DCS中保安電源系統控制方案

摘要：

保安電源是為保證機組在出現全廠停電時能夠順利停機設置的，其主要為汽輪機、給水泵、磨煤機、風機潤滑系統以及控制系統、不間斷電源(UPS)、動力和控制直流系統等提供電源。目前，單元制大容量機組廠用電系統設置的事故保安電源多采用柴油發(fā)電機作為備用電源，柴油發(fā)電機的控制和保安電源切換一般采用繼電器硬接線控制或 PLC控制。鑒于DCS的可靠性，華能巢湖電廠一期2×600MW機組保安電源系統由PLC控制改為DCS控制。

一、保安電源系統

圖1為華能巢湖電廠1臺機組的保安電源系統。每臺機組設置了MCC A段和MCC B段保安電源，正常運行時分別由汽輪機PCA段和汽輪機 PCB段供電。當保安MCC A段或保安MCC B段電源失電時，先將保安MCC A段或保安MCC B段切至鍋爐PCA段或鍋爐PCB段供電，如果鍋爐PCA段或鍋爐PCB段電源也失電或切換失敗，則自動起動柴油發(fā)電機，使保安MCC A段或保安MCC B段由柴油發(fā)電機供電。

　　
二、缺陷與不足

(1)保安電源系統控制方式采用PLC控制，接線復雜，同時將保安電源系統的控制信號、反饋信號、故障信號以及保安MCC段母線低電壓信號等送入DCS和就地PLC控制系統，使二次回路復雜，可靠性降低;為防止非同期合閘，須將保安段進線開關由DCS發(fā)出的合閘信號送到就地PLC控制系統進行控制，同樣使二次回路較復雜。

(2)恢復正常供電切換方式為不間斷供電并列切換方式，即先閉合QF12(或QF22)開關恢復保安段供電，再斷開保安PC段QF1(或QF2)饋線開關，使同期檢查回路及控制邏輯較復雜，通常采用瞬間停電的方法進行切換。

(3)保安段失電僅采用保安段母線低電壓作為控制判據，易誤觸發(fā)柴油發(fā)電機自動控制程序;將保安段工作電源進線開關切除，增加了保安段失電的風險。

三、保安電源系統控制改進

3.1 自動起動控制邏輯

系統的運行由運行方式開關選定，在DCS上分別設有保安MCC A段和保安MCC B段2個運行方式開關，運行方式有自動方式和手動方式。為防止誤操作導致的非同期并列，以保安MCC A段為例，在保安MCC A段自動控制方式投入后，控制邏輯將禁止手動操作，即在DCS上不能手動操作QF11、QF12、QF13、QF14、QF1開關。保安MCCA段自動控制方式投入許可條件為：柴油發(fā)電機為自動控制方式;QF1、QF14開關在備用狀態(tài);QF11、QF12、QF13開關在合閘位置;保安MCCA段帶電;汽輪機PCA段帶電;鍋爐PCA段帶電。

保安MCC A段運行方式開關處在自動控制位置時，當保安MCC A段的正常供電電源消失后，其自動控制程序運行。保安MCCA段自動控制程序見圖2。

(1)判斷保安MCC A段失電 為防止誤判斷導致誤切換至保安段，采用復合條件判斷，即保安MCC A段母線和汽輪機PCA段母線低電壓且QF11、QF12開關在合閘位置，或者保安MCC A段母線低電壓且QF11或QF12在跳閘位置時，則判斷為保安MCC A段失電。

(2)保安MCC A段切換至鍋爐PCA段備用電源供電發(fā)出QF12開關跳閘指令且QF12開關已跳閘，確認鍋爐PCA段帶電且QF13開關在合閘位置，否則發(fā)出起動柴油發(fā)電機組指令;發(fā)出QF14開關合閘指令且QF14開關已合閘，否則發(fā)出起動柴油發(fā)電機組指令。

(3)判斷保安MCC A段再次失電 保安MCC A段母線和鍋爐PCA段母線低電壓且QF13、QF14開關在合閘位置，保安MCC A段母線低電壓，或者QF13或QF14開關在跳閘位置且QF13、QF14開關保護未動作(如QF13或QF14開關保護動作，則退出柴油發(fā)電機自動控制程序)，則判斷為保安MCC A段再次失電。

(4)起動柴油發(fā)電機組發(fā)出QF14開關跳閘指令后QF14開關已跳閘;發(fā)出起動柴油發(fā)電機組指令且柴油發(fā)電機組起動后，QF01開關立即自動閉合，保安PC段帶電。

(5)保安MCC A段切換至保安PC段供電確認QF12和QF14開關在跳閘位置、QFO1在合閘位置，發(fā)出QF1開關合閘指令，保安MCC A段帶電。

3.2 自動停機控制邏輯

(l)判斷系統是否帶電 接收到汽輪機PCA段帶電信號后，即可判斷系統帶電，但是為防止誤判斷，延時120s確認汽輪機PCA段帶電。

(2)將保安MCC A段切換至正常方式供電 QF11開關在閉合位置，DCS發(fā)出QF1開關跳閘指令，并確認收到QF1開關已跳閘反饋信號;DCS發(fā)出QF12開關合閘指令，并確認收到QF12開關已閉合反饋信號且保安MCC A段帶電。

(3)停止柴油發(fā)電機組 保安MCC A段、保安MCC B段帶電且 QF1、QF2開關在跳閘位置，延時3min停運柴油發(fā)電機組。

3.3 手動控制邏輯

在DCS上將保安MCC A段運行方式開關切換至手動控制方式。在手動控制運行方式下，可手動對柴油發(fā)電機進行同期并網試驗，或手動將保安MCCA段切換至鍋爐PCA段備用電源供電，或手動將保安 MCC A段切換至柴油發(fā)電機組供電等。

為防止誤操作導致非同期并列，需在DCS上設置開關之間的閉鎖邏輯。保安MCC A段在手動控制方式下且QF1開關在跳閘位置，則閉鎖QF11、QF12、QF13、QF14開關的手動合閘功能;保安MCC A段在手動控制方式下且QF01、QF2開關在跳閘位置及QF12開關在閉合位置，或者QF1在閉合位置及QF12、QF14開關在跳閘位置，則閉鎖 QF1開關的手動合閘功能。

四、調試過程中出現問題的處理

4.1 DCS與柴油發(fā)電機接口

(1)自動起動在柴油發(fā)電機組控制回路中，柴油發(fā)電機組的自動起動指令應為持續(xù)高電平信號，一旦高電平信號消失，則柴油發(fā)電機組停機。對此，在系統中增加1個24VDC自保持起動繼電器，在DCS發(fā)出起動柴油發(fā)電機組脈沖信號消失后，由自保持起動繼電器將指令信號保持為持續(xù)高電平信號，以維持柴油發(fā)電機運行。

(2)自動停機DCS發(fā)出的自動停機脈沖信號主要是停運和跳閘柴油發(fā)電機出口開關，為擴展輸出接點數，在系統中增加1個24VDC 停機繼電器，由DCS發(fā)出自動停機脈沖信號觸發(fā)該繼電器動作，動作繼電器的1對常閉接點用于解除自保持起動繼電器從而停運柴油發(fā)電機組，1對常開接點接至柴油發(fā)電機出口開關跳閘回路，另1對常閉接點接到柴油發(fā)電機出口開關合閘回路，以防止該開關反復跳合閘。另外，需要注意DCS自動停機脈沖信號的寬度應大于柴油發(fā)電機停機所需的時間。

4.2 負荷投切

保安MCC A段、保安MCC B段同時失電時，為防止兩段負荷同時投入運行導致保護起動的柴油發(fā)電機停止運行，或者負荷在投切過程中由于柴油發(fā)電機出口電壓降低而導致負荷電流過大引起跳閘，在QF1、QF2開關自動投入控制邏輯中設置只要QF1、QF2開關任何一個已閉合，另一個開關則延時10s合閘，即相當于將保安負荷分2次投入運行。

4.3 保安段失電判據

通常，采用保安段母線低電壓作為保安段失電保護動作判據，當保安段母線電壓正常，柴油發(fā)電機組處于自動控制方式時，如果保安段母線PT因故退出或人為誤碰、誤拉，將會誤起動柴油發(fā)電機自動控制程序，將保安段工作電源進線開關切除，從而增加保安段失電的風險。對此，采用復合條件作為保安段失電動作判據：保安段母線和汽輪機PC段母線低電壓且QF11、QF12開關在閉合位置，或者保安段母線低電壓且QF11或QF12開關在跳閘位置以及QF11、QF12開關保護未動作，則保安段失電動作。

4.4 保護閉鎖

對于保安段母線低電壓且QF11或QF12開關在跳閘位置以及 QF11、QF12開關保護未動作的情況，保安段失電是由開關誤跳閘引起的。為防止失電的保安MCC A段或保安MCC B段母線再次受到沖擊，保護動作信號將使柴油發(fā)電機自動控制程序退出運行。機組投產后曾發(fā)生保安MCC A段工作電源進線開關QF12跳閘，保安備用電源進線開關QF14未自動合閘，使保安MCC A段失電，IC、ID磨煤機等跳閘，機組負荷由389MW降至300MW。就地檢查發(fā)現，保安MCC A段的MT12N1型工作電源進線開關QF12顯示AP LED報警(QF12開關控制單元的自動保護跳閘信號(超溫或控制單元損壞等)燈亮，為斷路器主觸頭運行中發(fā)熱造成超溫引起斷路器自動保護動作。對此，對柴油發(fā)電機自動控制邏輯進行了修改，取消對保安MCC A、保安 MCC B段工作電源回路保護動作信號的閉鎖，即當保安MCC段失電時，無論電源進線開關是否保護動作，均自動閉合備用電源進線開關;若備用電源進線開關保護動作，則柴油發(fā)電機退出自動控制方式。

4.5 低電壓繼電器選型

通常選用DY-32或DY-33型電壓繼電器作為電源母線低電壓保護繼電器，由于這2種繼電器均屬于電磁型過電壓繼電器，不允許在超過動作值后長時間處于閉合狀態(tài)，否則將導致電磁機構長期處于振動狀態(tài)而引起繼電器觸點抖動、拉弧、粘連，影響柴油發(fā)電機組的自動起動。對此，改用DY-37電磁型低電壓繼電器或JY-156集成電路型低電壓繼電器。

五、結論

(1) DCS的硬件功能完整，響應速度快，其輸入/輸出模塊可以方便地與柴油發(fā)電機控制連接，不會出現二次安全防護問題。

(2) DCS控制保安電源系統編程簡單、使用方便，且具有離線模擬程序運行功能，便于檢測控制程序的正確性;可在線組態(tài)控制邏輯，運行維護方便。

(3)采用DCS控制保安電源可共享DCS的保安電源系統實時數據，無需增設電纜和增加控制設備;因DCS設計中輸入/輸出模塊的余量較大，可利用現有資源。

(4)簡化了二次控制回路，提高了可靠性、安全性。

(5)實現了保安電源切換的自動控制，使得保安電源系統開關的動作和柴油發(fā)電機組的自起動更加迅速和可靠。