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三电源自动切换系统的设计

2019-10-20来源:梦想吧创客娱乐

本文以具体设计项目为例,介绍了三电源系统的应用场合,详细论述了三电源切换逻辑程序设计的基本思路及功能实现的必要的输入输出条件。

随着工业的发展,人们对供电可靠性要求越来越高,根据负载的性质,很多场合需要在两路或多路电源间进行可靠切换,以保证供电连续性。当一路电源异常(失压、过压、欠压、缺相等)时,需要按规定要求自动可靠的切换到备用电源,实现不间断供电。

随着DCS控制系统功能的日益强大、应用日益广泛,电气自动化的不断进步与完善,电气供电系统的控制进入DCS集中控制已经逐渐变成现实并在逐步推广。目前,双电源系统的自动切换应用较多,自动投入与复位程序也已趋于成熟。

但三电源系统与三电源系统的自动切换应用较少,尚处在起步阶段。笔者在某电厂脱硫项目的设计中,根据负载供电的要求,采用了三电源自动切换系统,进行了逻辑编程设计,保证了供电的可靠性。

三电源系统的应用

三电源系统在电气系统中应用的不是很多,一般情况的电气系统主要选用:单电源单母线系统、双电源单母线系统及单母线分段系统。但在有些场合,则需要采用三电源单母线系统。

笔者设计的“某发电厂5、6号机组脱硫改造工程”项目中,配置了独立的变电所,两台6/0.38kV变压器,分别为两套炉的脱硫系统用电设备供电,两套炉的用电设备相互独立。两台变压器直接供电的两个PC段,采用的单母线分段的形式。两个PC段分是PC A段与PC B段,并设置了母线联络开关,以保证一、二级负荷的供电要求。

但是,类似于烟气挡板门、增压风机润滑油站电源、冷却风机等重要设备是0III级负荷,需要两路电源供电,确保供电的连续性。为此,另加一路电源,采用发电厂的保安电源系统或柴油发电机自发供电。最理想、简单的设计是采用两路独立的保安MCC段,为两套炉的用电设备供电,这样就需要两路外接的电厂保安系统电源。

可是电厂只能为脱硫项目提供一路保安电源,由于脱硫系统设备台数不多、电力负荷也不大,只好另辟蹊径,采用三电源单母线设计方案:即本变电所的保安MCC段电源由两个PC段提供,再由发电厂的保安系统提供一路电源为第三电源。

当用电设备负荷等级为0III级负荷或特别重要的一级负荷时,变电所提供的双电源不能满足供电可靠性要求时,另有外加保安系统电源或存在柴油发电机组自发供电的条件下,可采用三电源单母线系统供电来满足要求。

三电源系统的设计

三电源单母线供电系统的一次设计如图1所示。

1QA、2QA、3QA为保安MCC段的三个进线开关,PCA、PCB为PC A段与PC B段上的馈电开关,PCA、PCB开关分别为保安MCC段的1QA、2QA进线开关提供电源。

正常情况下,PCA、PCB开关为送电(常闭合)状态,1QA、2QA两个进线开关互为备用不分主次,3QA开关为发电厂主厂提供的第三电源开关,正常情况下断开,只有当两个PC段均无压、保安MCC母线无故障的情况下,投运3QA开关,并且3QA开关无需监测是否有压。认为3QA为可靠电源,即使3QA无电,它再次带电也比1QA、2QA再次带电时间在先。

三电源自动切换系统的设计

图1 三电源电母线供电系统一次系统图

三电源自动切换逻辑编程设计的必要性

要使三电源单母线供电系统安全运行,必须解决该系统的电气自动化控制。它的自动化控制技术上要在双电源切换技术基础上发展和创新。若完全使用双电源切换技术进行控制,需要将第一电源与第二电源进行一次的双电源切换,在切换后如仍然失电,需将第一套双电源切换后的出口与第三电源组合后进行第二次双电源切换。

这样的控制方式,使用定型的双电源切换装置,一次设备复杂;若使用DCS逻辑控制,程序控制繁琐、重复监测及重复语句多。在本变电所两个PC段均失电的情况下,需要进行一次无效切换后,才能切换到第三电源供电的状态下。这样设计的逻辑控制不单单是存在了电气系统中不希望看到的无效动作,还延长切换时间,增加了用电设备的停电时间。而且这样的设计只能进行自投的正向切换不能进行自复位的反向切换。

直接利用DCS进行三电源切换,可节约设备的投资,一次切换动作可完成各种情况下的电源切换操作,不但可以减少完成切换的动作时间,也可以在需要的情况下完成自投自复操作。所以在双电源切换技术的基础上,开发一套独立的三电源自动切换的逻辑程序是必要的。

三电源切换的逻辑编程的设计思路

三电源切换的逻辑编程无疑是设计的关键所在,笔者在双电源切换逻辑编程的基础上加以扩展,提出新的三电源切换逻辑框图作为编程基础,完成了设计。

双电源切换逻辑编程的设计思路可以用图2表示。

三电源自动切换系统的设计

图2双电源切换逻辑简图

图中,1#进线投运过程时,失压停电,DCS能监测:(1)本段母线是否无电流无电压;(2)自投开关是否放置在可以自投的位置上;(3)另一进线电源的上级母线段上是否有压有电;(4)没有任何闭锁的信号。闭锁信号包括进线开关保护动作了,说明母线短路故障;由于人为手动跳闸导致的停电;对应进线开关的分合位置错误等。(5)1#进线开关仍然为合闸位,证明故障前是1#进线开关在送电的状态。

在上述情况均满足的时候,DCS发出跳1#进线的命令,并等待1#进线确己跳开后,发出合2#进线的命令,将2#进线闭合。实现由另一个开关供电,完成一次双电源自投的过程。

在满足图1的一次系统设计的前提下,以双电源切换的主导思路为基础,进行了三电源切换系统的逻辑框图设计。主要设计思路如图3所示。

第一,先保证三电源切换程序应该在转换开关设置在自动投入状态时完成。手动状态下该程序不运行。一般情况下,只有母线段正常投运,并运行良好,才可以将转换开关设置到自动投入状态。但是,不允许正常运行时投运在主厂保安电源进线(3QA)处。

第二,切换程序启动的必要条件就是3PT检测无压,这也就意味着保安MCC段无流无压。

第三,在进行切换前要确定,保安MCC段母线无故障,进线开关无过流、短路及接地故障。

第四,要保证不是在运行过程中,人为的操作,要求跳开保安MCC段的情况。

在符合了上述条件,开关的切换原则是,首先进行本变电所内部电源间的相互切换,在本变电所内部不具备切换条件时,无条件的切换到主厂保安电源进线(3QA)运行。在有自复位要求的发电厂,在切换到3QA运行后,要不断检测本变电所的供电恢复情况,当本变电所供电恢复后,及时地进行复位操作。要求保证正常运行情况下,由本变电所的PC A段与PC B段供电。

三电源自动切换系统的设计

图3 三电源自投自复切换逻辑框图

三电源自动切换系统的设计

图4 三电源自投自复切换逻辑框图

三电源切换实现的必要条件

要将上述设想的三电源自投自复切换的逻辑框图的功能得以实现,那么就必需依靠电气系统与DCS系统之间存在可靠的信息交换,以保证DCS系统可以时时的了解各个电气设备的状态与运行情况,并且需要DCS系统能够可靠的动作于电气设备,使得电气设备在接受到DCS系统指令后成功动作。

为保证可靠性,目前常常使用的是开关量信号传输的形式,有条件的企业同时配有通讯系统进行辅助观测。

此程序需要输入给DCS的开关量信号主要有:

1)三个母线段PC A段、PC B段、保安MCC段的电压信号;2)五个开关PCA、PCB、1QA、2QA、3QA开关的状态信号;3)三个开关1QA、2QA、3QA开关的故障信号;4)转换开关的自动投入信号;5)转换开关的自动复位信号。

此程序需要DCS提供的控制信号主要有:三个开关1QA、2QA、3QA开关的跳闸信号和合闸信号。

三电源切换逻辑程序的特点

(1)三电源切换的逻辑程序解决了,三电源单母线系统的自动化控制的难度大的不足,为三电源单母线供电系统的推广使用奠定了基础。

(2)三电源切换的逻辑程序实现了,三个电源间的一次到位的切换。避免了使用双电源切换搭接时的一次空操作。

(3)三电源切换的逻辑程序实现了,三个电源间互相切换的功能,可以实现由保安电源运行到正常运行的自动复位的切换功能。

三电源切换设计的应用

笔者设计的“某发电厂5、6号机组脱硫改造工程”施工、调试完成投产。上述的供电系统的设计方案,配合DCS逻辑程序的支持,达到了设计要求,满足了负载对供电连续性和可靠性的要求。该系统在实际投产一年多的时间里运行正常,未发生过错报、误动作,受到用户的好评。应注意的是,在系统调试过程中,为保证信号的正确接收和命令的完成,需在适当的位置增加一定的延时功能,以避免由于信号较多导致的争先现象的发生。

结语

综上所述,三电源切换逻辑的成功编程实现了三电源系统的自动控制,随着三电源切换程序的不断完善,技术不断成熟,专用的三电源切换装置的产生, 以及DCS系统对电气设备控制程度的进一步提高,三电源单母线系统在实际生产中的运用将会越来越普遍,使供电系统的连续性、可靠性得以进一步提高,从而满足重要负荷等级用户的要求。

(摘编自《电气技术》,原文标题为“三电源自动切换系统的设计”,作者为秦旭东、王金全等。)

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