火力发电厂热控系统电源稳定性及冗余措施.pdf

2 0 1 2年 1 2月 第 4 0卷 第 6 期 总第 2 2 3期 吉 林 电 力 J i l i n E l e c t r i c Po we r De c ．2 O 1 2 Vo 1 ．4 0 No． 6 Se r ． No． 22 3 火力发电厂热控系统电源稳定性及冗余措施 Po we r So u r c e S t a bi l i t y a n d Re du n da nt M e a s ur e me nt f o r The r ma l Co n t r ol S ys t e m i n The r ma l Po we r Pl a n t s 耿 娜 ， 王松寒 ， 王明辉 ， 汪庆久。 ， 张 岩 1 ．吉林省电力有限公司电力科 学研 究院， 长春 3 ．国电吉林龙华长春第一热电厂， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 ．国核 工 程有 限公 司 ， 上 海2 0 0 2 3 3 ； 1 3 0 0 5 2 ； 4 ．华能 九 台电厂 ， 长春 1 3 0 5 0 1 摘 要 对火 力发 电厂热控 系统 的电源给出了总体 要求 ， 对 电厂热控电源系统现状进 行了分析 ， 指 出电源系统 中存 在电源监视及报警 功能不完善 、 热控电源没有专 用、 缺少电源故 障后的应急处 理预案等 问题 ， 给 出 _r解决方 法， 以 期消除热控电源系统中存在的隐患 ， 更好地保 证热控 系统的安全稳定 运行 。 关键词 热控 系统 ； 电源 ； 稳定性 ； 冗余 中图分类号 TK3 2 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 2 0 6 0 0 1 2 0 4 目前火力发 电厂的生产过程高度依赖热控系 统 ， 一旦控制系统出现故障， 就可能导致事故发生， 轻则机组停机， 重则损坏机组设备甚至造成人身伤 亡 。而有时控制系统发生问题的原因不在于控制系 统本身 ， 而是 电源系统故障， 所以热控系统电源稳定 性就显得极为重要 。本文介绍了火力发电厂热控系 统 的电源总体要求 ， 并对火力发 电厂热控系统的电 源 现 状进 行 了分 析 ， 对 电 源 系统 中存在 的问题 给 出 解 决 方法 。 1 火力发电厂热控系统的 电源总体要求 1 ． 1 电源系统冗余配置 1 ． 1 ． 1 分散控制系统电源冗余配置 a ． D C S 分散 控制 系统 应 配有 可 靠 的 2 路 独立 的供 电电源 ， 优 先 考虑 独 立 运行 就 可 以 满足 控 制 系 统容量要求 的 2路不问断电源 UP S A／ B供电， 分 别供给控制站主、 从控制 站和 I ／ 0站 电源模件 ， 正 常 运行 时 各 带一 半 负荷 同 时工作 。当采用 1路 UP S、 1路保安 电源供 电， 如保安 电源电压波 动较 大 ， 应增加 1台稳压器以稳定电源 ， 正常运行时应保 证 为 UP S 。 b ． 各操作员站、 工程师站 、 实时数据服务器、 通 信网络设备的工作电源， 应分别单独接 自电源分配 柜的冗余 电源， 通过双电源模块接入， 否则操作员站 和通信网络设备的电源应合理分配在 2路电源 。 C ． D C S内部的直流 电源组件配置 。 宜 采用 2 N 或互备切换并相对均衡输出供电的工作方式 。 d ． 控制站中所有控制单元、 模件、 驱动器的工作 电源应为冗余电源。冗余电源的直流隔离或切换组 件 如二极管应冗余配置 ， 防止因其故障造成控制 站电源系统的故障。 e ． 公用 D C S电源， 应取 自 2台机组 D C S供 电 电源 ， 经无扰切换后的电源。 1 ． 1 ． 2 电源柜 配置 a ． 热 控 系统交 流 动力 电源配 电箱 应有 2路输 入 电源 ， 分别引 自厂用低压母线的不同段 ； 在有事故保 安电源的发 电厂中， 其 中 1路输入 电源引 自厂用事 故保安电源段。 b ． 热控 仪 表 电源 柜 及辅 控 系 统 ， 均应 由 2路 不 同段 交流 电源 ， 经冗 余 自动切 换供 电或 与 D C S机柜 电 源来源 相 同 。 1 ． 1 ． 3 控 制装 置 及设备 电源 配置 a ． MF T 主燃料跳闸 、 E T S 危急跳 闸系统 等 执行部分的继 电器采用外部供 电时 ， 应有 2路 自动 切换 2路独立的 1 1 0 V直流 电源且不会对系统 产生干扰 的可靠电源。 b ． 独立 配 置 的重 要 控 制 子 系统 如 E TS 、 主 机 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 0 作者简介 耿娜 1 9 7 3 一 ， 女， 高级工程师， 从事热控 自动化技术研究工作。 1 2 2 0 1 2年 1 2月 第 4 O卷 第 6期 总第 2 2 3 期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r De c ． 2 O1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 6 S e r ． No ． 2 2 3 和 TS I 小汽机监视仪表 、 ME H 微处理机 电液调 节 系统 、 火焰检测器、 F S S S 炉膛安全监控 系统 、 循 环水泵等远程控制站及 I ／ O站 电源等 ， 应配置 双路电源通过双路电源模件冗余供 电。 C ． 给煤机控制柜 、 磨煤机 、 吹灰程控柜、 点火等 离子系统、 循环控制蝶 阀等独立配置的系统与装置 ， 应配置 2路 自动切换且不会对系统产生干扰的可靠 电源 。 d ． 凡属数字 电液 调节 DE H 系统 或为使 D E H 系统正常工作而需另外配备的仪表、 设备 ， 所需单相 交流电源及直流电源 ， 均应 由DE H系统提供 。 e ． 提供硬接线回路电源的电源继电器的切换时 间应 不 大于 6 0 ms 。 1 ． 2电源可 靠性 1 ． 2 ． 1 UP S可靠性 a ． UP S的 2路供 电电源应来 自独立可靠 的不 同工作段 。 b ． UP S应设计有 2路供 电电源偏差大 和隔离 变压器超温报警功能， 输入／ 输 出电压显示功能 。 C ． UP S应有防雷击、 过电流 、 过 电压、 防浪涌保 护功能和可靠的故障诊断 、 显示与报警功能 。 d ． 计算机 中设计有 UP S电源测 试程序 ， 启动 UP S的 自检 功能 ， 可 在计 算 机 中检 查 UP S 自检 报 告 。 e ． 自备 UP S装置应 与 D C S的电子机柜保持空 间距离 。 1 ． 2 ． 2 控制系统电源可靠性 a ． 控制系统电源系统具有可靠 的故障诊断、 显 示与报警功能。机组供电电源失电报警信号应进入 故障录波装置和相邻机组的 D C S以供监视 或独立 于 D C S的电源报警装置 。当外部供电或内部供电 任一路 电源故障时 ， 均能在人机界面显示故障诊断 信息 ， 大屏上声光报警 。 b ． 控 制系统冗余 电源的任一路 电源单独运 行 时 ， 应保证有不小于 3 O 的裕量。 C ． 由控制站提供给现场 的查询、 驱动 电源应为 不大于 4 8 V的冗余电源。 d ． MF T、 E TS等执行部分的继电器电源采用厂 用直流 电源时， 应有确保寻找接地故障时不造成保 护误动的措施 。 e ． 电源系统有 自保护功能 ， 当控制系统局部通 道误人高电压或连接 的外部设备短路时， 不会造成 控制站电源系统故障。模件单通道电源故障影响范 围不应超过其所在的模件； 模件的电源故障 、 人机接 口单个计算机或终端故障， 不会引起系统 电源故障。 f ． 重要的热控系统双路供 电回路 ， 均应 自动无 扰切换 ； 独立于 D C S的安全 系统 如硬接线保护逻 辑、 安全跳 闸电磁 阀等 的电源切换功能 ， 以及要求 切换速度快的备用电源切换功能不应纳入 D C S， 应 采用硬接线逻辑回路。 g ． 所有的热控 电源 包括机柜内检修 电源 应专 用， 不得用于其他用途 ； 严禁非控制系统用电设备与 控制系统 的电源相连接 ； 所有和热控 系统有关的电 源， 不应取 自可能产生谐波污染的检修段电源。 h ． DC S内部供 电的输入信号装设隔离器时宜 采用无源隔离器 ， 否则 隔离器电源应与该输 入信号 的仪表 电源合用 ； 输 出信号装设 隔离器时隔离器 电 源应冗余供电 ； 当采用外供 电源时 ， 应采用冗余配置 等措施 ， 确保其安全等级水平与相应 i ／ o信 号重要 性 匹配 。 i ． 控制系统的电源模件故障累计数量应不大于 2次／ a 。 1 ． 3电源质 量指 标 1 ． 3 ． 1 供电电源质量指标 a ． 电压稳定度 稳态 时波动应小于 5 额定 值， 动态时波动应小于土 1 0 额定值。 b ． 频率稳定 度 稳态时波 动应小于 1 9 ／ 5 额定 值 ， 动态过程波动应小 于2 ％额定值 ， 波形失真应 小于 5 额定值。 C ． UP S供 电 电源 切 换 时 间 应 小 于 5 ms ， 非 UP S供电电源切换时间应小于 2 0 0 ms 以录波器记 录为 准 。 d ． 自备 UP S电池连续供电时间应大于 3 0 mi n 或不小于制造厂给出的备用时间 。 e ． 最大负荷情况下， UP S容量应有大于 3 O ％额 定容量的裕度且满足供电质量要求 。 1 ． 3 ． 2 D C S内部工作 电源 a ． 2 2 0 V 1 1 0 V 直流 电源 的电压波动应不超 过1 O 额定值 。 b ． 4 8 V 及 以 上直 流 电源 的 电压 波动 应 不 超 过 士1 O 额定值。 C ． 2 4 V 直 流 电源 的 电压波 动 应不 超 过 5 额 定值 。 1 ． 4 电源管理 电源系统配置图、 各电源开关、 熔断器和熔丝额 定电流清册齐全、 数据正确 。热控系统交 、 直流柜和 DC S电源 的切换试验记录齐全， 且可溯源 2个周期 以上 。 新建机组或检修机组的电源专用检查、 测量及 】 3 2 0 1 2年 1 2月 第 4 0卷 第 6 期 总第 2 2 3期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r De c ． 2 l 2 Vo 1 ． 4 0 No．6 Se r ． NO ．2 2 3 试验记录齐全 ， 符合规定要求 。 电源故障后的应急处 理预案符合实际操作需要。 2 火力发 电厂热控 电源 系统现状 电厂热工电源系统总体一般设计 4种电源 ， 分 别为 电气保安电源 、 电气 UP S、 电气 厂用段 电源和 电气直流电源。无论是主机控制系统还是外围辅助 系统 ， 热工控制系统都 同时接受 2 路电源 ， 各分系统 设计都有电源 自动切换装置 ， 当一路电源失电时全 部能够实现无扰切换 ， 大大提高了系统的可靠性 。 2 ． 1 D O S 电源配 置 DC S控制电源采用冗余配置， 接受 2路交流电 源。为 了保证该系统的电源可靠 ， 专门安装了 D C S 电源柜 ， 电气 系统 来韵 保 安 电源及 UP S分 2路送 进 冗余配置的 D P U 分散处理单元 控制器及各工作 站电源开关， 再 由电源柜分别送到各控制柜及工作 站 。 工作站的电源通过电源切换装置送到各用户 。 送 到各 D P U控制柜 的电源 ， 通过主、 副电源分配模块 分配到各个主、 副冗余的控制器 ， 为控制器提供了可 靠 稳定 的电源， 为每个 I ／ 卡提供 了完全 的供 电 冗 余 。 D C S电源模件输出 2个彼此隔离并独立 的 D C 信号 ， 通过电源分配模块提供 给控制器和卡件控制 器 中。D C S的 ] ／ o 系统供 电包括 5 类 保护 输 入低 压保护、 输入高压保护 保护通过消弧保安 电路提 供 、 热保护、 输出过电流保护、 保持时间保护。 2 ． 2 E T S电源配 置 电源 2路互为冗余 ， 分别切换时或任一 电源失 去 ， E TS保护 回路不会出现抖动或误 动。当采用 2 路直流 l l 0 V供电时， 有防止 E TS侧接地导致直流 系统都接地 的措施 。输 出继电器有 2路供电 ， E TS 电源失去或冗余控制器失效 初始化或重启 时， 其 输出继电器系统能可靠输 出跳闸信号。机柜 2路进 线电源及切换／ 转换后的各路重要电源 如可编程控 制器 P I C、 As T 自动遮 断系统 电磁 阀、 各开关 量 信号查询电压等供电 均进行监视 ， 任一路失去时有 声光报警信号。 采用“ 双通道” 设计时 ， 每个通道的两 个 AS T跳闸电磁阀， 各由一路进线电源供 电。内部 电源切换 转换 可靠 ， 回路环路连接 ， 任一接线松动 不会导致电源失去。 2 ． 3 火焰 检测 系统 电源配 置 配置 2路互为冗余的交流 电源和冗余 电源模 块 ． 切换时对火检系统显示无影响 ， 任一路电源故障 1 4 时有报警信号 。柜内火检系统电源与风扇电源应独 立或有相应隔离措施 。 火检柜内各电源线环路连接 ． 各路火检系统电源有单独 的熔 断器或相应 的保 护 措 施 。 2 ． 4 小 汽轮 机控 制 系统 电源配置 2路进线 电源互 为冗余 ， 切换或任一路电源失 去时， 不影响 ME H 系统正常工作 。 电源 回路环线连 接 ， 任一路电源故障时应有报警信号。ME H系统电 源失 去时 ， 主汽 门及各 调节 汽 门应能可 靠全 关 。 2 ． 5 旁路控 制 系统 电源配 置 2 路 进线 电源互为冗余 ， 切换或任一路 电源失 去时 ， 不影响旁路控制系统正常工作 。 电源 回路环线 连接 ， 任一路电源故障时应有报警信号。 2 ． 6 大 、 小机 T S I 及 D E H系统 电源配 置 大 、 小机 TS I 系统 一般 采 用本 特 利或 飞 利浦 的 TS I 装置 。这两种 T S I 装置都可配置有 2个互为备 用 的 电源模 块 。因此 ， T S I 系统 接 受 电气 UP S电源 及电气保安电源后 ， 分别送到 2个电源模块 ， 实现装 置电源间的无隙切换 ， 确保该系统的用电安全 。 一 般 DE H 数字 电液调节 系统都采用 D C S， 电 源 配 置 与 D C S的 电源 配 置 相 同 ， 即 系统 接 受 电 气 UP S及保 安段 电源 ， 另外 D E H 电磁 阀供 电也 由电 气单独送来 2 路不同段 电源， 冗余使用 。 2 ． 7 公用 系统及 远程 I ／ O 站 2 路进线 电源互为冗余 ， 切换或任一路 电源失 去时 ， 不影 响系 统正 常工作 。 公用 系统 一般 选用 不少 于 2台机组的 UP S供电。电源回路环线连接， 任一 路电源故障时应有报警信号 。 2 ． 8 辅助 系统 、 设 备 、 检修 、 直 流 电源配置 辅助系统热控 电源本着就地取 电的原则， 接受 2路电气不 同段 的厂用段 电源， 同时 ， 通过各系统 自 配 的电源 自动 切换装 置 实现无 扰切换 。热 工 总电源 柜 接受 电气 UP S 、 电气 保 安段 电源 ， 经 过 自动 切 换 装置后分别送到机、 炉侧各 2 个热工电源柜， 供给就 地调 门电磁阀、 仪表等。 热工总电源柜接受 电气厂用 电段电源 ， 用于现场检修用电源， 从而防止了因检修 用电的异常而造成对控制 系统的影响。MF T继 电 器用电气来 自不同段的 2路 1 1 0 V DC ， 汽轮机跳 闸电磁阀用来 自电气不同段的 2 路 2 2 0 V D C 。 热 工总电源柜接受 2 2 0 V DC 电源 ， 所供直流系统电 源只是作 为备用 ， 避免 了直流 接地对 热工控制 的 影 响 。 2 0 1 2年 1 2月 第 4 O卷 第 6期 总第 2 2 3期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r De c ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 O No ． 6 S e r ． No ． 2 2 3 3 存在 的问题及解决 方法 通过 对大 唐吉 林发 电公 司近十 台机组 的热 控 系 统电源情况的调研 ， 发现普遍存在电源监视及报警 功能不完善， 热控 电源没有专用 ， 电源管理薄弱， 缺 少电源故障后的应急处理预案 ， 主供 电电源模糊等 问题 。 3 ． 1 电源监视及报警功能不完善 D C S 、 D E H、 E TS 、 T S I 、 MF T 柜 已装 有 监 视 电 源的中间继电器 ， 但辅控系统中有些控制电源没有 监视 ， 比如除灰渣 P I C系统 、 精 处理 P I C系统、 灰 渣泵房 P I C、 化学水处理 、 二期输煤等系统 ， 所 以应 将辅控系统的控制电源监视引出至光字牌或相邻系 统进 行监 视 。 DC S电源柜失 电报警 的无源干接点仅送 到了 本机 D C S中报警， 当本机组 D C S故 障时失 电报警 不能发出 ， 所以应将失电报警的无源干接点分别送 至 2台机组 的 D C S报警 ， 防止 了单 台机组 D C S故 障时失 电报警不能发 出， 使报警系统更可靠 。 3 ． 2热控 电源 没做 到完 全专 用 所有 的热控电源 包 括机柜 内检 修 电源 应专 用 ， 不得用于其他用途 ， 严禁非控制系统用电设备与 控制系统的电源相连接。所有和热控系统有关的电 源 ， 不应取 自可能产生谐波污染的检修段 电源。 热控 柜 电源有用作照 明、 风扇系统 的要加装合 理的空开 或改用从 电气 引入照明电或检修电源， 有外接插座 的机柜要严格控制插座的使用 。 3 ． 3 电源管理薄弱 普遍缺少准确完整的电源管理方面的资料及记 录， 一些数据 比如熔丝容量 、 上 下级熔 比等 不清 楚 ， 不准确。电源管理资料及记录包括如下方面。 a ． 电源系统配置图、 各电源开关、 熔断器和熔丝 额定 电流清册齐全、 数据正确。 b ． 热控 系统 交 、 直 流 柜和 D C S电源 的切换 试验 、 8 记录齐全 ， 且可溯源 2 个周期 以上。 C ． 检修机组的电源专用检查、 测量及试 验记 录 齐全 ， 符合规定要求 。 热控管理者要组织做好以上相关资料的整理和 归档 ， 以备需要时能迅速查阅。 资料的整理过程中注 意是否满足要求 ， 不合理处立即整改。 3 ． 4 缺少电源故障后的应急处理预案 各电厂普遍缺少不同系统的电源故障后的应急 处理预案 ， 没有失电恢复过程操作步骤与安全措施 。 各电厂应制定详细的各系统 的电源故障后的处理及 恢复方案 ， 并做好传达和演练工作， 以防电源故 障失 去时 ， 指挥和操作慌乱 ， 造成事故扩大 。 3 ． 5 主供 电电源模 糊 各 电厂各系统 的供 电都为 2路冗余电源， 但冗 余切换方式 中主供 电电源的设定都 比较模糊 和混 乱 ， 一般都为随意使用。 由于大电机启动等因素可能 会影响到保安段 电源 的电压波动 ， 波动大时有可能 会引起 D C S死机或停机 ， 为此 ， D C S的供电应设定 UP S供 电为主供电， 具体方式为选用可设定主供 电 的电源 自动切换装置 ， 或采取其他有效措施 ， 保证各 系统主供 电电源为 UP S电源。 4 结束语 火力发电厂控制系统电源设备的可靠性是保证 系统稳定运行的重要方面。电源系统供电装置可靠 性在于充分考虑各种不安全因素引起 的后果 ， 不仅 要考虑较好 的冗余设计 ， 双 回路系统的安全性 ， 还应 该考虑各种不安全因素对系统的干扰 冲击， 确保系 统安全稳定运行。设备管理者要深入分析系统存在 的隐患 ， 不断优化系统并做好 日常维护， 提高各系统 安全性 ， 以保障发电机组的安全稳定运行 。 广 告 目 次 编辑郝 竹筠 、 1 ．变压器有载分接开关动作特性交流测量装置简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯ 封一、 封二 2 ． QZ Y一 3型转子对中瓢偏晃度综合测量仪简介 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 封三 3 ． DC S外传数据单向网络隔 离装置 简介 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 封四 1 5