。厂用电快切后，由于故障未能切除，备用电源之过流保护动作跳闸，单机厂用电源全部失电，而柴油发电机又未能联启，险些酿成机组损坏事故。

1.1 跳机时DCS失电原因分析

DCS失电的原因是机组2台UPS退出，导致供电电源消失。经查UPS装置是在事故发生时交流、直流供电回路电源电压均越下限而退出运行。调取故障录波，交流电源越下限原因为故障短路导致6 kV电源电压下降，从而引起380 V电压降低所致，不可避免。而直流电压越下限的原因经试验证明为:机组220 V蓄电池组#89节蓄电池内阻严重偏大，电压高，造成电池容量降低，在大电流下，端电压下降。在事故情况下启动直流油泵，造成直流母线电压低于UPS电源装置的输入电源下限，由此UPS彻底失去工作电源而停止运行。

1.2 柴油发电机未启动原因分析

机组跳机且6 kV备用电源跳闸后，机组汽机、锅炉保安段失压，而保安变在检修，已满足柴油机发电机启动条件，但因柴油机发电机启动逻辑须由DCS实现，而DCS失电，未能发出启动信号，因而致使柴油机未启动。

2 机组厂用电结构分析

该厂2台机组保安电源配备一次接线如图1。锅炉、汽机保安段正常时由工作段供电，当工作段电源失去时，通过切换由保安变通过机组保安段供电，当保安变供电失去时最后自动启动柴油发电机提供保安段电源，保证发电机能安全停机。工作段的备自投，从工作段到机组保安段的自投切换过程均由机组DCS里的备自投板完成，柴油机的启停逻辑由DCS组态完成。

图1 保安电源配备一次接线图

2.1 3号机组启动柴油机的条件

3号发电机保安段失电;机组保安段母联开关T1306在合闸位置;保安变低压侧开关T1301在分闸位置;3号发电机保安段 T1302，T1303，T1304，T1305开关，任意1台开关在合闸位置。

2.2 4号机组启动柴油机的条件

4号发电机保安段失电;机组保安段母联开关T1306在分闸位置;4号发电机保安段上T1402，T1403，T1404，T1405开关，任意1台开关在合闸位置。

2.3 相应的工作段开关跳开、备自投启动逻辑

1)工作段电源供电情况:锅炉、汽机工作段跳闸后，自动合母联开关由另一段母线提供电源。

2)3号机组保安段电源供电情况:相应的工作 段 电 源 开 关 QA1302(QB1310，LA1302，LB1309)跳开，保安段 T1302(T1303，T1304，T1305)自动合闸。

3)4号机组保安段电源供电情况:相应的工作 段 电 源 开 关 QA1402，QB1410，LA1402，LB1409跳开，保安段 T1402(T1403，T1404，T1405)自动合闸。

2.4 存在的主要问题

1)对DCS依赖性太大，一旦DCS失去，备用电源将不能自投，作为保证机组安全停机，保厂用电最后一道屏障的柴油发电机也将彻底失去作用。而DCS由机组UPS供电，大型故障时UPS供电电源的交流电容易超标，UPS供电全压在蓄电池提供的220 V直流电上。

2)3号，4号机组所有工作段电源开关都无低压联跳回路，DCS组态里也无保安段失电跳闸的逻辑，工作、保安段失电的情况下，相应段的开关不会跳开，由此备用开关不会合闸，柴油发电机也就无法自启动。

3 改造方案

1)全部更换机组蓄电池，在加强蓄电池、UPS装置维护的前提下，在大型改造前过渡阶段不考虑DCS失电。

①汽机 (锅炉)工作段、保安段在DCS里增加母线失压联跳工作电源开关逻辑，保安段比工作段增加一个时间级，以确保工作段母联开关先自投。

a.保安段工作侧电源开关:取该段母线失压继电器接点的开关量，电压变送器失压的模拟量相与后延时1 s跳开本开关。

b.工作段工作侧电源开关:取该段所接保安段母线失压继电器接点的开关量，该段电压变送器失压的模拟量相与后延时3 s跳开本开关。

②保安变低压侧T1301开关增加失压连跳功能，启动柴油机逻辑进行优化。

a.保安变低压侧T1301开关DCS里增加失压连跳逻辑:取机组保安段母线失压继电器接点的开关量，电压变送器失压的模拟量相与后延时5 s跳开本开关。

b.3号，4号机启柴油机逻辑均不再判机组保安段母联T1306开关状态，改为判保安变低压侧T1301开关状态。

2)考虑DCS失电的风险，从增加保安电源可靠性出发，机组大修时进行如下改造:

①在3号，4号机汽机 (锅炉)工作段现场共增加4套独立的备自投装置。失压情况下先发跳工作开关命令，当工作开关跳闸后连锁发出备用开关合闸命令。本备自投装置试验合格后停用DCS里相应的备自投功能。

②对柴油发电机控制屏进行全面改造，完善柴油发电机控制系统功能及配置，柴油发电机控制回路改造元件配置主要有:柴油机控制器、调速板、调压板、油压传感器、水温传感器、转速传感器、变送器、电流表、电压表、频率表、功率表继电器等。

a.市电断电3～6 s内可自动启动柴油发电机组，并在10 s内达到额定电压，首次加载量大于50%额定负载;

b.具有同期并网功能;

c.具有发电机超速、润滑油压低、水温过高、柴油发电机过载、电池高低电压保护、柴油发电机输出电压高低保护、机组频率高低保护、逆功率、失磁保护、短路、接地等告警和保护功能;

d.具有油压、油温、水温、转速、充电电压、三相电压、频率、三相电流、功率因素、有功功率、无功功率、合/分断路器指示显示功能。

3)柴油发电机增加一套PLC装置，以实现启动逻辑。柴油发电机新设PLC柜内配置为电源切换装置、DC转换电源各1个，CPU板、模拟量板、输入板各2块，电压变送器10个，PLC装置开关量及模拟量点名见表1。

①PLC装置与DCS并存，判据相同，但增加3 s延时，保证DCS先动作，PLC装置仅作为DCS后备。

②将检测保安段失压后，发跳相应工作段开关，合机组保安段开关逻辑做入PLC装置。保证DCS失电状态下保安电源供电。

③PLC装置采取全套双冗余配置，装置工作电源采用3号，4号机组110 V直流电源 (控制电源，未接直流电机)，通过切换装置给PLC装置供电，放置于机组保安段，并在室内配置空调。

表1 PLC装置开关量及模拟量点名表

另外，为了确保PLC装置的可靠供电，必须保障机组蓄电池的健康运行。该电厂每台机组各配置了2组110 V直流蓄电池，用于电气控制回路供电;1组220 V直流蓄电池，用于直流动力电源供电 (如直流油泵)。该改造方案将PLC装置供电电源取自2组110 V直流蓄电池，就是考虑110 V直流蓄电池稳定性好，以规避事故情况下220 V直流动力电源因负荷突增而端电压下降的风险。

其次，必须保障柴油发电机蓄电池的健康运行。柴油发电机的控制电源、动力电源 (如柴油发电机转速刹车装置电源)均取自专用的48 V蓄电池组，启动时负荷较重，而柴油发电机组平时并不启动，如进行蓄电池组勤维护，保证蓄电池组的健康运行，将会发生事故状态下启动时动力不够的问题。因考虑蓄电池放置在柴油发电机室，环境差，使用时间长，更换了原蓄电池组，并移至配有空调的机组保安段控制室。

4 改造效果

1)彻底地解决了柴油发电机对DCS过分依赖的问题。因DCS装置比PLC装置可靠性更高，此次改造将PLC控制作为DCS逻辑控制的后备，一旦事故情况下DCS失去控制，PLC装置将接管控制，保证厂用保安段备用电源自投和柴油发电机的可靠启动。

2)较好地解决了380 V厂用电可靠自投的问题。以前，某段6 kV厂用电母线因永久故障而失压，其所属的一系列380 V厂用电无法自投。380 V失压保护最佳方案是开关配置失压脱扣单元，但考虑性价比，该电厂失压改造采用了在DCS里用逻辑组态来实现的方案。但是，经调研及现场试验证明，用DCS逻辑组态构成的备自投板，延时无法精确控制，不如专用的备自投装置可靠性高。最终的改造方案选择在每段380 V厂用电上配置单独的备自投装置。备自投装置具有检测母线失压状态下先跳工作段开关、后合备用段开关的功能，较好地解决了母线失压自投的问题。

5 结束语

经过长达2年的逐步改造，该厂已完全解决了6 kV，380 V厂用电在失压情况下不能自投备用开关的重大安全隐患，也消除了柴油机发电机自启回路对DCS的依赖，柴油发电机组真正可以起到厂用电最后一道屏障的作用，从根本上保障了发电机组的安全稳定运行。

〔1〕陶然，熊为群.继电保护与自动装置及二次回路〔M〕.北京:水利电力出版社，2000.

〔2〕王维俭，候炳蕴.大型机组继电保护理论基础 (第2版)〔M〕.北京:中国电力出版社，1996.

〔3〕李建明，朱康.高压电气设备试验方法〔M〕.北京:中国电力出版社，2001.

〔4〕上海新华控制技术有限公司.XDPS操作员手册〔S〕.2002.

〔5〕香港凯迅公司.GU660A柴油发电机组控制器说明书〔R〕.

〔6〕西门子中国有限公司.PLC装置说明书〔R〕.