热工电源切换装置可靠性分析

时间：2024-05-19

王宝文　吴俊霞　李永春　焦平义　冯振国　路守山

【摘要】以华能沾化发电厂目前现有的各类型的热工交流电源冗余切换装置为对象，研究供电可靠性问题，测试目前热工系统供电可靠性指标，对照现有国家标准，分析影响可靠性的因素，并对所有现有热工系统的电源切换装置进行测试，根据测试结果，对影响可靠性的因素进行分析，提出有效解决方案。

【关键词】热工电源;切换装置;可靠性

中图分类号： TM910文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）34-0108-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.048

0 引言

目前，在发电厂中热工仪表和控制系统可靠性是保证发电机组安全经济运行的关键因素之一。热工仪表和控制系统是保证发电机组安全经济运行的主要设备。热工系统电源的可靠性是系统正常工作的保障。

为保证供电可靠，热工电源一般采用冗余供电方式。对于机组DCS、DEH、ETS、辅助控制系统等主要程控系统，一般采用两路交流供电方式，一路来自厂用电系统，另一路来自UPS电源。正常情况下，UPS为热工系统提供电源，当UPS电源故障时，自动切换为另一路供电，切换失败将导致系统复位或断电，造成机组跳闸。同时电源故障并不一定是简单的电压消失，也可能是电压降低或波动，电源切换装置的动作可能引起计算机复位，这方面的事故事例经常在实践中遇到，电源可靠性问题是引起热工系统故障的主要原因之一。

1 热控110/220V直流控制电源

一般设计两路110VDC或220VDC电源，用于热控保护、连锁和重要控制回路的电磁阀电源。一般用在汽轮机AST跳闸电磁阀及OPC电磁阀等重要的电磁阀电源。直流双电源配置以往都是采用二极管切换模式，该方案的优点是切换速度快，切换时间小于1ms，而且又能保证两路直流不形成环流，但是发生两点异极接地时，二极管起不到电气隔离而直接造成短路，实际上是把两套直流系统联系起来了，给整个直流系统带来危险，当直流接地时无法查到接地点，所以在新规程里DL/T5455-2012中明确规定不允许采用二极管直流切换模式。目前通常采用双隔离模式如图一，这种方式既保证了电源的勿扰切换，又能满足电气隔离，而且在任何情况下都不会产生环流，给直流系统造成危险。

2 热控交流220V控制系统电源

一路采用交流不间断电源（UPS），另一路应采用交流不间断电源或厂用电保安段电源，主要用于DCS、DEH、ETS、TSI等系统电子设备电源。DCS电源，如图2所示，其组成：两路电源输入，一路UPS，一路保安段厂用电，主要由交流接触器及电源滤波器组成。该装置结构和原理简单，切换时间短，一般小于50ms。该类型装置由于处于截图状态的接触器处于长期带电工作状态，线圈功耗和发热量都比较大，如果电压偏高时，接触器的线圈容易烧坏，影响其可靠性。另外接触器触头容量越大，其动作时间越长，所以此装置不适合大容量设备或给系统供电。该装置还有一个更致命的缺点，当電压低时，由于继电器的吸和及释放电压不确定性，可能造成电源切换不成功，给设备带来断电危险，建议该装置增加电压判断模块，设定在电压低至190V时，如果备用电源电压正常（大于210）则输出开关动作（断开），自动切换到备用电源工作。当主电源电压恢复至正常工作电压时（大于215V）时，再切换至主电源工作。

3 热控交流380/220V执行机构电源

用于热控就地执行机构供电，一般从保安电源取得。就地执行机构一般采用AST机械快速开关切换装置，该类型切换装置切换时间一般在1-2s，个别品牌PC级AST别（个别品牌PC级别AST）勉强做到100ms内，ATS不同于双断路器或双接触器或双负荷开关组合形式。其工作原理象电动的“跟头闸”。

该装置基本上满足锅炉侧及汽机侧的电动门供电要求，但是对重要的DCS控制系统及要求较高的电磁阀控制不适用。在实际试验切换过程中，发现有时会切换时间较长，就地电动门有瞬间失电现象。为保证机组安全经济运行，重要设备的就地执行机构要保证控制系统下达指令后执行机构能够快速动作，供电采用上路供电、切换时间小于50ms的三级AST或STS静态转换开关，以保证电源切换过程中智能执行机构不重启，保证机组生产安全运行。

STS设计用来实现两个同步三相交流电源之间进行不间断（<8ms）转换。两路交流电源的幅度、频率和相位差应控制在一定的范围内。STS的主要作用是在一路输入电源发生故障或需要检修、测试时实现从一路电源到另一路电源之间真正地不间断地转换，禁止接入两路会产生回流的输入电源。STS可以通过控制面板设定其中任意一路输入电源为主电源，另一路输入电源为备用电源。只有在主电源故障或手动复位的情况下，STS才会自动在8ms内从主电源切换到备用电源。STS的两路静态开关是严格互锁，STS内还装有手动旁路开关，在STS需要检修时，可以手动地将输入电源切换到旁路开关。进行手动转换时可保证输出不间断。STS的所有的转换都是快速的先断后合，主备电源之间不会产生冲击电流，所有的转换都在小于8ms的时间内完成。正常工作状态下，在主电源处于正常的电压范围内，负载一直连接于主电源。在主电源发生故障时，负载自动切换到备用电源，主电源恢复正常后，负载又自动切换到主电源。

4 DCS、DEH内部直流24/48V控制电源

用于控制系统内部供电，由交流220V电压转换为24V或48V直流电源，为控制系统内部卡件供电。电源失电报警必须放在电源的输出侧，不能再耦合后的二极管之后设置，以防电源监视故障影响正常设备工作。

5 热控独立装置交流220V电源

用于就地重要独立装置的电源，大都是从常用UPS电源取得，主要用于炉膛火检、汽轮机本体监视仪表等;独立的24V电源由内部的交流电源经过电源模块交直流转换获得。

6 给煤机、磨煤机、给粉机交流控制电源

用于给煤机、磨煤机、给粉机等设备的供电，一般从保安电源取得。由于电网或厂用电异常工作时，造成带变频器的给煤机、磨煤机动态分类器等设备电源降低或瞬间失去造成设备停运、机组停机事件，一般在给煤机、磨煤机、给粉机电源加装一台或多台UPS电源或交流升压装置，使其能够抗击低电压穿越工况，保证机组安全运行。

7 热控电源系统可靠性防控措施

（1）分散控制系统供电电源必须有两路独立可靠的电源，一路为UPS，一路保安电源，优选第一路选用UPS，当保安电源电压不稳定时，应增加稳压器以稳定电源输出。

（2）现场电源装置应设有失电报警功能，报警信号要送到与此电源独立的其他系统中进行监视。

（3）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。

（4）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。

（5）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DCS机柜电源来源相同。