一种600MW级及以上机组保安段切换系统的设计与实现

西安热工研究院有限公司的研究人员张钢、周亚群、谈博、牛利涛、赵俊杰，在2021年第1期《电气技术》上撰文指出，600MW级及以上的机组，当装设发电机断路器或负荷开关时，可不设高压厂用备用变压器，从另一台机组的高压厂用母线引接本机组的高压停机电源，互为事故停机电源，而事故停机电源通常仅作为本机组停机检修电源，无法实现与工作电源之间的快速切换。

这种接线方式对保安段切换系统提出了更高的要求。通过在保安段配置四电源切换系统，由快切装置实现保安段电源之间切换，切换方式灵活，运行安全可靠，具有一定的借鉴参考意义。

600MW级及以上的机组，当装设发电机断路器或负荷开关时，可从另一台机组的高压厂用工作变压器低压侧厂用工作母线引接本机组的高压停机电源，机组之间的高压厂用母线设置联络，互为事故停机电源，此时可不设专用的高压厂用备用变压器。

采用该种接线方式时，若机组正常运行过程中发生故障，为了防止高压厂用电源切换导致另一台机组高压厂用工作变压器同时带载两台机组高、低压厂用电源，影响另一台机组正常运行，在高压厂用工作电源进线和事故停机电源之间通常不配置快切装置，事故停机电源仅作为停机检修电源，不作为事故情况下备用切换电源。

该种接线方式在机组发生故障情况下，高压厂用电源无法实现快速切换，此时为了能够保证机组安全停机，对保安段切换系统提出了更高的要求，因此，研究该种接线方式下保安段切换系统的设计与实现方式具有十分重要的意义。

1  主接线方式

以某厂2×660MW机组主接线为例，本期新建2台660MW机组通过1回500kV线路接入系统，本期工程不设高压厂用备用变压器，按一个半断路器接线形式，500kV配电装置设置2个完整串，其中#1主变进线和#1出线组成1个完整串，#2主变进线和#2出线组成1个完整串，为提高系统的可靠性，将同名元件接入不同侧母线。

发电机经主变接入500kV配电装置，发电机出口加装出口断路器，每台机组设置1台高压厂用工作有载调压分裂变压器和两段10kV工作母线段，两台机组的10kV互相联络，作为事故停机的电源。电厂高压厂用电源系统采用10kV级电压等级。主接线图如图1所示。

图1  主接线图

该种接线方式未配置高压厂用备用变压器，通过两台机组10kV互为联络，作为事故停机电源，满足《大中型火力发电厂设计规范》及《火力发电厂厂用电设计技术规程》要求。

2  保安段切换系统设计与实现

2.1  保安段切换系统的提出

常规机组设计时，通常在高压厂用母线配置快切装置，实现工作电源进线开关和备用电源进线开关之间的切换，当高压厂用母线工作电源失电时，由快切装置将高压厂用电源切换至备用电源，保证厂用系统安全稳定运行，切换方式灵活。

200MW级及以上的机组应设置交流保安电源[1]，保安段接有保证机组安全停机的重要负荷。保安段切换通常由备自投装置或ASICO开关实现，保安段切换逻辑单一。

常规发电机组的保安段电源系统配置三路电源，其中前两路为工作电源进线，第三路为柴油发电机组，两路工作电源进线能实现双向切换，当两路工作电源进线均失电时，起动柴油发电机组，为保安段提供电源。

该种方式后备电源单一，切换方式灵活性差，同时根据《火力发电厂厂用电设计技术规程》，柴油发电机组应采用快速自起动的应急性，失电后第一次自起动恢复供电的时间可取15～20s，柴油发电机组自起动过程中，保安段母线处于失电状态，失电时间长。

采用上述主接线方式时，由于无法实现高压厂用电源快速切换，为了防止保安电源失电，保证机组安全停机，对保安段切换系统提出了更高的要求。

2.2  保安段切换系统的构成

为了提高保安段切换系统的可靠性及灵活性，采用四电源切换系统，前两路电源为工作电源进线、第三路电源为厂外电源、第四路电源为柴油发电机，同时在保安段配置快切装置，由快切装置实现保安段四路电源之间切换，保安段前两路电源之间可实现双向切换，当前两路工作电源均失电时，快切装置优先选择切换至厂外电源，缩短了保安段失电时间，只有厂外电源无法为保安段提供电源时，才会起动柴油发电机，由柴油发电机为保安段提供电源。

同时为了缩短保安段失电延时，在主变、高厂变保护装置增加起动保安段快切出口，当主变或者高厂变发生故障时，快切装置第一时间起动保安段快切，进一步缩短了保安段切换时间。

保安段系统图如图2所示。

图2  保安段系统图

2.3  保安段切换系统的逻辑

汽机PC1A段（锅炉PC1A段）为保安段第一路电源，汽机PC1B段（锅炉PC1B段）为保安段第二路电源，厂外电源为保安段第三路电源，柴油发电机为保安段第四路电源。

本例保安段切换逻辑由保安段配置的快切装置实现，逻辑如下：

保安MCC正常情况下由汽机或锅炉PC供电，厂外线路保安电源段供电至7ZKK开关上侧。

正常情况下，开关ZKK、4ZKK、5ZKK、1ZKK（或2ZKK）均处于闭合状态，3ZKK、7ZKK、2ZKK（或1ZKK）处于断开状态。

1）电源一与电源二之间切换逻辑

若保安MCC A（或B）电源故障，由快切装置检测1ZKK（或2ZKK）状态及母线电压，如在合位且母线电压低则跳开MCC A（或B）电源进线开关1ZKK（或2ZKK），合上MCC B（或A）电源进线开关2ZKK（或1ZKK），保安MCC由B（或A）电源供电。

2）电源一、电源二均失电时切换逻辑

若保安MCC两段电源均失去，由快切装置检测1ZKK、2ZKK状态及母线电压，如在合位且母线电压低则跳开MCCA、MCCB电源进线开关1ZKK、2ZKK，如本机组保安PC厂外进线电源有电，则合本机组保安PC厂外电源进线断路器7ZKK及3ZKK，本保安MCC由厂外电源供电，如本机组保安PC厂外进线电源无电，则发起动本机组柴油发电机指令并合3ZKK，柴油发电机组起动后由柴油发电机控制系统自动合6ZKK，本保安MCC由本机组柴油发电机组供电。

3）保护起动快切逻辑

保护起动快切分为高厂变分支跳闸起动快切和高厂变跳闸起动快切，其中高厂变分支跳闸起动快切实现保安段电源一与电源二之间切换，高厂变跳闸起动快切实现将保安段电源切换至电源三或者电源四。

4）保安段电源恢复逻辑

当机组厂用电源恢复后，DCS发出远方手动切换命令，快切装置同期合1ZKK（或2ZKK），跳开3ZKK及7ZKK，DCS停柴油发电机组。

2.4  保安段切换系统的运行情况

保安段切换系统通过设计、施工、调试，验证了其切换逻辑的准确性及可靠性，从保安段首次送电至机组达标投产以来，保安段切换均能正确动作，满足设计要求，切换方式灵活，运行安全可靠。

3  结论

600MW级及以上的机组，当装设发电机断路器或负荷开关时，可不配置高压厂用备用变压器，通过两台机组高压厂用母线之间设置联络开关，互为事故停机电源。该种主接线方式，能够节约建设成本，但是由于高压厂用电源无法实现快速切换，对保安段切换系统就提出了更高的要求。

本例在保安段配置四路电源，通过快切装置实现保安段各电源之间切换，切换方式灵活，运行状况良好，可以给类似项目提供参考。