热控电源系统的可靠性分析 张丽新

发表时间:2019/3/28   来源:《电力设备》2018年第29期   作者:张丽新
[导读] 摘要:本文主要论述了某电厂热控设备电源系统,并分析了其安全可靠性。
        (神华国华九江发电有限责任公司  江西九江  332000)
        摘要:本文主要论述了某电厂热控设备电源系统,并分析了其安全可靠性。介绍了该厂热控电源的配置情况及对部分电源系统的改进方法,通过加强对电源系统冗余管理和改进,大大提高了控制系统的可靠性,为机组的安全稳定运行提供了有力保障。
        关键词:电源系统;可靠性;分析
        一、概述
        随着经济的发展、社会的进步,国家对优质的电能需求日益增加,我国的电力工业进入了大电网、大机组、高自动化的时代。电力工业对国民经济电能需求的满足程度,已经成为衡量一个国家经济发达程度的标准之一。大型机组一旦发生事故,将会导致供电不足或中断,对所属电网安全构成巨大威胁,从而影响国民经济各部门的正常运转和人民群众的正常生活。电能是现代社会最基本的能源,人们时时刻刻都离不开它。保证电网的安全稳定运行是发电企业的第一要务。随着自动化程度的提高,生产过程中的各个环节都需要有高度的可靠性以保障机组的稳定运行。热控设备电源系统的安全可靠运行对机组安全稳定运行起着不可衡量的作用。
        某电厂装有两台哈尔滨汽轮机厂生产的N1052-28/600/620型凝汽抽汽汽轮机,2台东方锅炉厂配供的3035T/H的锅炉,机组的控制系统采用杭州和利时公司生产的HOLLiAS-MACS6 K系列分散控制系统。DEH控制系统采用哈尔滨汽轮机厂配套的OVATION控制系统。为提高供热可靠性,每个单元设置为两炉一机,两台机组于2018年投入商业运营。2018年4月调试期间曾发生因循环水电源失去导致液控蝶阀关闭,发生跳机事故。经过事故分析及检查,两台机组的循环水系统电源不是独立配置,两台机组安装调试由两家电建公司完成,1号机组安装人员在停电时,未考虑2号机组的电源和1号机组电源取源相同,导致2号机组跳闸。
        二、热控设备电源的介绍
        1、DCS设备电源系统
        DCS控制系统是火力发电厂的核心,控制系统的可靠性对整个电厂的安全可靠性生死攸关。某电厂DCS系统采用杭州和利时公司生产的HOLLiAS-MACS6 K系列控制系统,各控制站的工作电压为48VDC和24VDC。电源系统配置如下:保安段电源和UPS电源分别接入DCS电源柜,DCS电源柜通过空开送入各控制站,控制站内经过两个并联的220VAC/24VDC、220VAC/48VDC电源转换模块,将220V交流电转换成24V直流电和48V直流电,作为各卡件的电源。这样每个控制站均有两路48VDC和24VDC电源供电,实现了供电电源的双路冗余,当任何一路电源出现故障时,也不会影响DCS模件柜的正常运行。考虑到电源转换模块有可能出现问题,在设计中每路电源有两个电源转换模块并联。通过这样的设计,将DCS控制柜供电系统的危险性降低到最小,以保障DCS系统的安全。
        2、DCS网络电源系统
        DCS的网络设备包括历史站、操作员站、工程师站、打印机和网络交换机等设备。只有通过软件和硬件的结合我们才能实现对设备的控制、监测,事故的报警及追忆,程序修改等功能。因此这些设备能否安全运行直接影响着机组的安全运行。
        某厂的DCS网络供电电源系统配置如下:
        网络交换机的两路电源分别为UPS电源和保安段电源供给,当任何一路电源消失时,网络供电会立刻切换至另一路电源供电。不会出现由于一路电源失去而导致网络交换机断电,无法监视DCS参数的情况发生。
        DEH控制系统的网络交换机电源分别UPS电源和保安段电源供给,但是在从DEH系统电源柜到网络交换机的下口端子排时,没有进行冗余的配置,变成了每台交换机分别由一路电来供给,当UPS电源或者保安段电源中其中有一路失去时,将会导致一台交换机停电。在机组的调试期间,做电源切换试验时曾出现过该种情况。
        3、现场仪表电源系统
        3.1就地变送器电源系统
        变送器电源是由DCS系统卡件提供,因此保证了DCS控制站的供电电源的安全可靠,也就保证了变送器供电电源的安全可靠。
        3.2循环水系统电源
        循环水系统电源供电设备包含现场执行机构和液位变送器,某电厂两台循环水电源不是独立分开,两台机组共用一个电源盘。2018年4月调试期间曾发生因循环水电源失去导致液控蝶阀关闭,发生跳机事故。经过事故分析及检查,两台机组的循环水系统电源不是独立配置,两台机组安装调试由两家电建公司完成,1号机组安装人员在停电时,未考虑2号机组的电源和1号机组电源取源相同,导致2号机组跳闸。
        3.3现场热控配电盘电源
        现场热控配电盘包括220V配电盘和380V配电盘,电源切换装置为ASCO品牌,调试期间在进行循环水电源切换试验过程中,由于切换时间设置不合理,导致在电源切换过程中会造成现场设备瞬时失电,液位测点在电源失去瞬间快速下降,液位低保护动作,循泵跳闸。在进行其它电源盘切换过程中,也发生过由于现场执行机构不带保位功能而导致执行机构误动作的情况。


        3.4现场执行器电源系统
        现场执行器包括各分系统的电动门和电动调节阀等。其供电电源引自一个手动切换的刀闸,两路电源分别为公用段和保安段。平时刀闸处于保安段位置。当电源故障时,执行机构会失电,但这些执行机构都具有失电自保持(保持原位置)的功能。因此不会对机组的正常运行产生太大的影响。只需手动切换刀闸即可使机组恢复正常运行。
        3.5汽轮机监测监视系统电源
        汽轮机安全监视系统(简称TSI系统)电气来两路电源经过内部电源模块转换送至TSI系统的两块电源模块,供电电压为24VDC,两个模块互为备用,实现电源间的无扰切换,确保该系统的用电安全。
        4、电源系统的改进
        4.1 DEH网络交换机电源系统改造
        DEH控制系统的网络交换机电源分别由UPS电源和保安段电源供给。在进入网络交换机之前加装切换装置,保证进入两台网络交换机的电源是经过切换之后的电源。这样在任一路电源失去时,都不会影响网络交换机的电源。
        4.2循环水系统电源系统改进
        两台机组的循环水电源共用一个电源柜,存在较大的隐患,在其中一台机组检修时,由于无法隔离系统,就不能进行电源系统的检修。而且当机组运行时两路电源失去,会导致两台机组同时跳机。为彻底解决该问题,增加一台电源柜,将两台机组的电源分开,使之不受相互的影响。
        4.3现场热控配电盘电源系统改进
        缩短电源切换装置的切换时间,保证在电源主副路切换时,不会出现瞬间失电现象,保证现场设备的安全运行。
        4.4小型控制系统增加UPS
        锅炉补给水系统、综合水系统、制氢站等系统的电源与主机DCS系统电源分开,如果上述系统突然失电,虽然不会影响机组的安全运行,但计算机的突然失电很容易导致硬盘损坏、数据丢失,缩短计算机的使用寿命。因此在这些小型的控制系统内给每台计算机加装了小型计算机用UPS。如果电源瞬时消失时,小型UPS电源可保障计算机不会失电。如果是长时间停电,小型UPS电源可提供半小时左右电力供应给计算机,在此期间,相关的专业人员可以安全的停止计算机。
        5、电源系统的日常巡视及定期试验
        虽然主要热控设备的电源系统是冗余配置,但这些并不能保证供电系统万无一失。还需进行定期的巡视和试验工作,某厂多次通过定期试验发现问题。
        5.1巡视检查中,认真检查各电源设备的工作状态,并详细记录。对于冗余配置的控制系统,正常运行中应由两个不同电源供电。
        5.2定期进行冗余电源系统的切换试验,可选择在机组检修期间进行,
        5.3试验时应对电源切换时间进行测试,可利用示波器观察负载侧的电压变化,
        5.试验时应检查仪表、控制摸件、机柜等工作情况,对电源系统进行测量,对于DCS系统还应在操作员站观察所控制的设备有无异常现象,及时发现问题及时解决。
        5.5对于小型计算机用的UPS应选用在线式的,对电池定期进行充放电试验,定期更换电池。
        6、结论
        6.1热工专业人员必须了解热工设备上级电源来自何处,从控制系统可靠性的角度分析电源的可靠性,不能过分依靠UPS的可靠性来保证整个控制系统的安全运行,必须有第二电源,且要求做到冗余电源的无扰切换。
        6.2对工控计算机加装小型UPS电源是一个比较好的方法,可以避免掉电时计算机的硬盘损坏、数据丢失,延长计算机的使用寿命。
        6.3在小型控制设备的选型上,如PLC系统、远程I/O等,在电源设计上也应采用冗余电源。选择供电电源为24VDC的设备,相对于220VAC电源系统较容易做到冗余。
        6.4重要仪器仪表如汽机安全监视系统(TSI)、火焰监测系统等应配置冗余电源模块。
        6.5加强对电源系统的日常巡视检查和定期工作,机组检修期间进行电源系统冗余切换试验。
        参考文献
        [1]朱承高.电工及电子技术手册[M].北京:高等教育出版社,1990.
        [2]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2001:56-80.
        [3]吴锡祺等.多级分布式控制与集散系统[M].北京:中国计量出版社,2000:21-23.
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