厂用事故保安电源和不停电交流电源一．保安电源概述〔一〕保安电源的作用保安电源是专为大型汽轮发电机组配置的电源系统.在发电厂的锅炉、汽机和电气设备中,都有部分设备不但在机组运行中不能停电,而且在机组停机后的相当一段时间内也不能中断供电；还有一些设备需在机组事故停机时立即从备用状态投入运行；另有部分设备例如蓄电池组的充电设备则不论机组运行与否都不能较长时间失电.也就是说,它们对保证设备安全具有非常重要的意义.因此,供电给这些设备的电源系统应比一般的厂用电系统更可靠,这就是设置保安电源系统的原因.我们一般所说的保安电源实际上是指的交流事故保安电源系统,它包括正常运行的部分和事故备用的部分,共同组成完整的交流保安电源系统.保安电源系统是按全厂停电〔包括由系统引入的起动备用电电源也停电〕时能保证需要继续运转的设备有可靠的电源供电从而保证安全停机的原则来设计的.正常机组运行时或机组虽不运行但电厂的厂用电是由系统引入的起动备用电源供电时,接在保安电源上的设备也由电厂厂用电供电运行.如果由于某种原因发生厂用电失电而造成全厂停电,保安事故备用电源应投入供电,保证接在保安段的设备继续运行.交流保安电源供电的负荷一般是允许短时间停电的即允许短时间间断供电的,这是保安电源与不停电电源的区别.在发电厂还有一部分不允许间断供电的负荷即实际上是指电源间断时间极短不允许超过5毫秒例如计算机等负荷,短时中断供电的交流电源还不能满足这类负荷的需要,这类负荷在设计规程中简称为"0I"类负荷,应由不停电电源供电.容量为200MW以上的火力发电机组设置有交流保安电源.〔二〕交流事故保安电源的特点保安电源系统虽然在接线上看起来与一般低压厂用电没有区别,实质上由于其供电负荷的性质决定了保安电源系统具有以下特点：1.交流事故保安段的接线应与低压厂用电一致.交流事故保安段〔一般每台300MW机组分两段〕正常情况下必须由单元机组的低压厂用电供电,它是保安段的工作电源,所以,保安段的中性点接地方式应与低压厂用电系统一致.2.交流事故保安电源必须是独立可靠的电源.交流事故保安电源是保安段的备用电源,当由低压厂用电来的工作电源失电时由该备用电源投入供电,所以,这个电源的运行应不受本地区电力系统运行情况的影响.它不能取自本厂内的发电机组,也不能取自与厂内机组的高压起动备用电源联系密切的电网,应具有明显的独立性,这样才能保证在全厂停电时给保安段可靠供电.3.交流事故保安电源应具有快速投入的性能.为了保证故障情况下的机组安全和其它设备与人身安全,停电时间越短越好.为此,在保安段的工作电源失电时,事故备用电源应快速投入,一般不应超过10秒,这是对事故保安电源的基本要求.4.保安电源系统的接线应十分可靠.按照规程规定,保安段除工作电源和事故备用电源外,不再设置其它备用电源.这就要求保安电源系统应具有高度的可靠性.不但一次系统接线配置要合理完善,而且其控制、连动回路也必须可靠,任何情况下不得发生拒动现象.为此在保证实现必要的功能的前提下应尽量简化电气二次接线.〔三〕交流事故保安电源的负荷保安电源系统供电的负荷为交流事故保证负荷,简称为"0Ⅲ"类负荷,〔直流事故保安负荷简称为"0Ⅱ"类负荷〕在设计规程中这类负荷是指在发生全厂停电时保证机炉安全停运,过后能很快起动,或为防止危与人身安全需在全厂停电时继续供电的负荷.这些负荷大都是允许短时间中断供电的低压厂用负荷,它包括旋转电机负荷和静止负荷,主要有以下设备：1.汽轮发电机组的盘车电机和顶轴油泵,停机后仍需继续运转.2.机组的润滑油泵和密封油泵,停机后需继续运转.3.锅炉给水泵的润滑油泵.4.回转式空气预热器,它在锅炉停运后的一段时间内仍需继续转动以防止设备损坏.5.其它各种辅机的润滑油泵,例如风机、磨煤机的润滑油泵等；6.蓄电池组的充电装置.目前普遍都采用了硅整流充电装置,它在任何情况下不应长时间失电；当发生全厂停电事故的情况下,它应能承担装置额定容量30～50%的负荷,所以需由保安段供电.7.事故照明设备.过去中小容量电厂事故照明大部分都采用直流蓄电池供电,在大型电厂中,由于事故照明需供电的范围大,电源容量要求大,仅靠直流蓄电池已无法承担.所以,除一部分特别重要的事故照明仍由直流供电外,大部分机炉内与其它事故照明由保安电源供电,这样既减轻了蓄电池负担,又能保证在全厂停电时不中断照明.8.其它与机组运行安全关系密切的设备.例如,重要设备的通风、冷却电源,电梯电源,部分热工控制保护电源,部分电气控制电源等.这些设备有的是由双路电源供电的,其中一路电源要由保安段供电,从而提高了供电的可靠性.〔四〕两种交流事故保安电源的比较保安电源系统的主要设备之一是交流事故保安电源即保安段的备用电源,对它的要求是应具有较高的可靠性和相对的独立性.为实现此目的,目前在电厂中采用较多的是以下两种方案.一种是采用快速起动的柴油发电机组作交流事故保安电源,另一种是采用外电网电源作交流事故保安电源,它们各有不同的特点.1.采用柴油发电机组作交流事故电源的特点〔1〕.独立性强,不受电力系统运行状况的影响；〔2〕.投入快,从起动到合闸供电时间一般仅10～20秒,能满足负荷失电时间短的要求；〔3〕.可靠性高,可以满足长时间事故停电的供电要求.由于柴油发电机组具有上述特点,所以是最理想的事故保安电源.因此,在火力发电厂厂用电设计规程中规定,容量在200MW以上的发电机组,宜采用快速起动的柴油发电机组作交流事故保安电源.但柴油发电机组设备较复杂,检修维护工作量大.运行中必须加强对柴油机与其附属辅助设备压缩空气系统、冷却水系统、燃油系统、润滑油系统以与电气起动控制系统等的维护检查,定期进行机组的起动试验.这是使用柴油发电机组时值得注意的一个特点.2.采用外电网供电的事故保安电源的特点〔1〕.全部采用电气设备组成和用电气回路来实现,没有热机设备,维护工作量小.〔2〕.电气一次、二次系统接线简单,连动回路可靠.由于采用电气连动,所以负荷中断供电的时间更短,一般在保安段失电后的3-5秒内即可合闸供电.〔3〕.造价较低.由于一般情况下供电线路距离不很长,相对造价比柴油发电机组低.〔4〕.在一定程度上还要受电网运行方式的影响,独立性不如柴油发电机组.由于大型发电机组把保安电源的独立性要求放在优先的地位,所以在设计规程中没有提与采用外电网电源作交流事故保安电源的方案.但由于它在一定程度上仍能起到事故保安电源的作用,所以在实践中还是有采用的.〔五〕电源系统电气设备选择1.柴油发电机组的选择<1>.根据交流事故保安电源应带负荷统计与国内现有的用于应急电源的柴油发电机组制造情况,大致推荐机组配套情况如下：200MW机组,一机配一套250KW或二机配一套500KW柴油发电机组；300MW机组,一机配一套500KW柴油发电机组；600 MW机组,一机配一套800~1200KW柴油发电机组.以上配套均满足相应机组交流事故保安电源容量的要求.<2>.柴油发电机组应是能快速起动的应急型机组.<3>.柴油发电机的容量要满足电动机自起动时母线最低电压不得低于额定电压的75%.柴油发电机组的长期允许容量应满足机组安全停机最低限度连续运行的需要,并应校核其短时过载能力〔150%额定容量,15秒钟〕和过载能力.<4>.柴油发电机组推荐采用废气滑轮增压型柴油机.它的加载能力为三批,分别为50%、30%、20%.由于发电厂中保安负荷的投入也是分批的,所以采用分批加载的完全可以满足要求,没有必要采用允许一次投入100%负荷的非增压型柴油机.在进行设备选择复核柴油机输出功率时,应进行首次加载能力校验,即效验第一批投入的有功负荷不应超过柴油机额定功率的50%.<5>.柴油发电机的起动方式宜采用电起动.冷却方式应采用闭式循环水冷却.<6>.柴油发电机的接线应采用星形连接,中性点应能引出.<7>.柴油发电机的励磁方式宜采用相复励,并应装有快速自动电压调整装置.2.保安变压器的选择<1>.容量选择原则与一般厂用变压器相同.300MW机组每台机选500~800KVA 即可满足需要.<2>.变压器采用Y/Y或△/Y接线.〔六〕保安电源系统的接线二．应急柴油发电机组<一〕柴油机基本知识1.基本原理柴油机是热机的一种,它的基本作用就是把燃烧发出的热能转化为可使用的机械能.按能量转变的形式柴油机应该属于内燃机的一种.其特点是让燃料在机器的气缸内燃烧,生成高温高压的燃气,利用这个燃气作为工作物质去推动活塞做功.即燃料燃烧形成工质的过程直接在工作室内进行.柴油机气缸中点燃燃料的方式是利用气体受压缩后温度升高的现象,在压缩冲程中强力压缩气缸中的新鲜空气,使其温度升高到超过柴油自燃的温度,然后喷入柴油自行发火燃烧作功,所以,柴油机又称压燃式内燃机.柴油机的效率为28~40%左右.2.主要技术名称的意义柴油机与使用维护有关的主要参数和名称有如下一些：1〕冲程冲程是指活塞由下死点移动到上死点或由上死点移动到下死点的距离.2〕上〔下〕死点是指活塞在气缸中运动的最上或最下端位置,也就是活塞离曲轴中心线最远或最近的位置.3〕压缩容积当活塞位于上死点时,在活塞顶上部与气缸盖底部之间剩下的全部空间,也称燃烧室容积.4〕工作容积活塞在气缸中由上死点移动到下死点过程中所让出来的空间.5〕气缸总容积是指活塞在下死点时,活塞顶上部的全部容积,即是压缩容积与工作容积之和.6〕压缩比在压缩冲程中,活塞由上死点向上移动,在排气阀与进气阀全部关闭起,活塞就开始对气缸内新鲜空气进行压缩,一直压缩到死点为止.压缩比就是开始压缩时气缸内总容积与压缩终了时之压缩容积的比值,表示气缸中空气被压缩容积的比值,表示气缸中空气被压缩后缩小体积的倍数.7〕工作循环工作循环由进气、压缩、膨胀和排气四个步骤组成,这四个阶段循环反复就形成柴油机的连续运转,每完成这四个步骤一次就是完成了一个工作循环.8〕自燃温度柴油机的自燃温度随环境空气压力而变,在一个大气压时约为350℃,当压力为3Mpa时为200℃左右.自燃温度就是可燃物质周围温度升高到一定数值时,不需点火即会自行发火燃烧时的温度.9〕增压柴油机在吸气冲程中,活塞下移,气缸中应容积扩大产生真空度,新鲜空气被吸入气缸,这种柴油机叫做非增压性柴油机.而增压性柴油机是利用增压器,使新鲜空气在进入气缸前有一定的压力〔一般在0.14~0.25Mpa〕,而后再充入气缸.柴油机经增压后,可以增加功率,改善气缸内换气过程,提高热效率.10〕效率柴油机将柴油的热能转化为机械能过程中,由于冷却、散热、机械摩擦等原因损失一部分能量,损失越小,效率越高.11〕表压力当容器中没有产生压力时〔即容器中压力与外界大气压相等时〕,压力表指示为零.表压力=绝对压力-大气压力12〕真空度当一个容器的压力低于大气压时,即称为"产生了真空".在绝对真空时,压力为零.在表示压力时,从绝对真空作始点的表示数值,称为"绝对压力".13〕最大爆炸压力柴油喷入气缸燃烧后,气缸内压力急剧增高,这时气缸中燃烧气体压力的最大数值就是最大爆炸压力,也称最大燃烧压力.14〕压缩终点压力在压缩过程中,充入气缸的新鲜空气被压缩后,压力与温度都升高,在压缩过程结束时气缸内空气的压力〔温度〕就叫压缩终点压力〔也称压缩终点温度〕.15〕增压压力增压型柴油机从增压器出口的空气压力为增压压力.16〕临界转速每台机械或物体都有自己固有的振动频率一致时,会产生剧烈振动称为共振.柴油机在某个转速范围内运转也会引起共振,这个转速范围就是临界转速,在实际中不允许柴油机在临界转速范围下运转.3.柴油机的简单工作过程柴油机每个工作循环都是由进气、压缩、膨胀作功与排气四个过程组成的.即：→进气→压缩→膨胀作功→排气—↑↑在膨胀作功阶段对外作功,其他三个阶段则需消耗一部分机械能.下面以电厂实际使用的四冲程柴油机为例简述其工作过程,如图7—3所示.图:6-3四冲程柴油发电机工作过程示意图1〕进气冲程柴油机在每一工作循环后,气缸中必须换充新鲜空气,完成这个任务的活塞冲程就是进气冲程.进气开始时,活塞由上死点向下移动,这时进气阀打开,气缸中由于容积扩大,产生真空度,把外界新鲜空气经进气阀吸入气缸,一直到活塞到达下死点,进气阀关闭,进气冲程结束.2〕压缩冲程进气阀关闭后,活塞继续上行.由于这时气缸内已形成一密闭空间,进入气缸的空气无路可走,所以活塞向上移动的同时,对气缸内的空气进行压缩,使它压力与温度升高,一直到上死点为止,这就是.压缩冲程.低速柴油机的压缩比为12~14,中速柴油机的压缩比为14～15,高速柴油机的压缩比为15~19.3〕膨胀作功冲程在此冲程开始阶段,柴油喷入气缸并燃烧,使气缸内温度急剧升高至1600~1900℃.气体温度升高后体积膨胀,可是由于气缸中在这短暂瞬间,活塞位移很小,容积变化也很小,这种情况下,柴油燃烧的后果就表现在气体压力的急剧升高.气缸中最大爆炸压力可达5～8Mpa,这样高的压力作用在活塞获得一个很大的推力.活塞在气体压力推动下向下移动.并通过曲柄机构带动曲轴旋转,对外作功.4〕排气冲程膨胀作功冲程结束后,必须立即把气缸中的废气排出,在排气过程中,活塞由下死点向上移动,把气缸中的废气排出气缸.四冲程柴油机就是经过上述四个冲程〔即曲轴回转两转〕完成一个工作循环的柴油机.〔二〕柴油机组的电气系统电气部分由发电机、励磁机、励磁调节装置、低压配电设备和电气二次系统<控制、保护、测量表计>组成.1.发电机和励磁机发电机选用高速、废气涡轮增压型柴油发电机.在构造上与一般小型三相交流发电机没有大的区别.2.励磁系统柴油发电机的励磁方式采用无刷励磁系统〔包括自动电压调整器、手动励磁调节装置等〕,对于自动励磁调整装置,满足以下条件：静态电压调整率：≤±0.5％暂态电压调整率：≤±2％稳定时间：小于1.0秒电压波动率：≤±0.25％顶值电压系数：>1.5励磁调节装置有自动和手动两种调节方式.3.电气起动和控制保证柴油发电机自起动快速性和成功率, 保证柴油发电机正常处于热态, 采取对柴油发电机冷却水, 润滑油的预热和预供手段.柴油发电机的起动方式为电起动.电起动方式的电源, 采用全密封免维护阀控铅酸蓄电池, 蓄电池的浮充装置具备小电源浮充和快速充电的双速自动充电功能.蓄电池的容量满足连续起动15次的用电量要求.除自动控制的要求外,柴油发电机还有就地控制屏控制和主机组单元控制室DCS远方强制启动/停机控制方式.就地控制与DCS控制应能通过设在就地控制屏上的切换开关选择.电源的正常切换是利用柴油发电机的出线断路器和交流事故保安段上的正常工作电源进线断路器相互联锁实现.任一保安段母线电压失压时,经3－5秒延时〔躲开继电保护和备用电源自动投入时间〕,通过任一保安段母线电压监视继电器与辅助继电器联动柴油发电机自动启动,同时联锁保安段上工作电源进线断路器跳闸和柴油发电机出线断路器合闸,柴油发电机开始向保安段母线供电.当保安段工作电源恢复时,保安段应无扰切换至工作电源,停机工作由值长按程序自动停机或手动停机.停机时,依次跳开柴油发电机断路器,合保安段工作电源进线断路器闭锁控制屏上手动和自动启动功能,可安全进行设备维护和检修.4.电气接线的基本要求1〕一次接线电气一次接线中需要说明的是,发电机的中性线引出至端子罩中,中性点在端子罩中直接接地.2〕二次接线柴油发电机的控制起动、保护、测量、信号系统采用直流电压, 断路器控制, 操作与其信号采用机组自身提供的直流24伏电压.在厂用电源恢复正常后,采用手动切换的方式恢复厂用电源的供电,手动将柴油发电机组停下.一般不采用厂用电恢复后自动停柴油机的方式,以确保安全供电.机组的辅助油泵、水泵等辅机电动机,应具有满足工艺要求的自动控制接线. 机组的冷却水温度高、润滑油压低、润滑油温度高等均应能发出信号,装于就地盘上.在单元控制室内设置有柴油发电机与其分支断路器的位置信号和事故音响信号.这样在全厂停电时,单元控制室内运行人员可与时了解柴油发电机自起动后带负荷情况.图6-4是柴油发电机组自起动逻辑方框图.对应的一次接线为图6-1.动作过程如下：在正常运行中,将机组的运行方式开关置于"自动"位置.当保安1段工作电源母线失电后,经过延时确认<躲开备用电源自投时间,为3～5秒.对于备用电源手动投入的接线只需躲开馈线开关的切断故障时间1～2秒>后,起动柴油机组.当机组的转速、电压达到额定值时,合发电机出口开关.此时,如果保安1段母线工作电源仍未恢复正常,则待发电机出口断路器合闸后,跳保安1段母线工作电源开关,合保安1段备用电源开关.5〕电气控制回路接线虽然柴油发电机组有多种型式,但其电气二次接线都是按前述各项基本要求来配置并实现相应功能的.图7—5就是一台能自起动两次的机组电气二次控制回路接线简图.机组的起动停止操作过程如下：ZK是机组的运行方式切换开关,当ZK置于"自动"或"试验"位置时,接下YQA 总投入按钮,中间继电器YZJ起动并自保持,使整个回路接通电源进入工作状态.图中 DYJ1一DYJ4分别为交流事故保安l、2段的母线电压监视继电器,当任一事故保安段电压消失时,电压继电器接点将失电闭合,由于柴油机未起动,转速为零,其测速接点nJl闭合,所以时间继电器sJ1起动,经一定延时<时限按躲过380V厂用工作段母线低电压联动备用电源投入来整定>后起动中间继电器sJ3,SJ3的接点接通柴油机起动气阀QDF<电磁阀>的电源,起动气阀打开,将空气瓶中的压缩空气送人柴油机,推动活塞运动,柴油机即迅速起动.当柴油机达到一定转速<例如为50％额定转速>时,测速接点nJ2闭合,起动中间继电器YJ3,YJ3动作后给发电机起励<图中未画出励磁回路>.当发电机电压达额定值时,电压监视继电器HYJ动作,其接点闭合起动时间继电器SJ5,经一定延时后起动合闸继电器HJ,合上柴油发电机出口开关送电至保安段,完成全部起动过程.<保安段工作电源开关与备用电源开关之间的连动不在此范围内.> 如果机组一次起动不成功,则自动实现二次起动.动作过程如下：在第一次起动过程中,时间继电器sJ3即动作,其接点闭合起动sJ4,经数秒延时<为保证可靠起动>后SJ4常闭接点打开,切断SJ3电源,Sj3返回后,柴油机起动气阀QDF失电关闭,完成了第一次起动.如果柴油机起动后正常,则转速升起,nJ1接点打开,起动回路电源被切断,则一切恢复正常运行.如果第一次起动未成功,则柴油机转速起不来,测速接点nJl继续闭合,此时由于第一次起动后SJ3失电,其常开接点经数秒延时后打开,使sJ4失电．SJ4常闭接点闭合后重新起动SJ3,再一次打开柴油机起动气阀<即QDF再次带电>,实现柴油机的二次起动.图:6-5柴油发电机控制回路柴油机如经过两次起动均不成功,则表示起动失败,不再进行自起动.实现过程如下sJ2为一长延时<延时18秒>继电器,在第一次起动时SJ2即动作,经18秒延时后接点闭合起动YJ2,YJ2动作后其常闭接点打开,切断YJ1线圈电源,从而使柴油机停止再次起动.SJ2的延时就是按能保证两次起动且不允许多次起动来整定的.柴油机组正常做起动运转试验时,采用就地起动的方式.此时将zK开关置于"手动"位置,按下起动按钮QA即可起动机组.柴油机组的停机可按下停止按钮TA,YJ8动作后接通停机油阀TDF的电源,停机油阀打开,使控制进油量的拉杆向停车方向移动,各气缸喷油泵停止喷油,柴油机即停止运转.〔三〕柴油机组的热机系统热机部分由柴油机与其配套设备包括配气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统、操纵与调速系统等组成.它们都是为产生能拖动发电机旋转的能量服务.1.柴油机柴油机由固定部件和运动部件组成.固定部件主要有机座、机体、气缸套、气缸盖和主轴承.运动部件主要包括活塞组件、连杆组件.2. 配气系统柴油机在运转中,对气缸的进气和排气时刻都有严格的要求,即进气阀和排气阀的开或关的时刻要合乎一定要求.对多缸柴油机来说,为了按规定的发火次序工作,各缸的进、排气阀的开和关还要按一定的顺序进行,以保证柴油机正常运转,配气系统就是完成上述任务的.3. 燃油系统为了使柴油喷到气缸内去很好地燃烧作功,必须做到供给适当的油量和准确的供给时间,喷入气缸的柴油应雾化良好,质量合格并具备其他必要条件.燃油系统就是为此目的设置的,主要由输油泵、喷油泵、喷油器等组成.4. 润滑系统它包括润滑油泵、过滤器、润滑油冷油器、压力调节阀与相应表计等.是为了解决柴油机在运转中带来的摩擦和高温问题.5. 冷却系统柴油机工作的时候,气缸盖、气缸、活塞等部件经常处于高温之下,如果不采。
