【数智技术】基于提高发电厂保安电源供电可靠性的策略研究

摘要：保安电源在发电厂厂用电源中具有举足轻重的地位，其供电可靠与否直接关系到机组的启停是否顺利、运行是否稳定以及事故工况下能否安全停机的问题，提高发电厂保安电源供电可靠性是确保发电厂在电网故障或全厂失电情况下安全停机和重要辅机设备持续运行的关键。因此，必须全方位完善厂用电保安电源的配置，力求做到万无一失。结合某发电厂220kV白旺甲乙线同塔双回输电线路同时检修的实际情况，有针对性的提出了该发电厂需外接保安第三备用电源的方案，并对此进行了可行性的分析研究，可为同类型电气主接线的发电厂优化厂用电接线方式提供参考。

关键词：保安电源；供电；可靠性； 发电厂      

某发电厂有两台350MW供热发电机组，白旺甲乙线为两条同塔双回输电线路。这种电气主接线方式存在的问题是若两条线路同时停运检修、恶劣天气下雷击线路跳闸或倒杆塔故障均会导致该厂厂用电中断，即该厂厂用电源安全受制于两条出线线路的安全。该厂保安电源采用两路独立电源（一路工作电源来自380V工作PCA段、一路备用电源来自380V工作PCB段、第二路备用电源来自柴油发电机），并配置了自动切换装置（ATS），确保主电源失电后快速切换（切换时间满足设备允许中断时间）。由于柴油发电机长期处于备用状态，其运行可靠性及带负荷能力相对较差，况且事故情况下柴油发电机未必每次都能可靠投入运行。因此，考虑增设保安段第三路备用电源，实现对机组油泵、盘车、直流系统充电模块以及UPS等重要负荷的稳定供电，才能在事故工况下达到安全停机的目的。

1.1该发电厂根据省调调度安排，按计划进行了白旺甲乙线两条出线的同时停运检修，全厂厂用电仅由两台柴油发电机带380V低压负荷。为了确保保安电源的正常供给，该公司在外租借了两台柴油发电机作为紧急备用，总共增设了5段临时电缆分别带其余PC段相对重要的供电负荷，整个运行操作不但显得复杂、繁琐，而且柴油发电机运行中由于负荷超限还发生过两次跳闸的情况，更增加了运行人员处理事故的难度。鉴于此，该厂谋划从临江变电站10kV母线备用开关柜引出一条电源电缆至该电厂内的一台新增保安箱变，作为该发电厂的保安第三备用电源（保安第二备用电源为柴油发电机），供两条出线线路双停时或全厂厂用电事故中断时的使用。

1.2该发电厂与临江变电站相距约2kM，110kV临江变电站有两条输电线路与220kV旺新变电站相连。110kV临江变电站有两台110/10kV的主变，每台主变的容量为63MVA，其10kV系统采用单母线断路器分段接线，共24回出线，且完全满足额外增加的用电负荷容量需求。本期厂用电电源改造工程，考虑从临江变电站一台10kV备用出线5217开关敷设一条10kV电缆至该发电厂保安箱变高压侧进线柜处，作为保安箱变的进线电源，临江站5217开关、CT容量及CT变比均满足现场要求，无需额外增加设备改造费用，当地征地及地埋电缆敷设的勘测工作已完成，此电源改造方案是切实可行的【1】。

2.1根据双机同时停运时实际带厂用电负荷情况统计，每台机组停运后保安段负荷各有210kW左右，主要包括交流润滑油泵、交流密封油泵、顶轴油泵、盘车、空预器电机、风机油泵等，公用PC段负荷约128kW（含CO2气瓶间）的额定负荷，即总用电负荷为548kW。综合考虑变压器富裕量、启动电压降及变压器事故工况状态下满足保护可靠启动，故选取一台10/0.4kV的变压器【4】，变压器容量为800kVA,变压器负载率80%，满足运行要求。

2.2增设的变压器进线电缆充分利用该厂的综合管架走向【2】，其低压侧引线利用工作PC段的一台备用开关（此开关额定电流800A）作为电源开关，将新安装保安箱变的低压侧出线两路分别接到#1机380V工作PC1B段GZ412062备用开关下端头以及#2机380V工作PC2B段GZ422062备用开关下端头处，待保安箱变高、低压侧开关送电投运后，电源倒供电使得工作PC1B（或工作PC2B）母线带电，再通过合闸工作PC段至保安段母线的电源开关从而使得#1、2机组保安PCA、B段带电。正常工况下，380V工作PC段带保安段运行。

3.1本外接保安电源工程由110kV临江变电站至新装保安箱变，可采取敷设ZR-YJV22-8.7/15kV-3x70电缆，电缆长度为2100米左右，预计需制作70户外电缆头共2套，70户内电缆头共6套。

3.2本项目需新立铁塔1基，安装户外真空断路器1台，高压计量箱1台，户外隔离开关及高压避雷器各1组，并安装相应绝缘导线、横担及绝缘子。

3.3安装户外10kV电缆分接箱2台。

3.4安装户外SCB11-800kVA干式变 10±2.5%/0.4kV Dyn11 Uk=6% 预装式箱变1台。

3.5保安箱变低压侧至380V工作PC段电缆：从保安箱变低压侧分别埋设电缆规格为4x2x(ZR-YJV-0.6/1kV-240)-1x(ZR-YJV-0.6/1kV-240)铜芯电缆至#1、2机工作PCB段，保安电源电缆采用耐火+阻燃双护套，敷设路径避开高温、易燃区域。将保护定值配合校核正确，确保下级断路器先于上级动作，避免越级跳闸，电缆长度总计约3000m。

按照此厂用电源优化方案进行电气设备选型、安装、调试及投运，发电厂保安电源的灵活性及可靠性都会得到全面提高【3】，发电机组按时并网、不同工况下的解列停运以及机组安全稳定运行便可得到有力保障。

4.1项目实施后，可解决白旺甲乙线全停期间或事故状态下保安段的稳定供电问题，从而达到事故状态下安全停机的目的，保证了主设备安全，产生的安全效益相当可观。两台机组因故解列后必须运行的电气设备功率为548kW，保安变压器带载运行，其负载率约为80%，属于经济合理运行范围。

4.2保安箱变0.4kV低压侧出线不经过6kV工作段，直接接至机组厂用电380V工作段，通过工作段至保安段，操作相对简单，有效解决380V事故保安段只有2路备用电源问题，在满足380V事故保安段负荷的同时，也可为380V工作段提供部分应急的用电负荷所需电源，保证了保安段电源可靠及持续性供电。

5.1机组正常运行工况下，临江站10kV系统至保安箱变高压侧出线开关保持送电投运状态（外接保安电源电缆充电运行，确保电缆绝缘合格），保安箱变高低压侧开关及保安箱变均保持送电热备用状态。

5.2机组事故工况下，厂用电失电后必须检查柴油发电机是否正常联启，必须确保机组安全停运。若220kVGIS升压站母线未失压且6kV备用分支具备带电条件，则厂用电源可考虑由启备变带负荷；若220kVGIS升压站母线已失压且短时不能恢复时，若柴油发电机未联启且手动启动不成功，则考虑投入保安箱变运行带保安段负荷，待安全停机并隔离排除故障后再考虑机组重启投运的相关工作。

5.3根据电气主接线方式，220kV白旺甲乙线路计划双停期间，应首先安排机组全停。由于机组停运后保安段还有油泵、盘车等重要负荷需继续保持运行，故保安段厂用电源暂由柴油发电机供电。为了保证在此期间保安电源的正常供给以及该厂照明、安防、消防、办公楼、食堂、检修箱电源的正常投运，故合上该厂保安箱变高低压侧开关，将保安箱变由热备用转运行，并将厂用电保安段电源切为外接电源供电，从而保证了上述用电负荷的安全。

6.1高度重视实时监测与预警，加强对柴油发电机润滑油压、油箱油位、启动电池电压、UPS电池状态、保安段ATS电源开关动作记录等的数据分析。每年进行一次模拟主电源失电，测试保安段ATS动作时间和柴油发电机联锁启动成功率的电气试验。

6.2做好柴油发电机预防性维护，每半个月进行一次柴油发电机空载启停试验、每年进行一次柴油发电机带载试验（带载30%、运行30分钟），记录启动时间、电压/频率响应特性，对保安段ATS电源切换装置进行状态监测，记录历史切换次数及动作时间。确保柴油发电机及ATS电源切换装置完好。

6.3每年进行一次220V直流蓄电池带载试验（带载运行60分钟），记录带载试验前、带载试验期间、带载试验后蓄电池电流及端电压情况，进行蓄电池容量核对测试，更换容量低于80%的电池，确保220V直流蓄电池正常运行。 

7.1结合现场实际，制定全厂厂用电失电应急预案，明确事故演练操作流程，加强对发电厂柴油发电机未联锁启动的紧急手动启动步骤、负荷分级切除顺序等的熟练掌握【5】。  

7.2每年至少进行2次全厂厂用电母线失电事故演练，检验发电厂保安电源带载运行能力以及值班人员应急响应速度是否满足实际需要。  

7.3建立柴油发电机维修快速通道，储备关键备件（如启动蓄电池、喷油嘴），及时更换故障元件，确保柴油发电机随时处于可靠备用状态。

7.4进行全厂厂用电失电事故演练期间，按要求适时投运保安段外接第三备用电源，检验值班员的事故应急处理能力、临场应变能力以及对保安段外接第三备用电源投运的熟练掌握程度。

众所周知，同塔双回输电线路在发电厂得到广泛运用，因其在电气主接线方面颇具优势，既增加了线路输送容量，又节约了线路走廊以及减少了占地面积，是电力系统布置输电线路的优先选择，更是输电线路未来规划、设计的发展方向。但必须引起高度重视的是，雷击引起同塔双回输电线路同时跳闸的情况时有发生，对机组安全稳定运行构成的负面影响不容小视。文章结合某发电厂同塔双回输电线路计划性检修的实际情况，理论联系实际，提出并论证了增设保安段第三备用电源的必要性及可行性，从根本上解决了事故工况下发电厂保安电源中断这一难题，期待这一理念能够得到电力行业兄弟单位的认同与推广。

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