發(fā)電機(jī)組廠用保安電源供電自動切換的分析與改進(jìn)

畢宇輝

(寶山鋼鐵股份有限公司能環(huán)部,上海 200941)

1 故障簡介

2016年9月1日16∶02,寶鋼股份寶山基地能環(huán)部某臺350 MW燃煤發(fā)電機(jī)組控制室內(nèi)OPS上“3A 400 V P/C低電壓”、“2號柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行”報(bào)警,監(jiān)盤值班員同時發(fā)現(xiàn)鍋爐空預(yù)器電動馬達(dá)脫扣、氣動馬達(dá)自動起動、鍋爐直流冷卻風(fēng)機(jī)自起動,在OPS上對機(jī)組廠用電系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)時,發(fā)現(xiàn)3A、3B 400 V P/C母線電壓顯示為零,3-4保安C/C 常用開關(guān)、3-4保安C/C備用開關(guān)均在分閘狀態(tài),2號柴油發(fā)電機(jī)自起動,向3-4保安C/C供電。電氣值班員到高壓電氣開關(guān)室對電氣母線工作狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn),發(fā)現(xiàn)3A、3B 400 V P/C母線現(xiàn)場電壓表顯示為0,母線上各負(fù)載設(shè)備運(yùn)行電流正常,打開兩段母線PT倉門檢查,未發(fā)現(xiàn)明顯異常。根據(jù)當(dāng)時情況,判斷這兩段P/C母線的PT熔絲熔斷,拉出PT進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)三相一次熔絲均熔斷,二次熔絲均完好。更換好PT一次熔絲后推入PT,現(xiàn)場與OPS上母線電壓顯示恢復(fù)正常,電壓異常報(bào)警復(fù)歸。然后,運(yùn)行人員將由柴油發(fā)電機(jī)供電的3-4保安C/C切換回3A 400 V P/C常用電源供電,廠用電系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。圖1為 3-4保安C/C供電一次接線圖。

2 故障錄波參數(shù)分析

故障發(fā)生時,3號發(fā)電機(jī)組故障錄波儀因3A 400 V P/C零序電壓升高超過報(bào)警值而起動過,記錄了故障發(fā)生期間廠用電系統(tǒng)母線電壓變化及相關(guān)電源開關(guān)動作情況,如圖2所示。

通過對3A、3B母線電壓變化趨勢以及3-4保安C/C常用、備用受電開關(guān)動作次序的分析,結(jié)合OPS報(bào)警相關(guān)信息,再現(xiàn)故障發(fā)生時事件時序如表1。

表1 3-4保安C/C供電切換事件時序Table 1 Events of sequences of 3-4 emergency C/C power supply transfer

3 3A P/C和3B P/C零序電壓出現(xiàn)原因分析

當(dāng)天因3號鍋爐A側(cè)空預(yù)器間隙調(diào)節(jié)裝置A1變頻器故障,熱工人員對A1變頻器進(jìn)行更換,新?lián)Q的變頻器與原變頻器為同類型的備件。完成現(xiàn)場接線后,熱工人員在現(xiàn)場控制盤送上變頻器電源小開關(guān),開始調(diào)試時,機(jī)組發(fā)生異常。運(yùn)行當(dāng)班人員立即對講機(jī)聯(lián)系現(xiàn)場調(diào)試的熱工人員,拉開控制盤內(nèi)的變頻器電源小開關(guān),中止調(diào)試。

從故障錄波所顯示的電壓波形與幅值來看,在調(diào)試更換好的變頻器時,因現(xiàn)場接線問題,產(chǎn)生接地故障,同時引發(fā)電源側(cè)一次系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振,首先在3A 400V P/C上產(chǎn)生諧振過電壓,母線PT一次側(cè)飽和引起激磁電流劇增,導(dǎo)致一次側(cè)三相熔絲同時熔斷。D/G控制盤檢測到3A 400 V P/C低電壓(PT一次熔絲熔斷引起,實(shí)際母線電壓未失去),3-4 保安C/C自動切換到3B 400 V P/C備用供電,因?yàn)楣收先匀淮嬖?3B 400 V P/C上同樣產(chǎn)生諧振過電壓,母線PT一次側(cè)飽和引起激磁電流劇增,導(dǎo)致一次側(cè)三相熔絲同時熔斷。D/G控制盤檢測到3B 400 V P/C失電,2號柴油發(fā)電機(jī)自起動,向3-4 保安C/C供電。

4 3-4保安C/C電源自動切換邏輯

3號機(jī)組廠用3-4保安C/C正常運(yùn)行方式為:3A 400 V P/C(簡稱A路電源)向3-4保安C/C供電,3B 400 V P/C(簡稱B路電源)以及2號柴油發(fā)電機(jī)作為3-4 保安C/C的備用供電電源。3-4保安C/C正常供電方式見圖3,其中,開關(guān)紅色代表合閘狀態(tài),開關(guān)綠色代表分閘狀態(tài)。

3-4保安C/C電源自動切換由柴油發(fā)電機(jī)D/G控制盤控制；當(dāng)2號柴油發(fā)電機(jī)檢修或因故退出自動待機(jī)方式時,由機(jī)組ECS邏輯控制切換。3-4保安C/C電源切換邏輯設(shè)計(jì)為:3A P/C失電引起3-4保安C/C失電時,3-4保安C/C的B路電源自動投入,自動切換為瞬時(1.5 s內(nèi))斷電切換,如A路、B路電源都切換失敗,則柴油發(fā)電機(jī)自起動帶3-4保安C/C供電。

3-4保安C/C A路電源失電自動切換邏輯原理如圖4所示。

5 3-4保安C/C電源自動切換控制邏輯的改進(jìn)

5.1 3-4保安C/C母線低電壓自動切換邏輯改進(jìn)的必要性

在發(fā)電機(jī)組的廠用電系統(tǒng)中,為了提高供電可靠性,在一次系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式上,高壓、低壓廠用電系統(tǒng)普遍采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。當(dāng)廠用電系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)單相接地時,允許故障設(shè)備短時間運(yùn)行,在隔離出接地故障點(diǎn)后,廠用電系統(tǒng)保持正常運(yùn)行。另外,在廠用低壓母線電源切換邏輯中,也普遍采用低電壓自動斷電切換方式,以減少母線斷電時間,縮短對廠用輔機(jī)運(yùn)行的影響。

高壓廠用電系統(tǒng)中,一次電氣設(shè)備數(shù)量較少,出現(xiàn)單相接地故障的幾率也較低,并且高壓開關(guān)裝置一般都配置接地功率方向繼電器,單相接地故障發(fā)生時,判斷并隔離出故障點(diǎn)比較迅速。在低壓廠用電系統(tǒng)中,一次電氣設(shè)備數(shù)量多,運(yùn)行方式復(fù)雜,出現(xiàn)接地故障的幾率也較高。低壓廠用電系統(tǒng)中配置的接地檢測小電流選線還普遍存在接地判斷不準(zhǔn)確的現(xiàn)象,使得接地故障點(diǎn)判斷困難,隔離時間長。

單相接地時,在電氣系統(tǒng)參數(shù)配合不恰當(dāng)?shù)那闆r下,有時會發(fā)生鐵磁諧振,引起PT一次熔絲熔斷,導(dǎo)致母線電壓檢測異常,進(jìn)而引起母線低電壓自動切換。

保安C/C作為發(fā)電機(jī)組廠用電系統(tǒng)中重要的交流保安母線,所帶輔機(jī)一般是供電不能中斷的交流輔機(jī)或設(shè)備,包括氫密封油泵、UPS交流電源、空預(yù)器馬達(dá)、鍋爐冷卻風(fēng)機(jī)等重要輔機(jī)和UPS等重要設(shè)備。母線自動斷電切換時,主要危害有兩點(diǎn):①母線切換時發(fā)生瞬時斷電,對保安C/C所帶重要輔機(jī)和設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生威脅；②母線切換也有不成功的風(fēng)險(xiǎn),對保安C/C所帶重要輔機(jī)和設(shè)備的可靠運(yùn)行帶來危險(xiǎn)。

本次不是真正發(fā)生3A P/C母線低電壓,僅是PT熔絲熔斷使母線電壓信號消失,導(dǎo)致自動切換邏輯判斷失誤。這類由于邏輯誤判斷導(dǎo)致的保安C/C供電自動切換更是要避免。

5.2 3-4保安C/C母線低電壓自動切換邏輯改進(jìn)的方法

對3號機(jī)組廠用電系統(tǒng)P/C母線PT、3-4保安C/C母線PT的接線型式進(jìn)行確認(rèn),P/C母線PT為三繞組PT,一次繞組為星形接地方式,二次繞組一個是星形接線方式,另一個是開口三角形接線串接電阻接線方式,用來檢測單相接地故障發(fā)生時產(chǎn)生的零序電壓。C/C母線PT為雙繞組PT,一次、二次繞組均為星形接線方式。

廠用電低壓系統(tǒng)發(fā)生單相接地時,以及鐵磁諧振發(fā)生時,因?yàn)镻/C母線PT一次繞組星形接地,容易引起PT一次繞組的熔絲熔斷,C/C母線PT一次側(cè)熔絲在這種情況下,一般不容易熔斷。

因此,可以對3-4保安C/C 母線自動切換邏輯進(jìn)行改善,將3-4 保安C/C母線電壓信號引入切換邏輯,當(dāng)P/C母線與3-4保安C/C 母線同時低電壓時,再觸發(fā)3-4保安C/C母線供電電源的自動切換,這樣就可以避免P/C母線PT熔絲熔斷引起的3-4 保安C/C母線供電電源誤切換。

3-4保安C/C A路電源失電自動切換邏輯優(yōu)化后的原理圖如圖5所示。

6 結(jié)語

完善發(fā)電機(jī)組廠用保安電源低電壓切換邏輯,是降低保安電源誤切換的有效措施。此外,為了降低廠用電系統(tǒng)單相接地引發(fā)的鐵磁諧振時P/C母線PT一次熔絲熔斷的幾率,在對PT進(jìn)行空載電流測試時,應(yīng)該滿足DL/T 727—2013《互感器運(yùn)行檢修導(dǎo)則》中的要求,對于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng),在1.9倍額定相電壓下,PT一次側(cè)空載電流不大于最大允許電流,以增強(qiáng)PT抗鐵磁諧振的能力。