在电力系统中，保安电源指的是发电厂应急保安电源。按照规范要求，为了提高机组安全，机组超过200MW都需要布设保安电源。一般来说，保安电源主要采用DCS热控电源、主机润滑油泵电机、UPS交流电压、主机盘车电机电源等负荷进行供电。
1 案例介绍
某发电厂保安电源一次接线如图1所示。柴油机发电机出口处母线采用单母接线的形式，柴发电机主要是通过K0为保安PC母线提供电源。在正常运行的过程中，保安PC段母线是没有电压的，K0处于断开状态。以#3保安MCC A段为例，在正常运行时，一级备用为#3机汽机，二级备用为柴油机发电机，将A段和B段互相作为备用，如果A段和B段都母线失压会发出启动指令，然后将柴油发电机启动，柴油发电机会利用保安PC段母线将电流供给保安MCC母线，同时配置LZMN3型过电流保护。
图1 发电厂保安电源一次接线图
2 保安段电源切换方式
如图2所示，为原有三路电源切换方案。L12、L22、L32分别为三路进线接触器上对应端口的电压值，其中，QF11、QF21、QF31均处于关闭状态。
对I电路电源供电过程中电源切换问题进线分析。I、II电路中都有电流流过，此时S1处于供电状态。在正常情况下，K1、K2都有电流流过，并且其节点处于闭合状态。一旦I路失去电流时，K1的节点会断开，KM2、KM3均处于断开的状态，并且在整个电路中S1的1-2位置电流正常流过。一旦I路出现失电现象，则K1节点会自动断开，释放KM1，II路电源在S1的7-8位置电流也正常流过，则II路电源正常进行供电。在两路电源都处于失电的状态，K1、K2闭合节点可以自动与柴油发电机进行连接，恢复回路，完成III路的正常供电操作。
图2 三路电源切换原理图
3 方案设计缺陷
在整个电源切换方案中，虽然具备三路电源切换功能和启动柴油发电机的功能，但是依然存在一定程度的缺陷。主要包括以下几个方面：
（1）在电路切换过程中，主要借助接触器、继电器等设备来完成工作，并且对节点的要求比较高，一旦某个节点出现故障，则整个电路就会失电，安全性和可靠性难以保证。
（2）一旦保安MCC段发生故障，而断路器没有对电路进行保护，则电流会直接切断接触器，对整个电路产生影响，甚至会损害设备，造成极大的损失。
（3）在I路电源失电的状态下，II路电源供电时，某些功率较大的电压会出现下降趋势，而此时K2继电器处于起励电压，II路电路默认处于失电的状态，并且K1、K2处于闭合的状态但是会启动柴油发电机，这样一来，会造成柴油发电机多次重复启动，混乱运行。
（4）对下级负荷保护缺乏考虑，无法满足继电保护的要求。一旦系统发生故障后，故障电流低于继电器过流数值，则继电器不会进行任何操作。但是，一旦母线的电压下降，则会直接触发接触器，造成整个电路混乱。
（5）DCS逻辑问题。通过对保安段工作线路和备用开关DCS控制逻辑进行试验分下之后，发现母线发生故障后，进线会发生跳闸现象。虽然ABB开关在发生故障之后出现跳闸，如果不对其进行人为机械恢复或者电磁复位，则不能进行合闸，并且不会对系统操作造成冲击。但是，在另一段设备进行供电操作时，则会对全段线路造成冲击，使得整段线路失压。
4 改造方案
为了有效避免出现以上提出的问题，需要以原有线路为基础来对其进行全面的改造和优化，提高线路的安全性和可靠性。
（1）在原有方案中，将断路器和接触器更换为全新的MT框架开关。并且需要配备有脱扣器来对其进行保护，这样能够提高电池的功能。设定好科学合理的电路保护数值，即可及时消除原有方案中一些不正常操作。
（2）在原有方案中，将控制回路电源更换为抗晃电装置，并且设定好输入电压数值。这样才能有效的对回路电源进行控制，确保电路的稳定性和安全性。
（3）在原有方案中，将继电器更换为直流继电器，主要对电源进线监视。取消电源切换按钮，三路电源切换使用东大金智MFC-5208A装置来实现。
（4）对于DCS逻辑问题来讲，可以在原有保安A段备用的线开关自动合闸条件一中增加保安A段进线开关合故障跳闸和保安A段备用进线开关合闸条件。在保安A段备用进行开关条件二中增加保安B段进线开关合故障跳闸闭锁保安A段备用进线开关闸条件。
5 试验验证
5.1 装置定值整定
按照上述方案要求来对原因的方案进行改进和优化。为了更加全面地验证方案的可行性和实用性，需要该方案进行试验和记录。MFC-5208A设备安装完成之后，设定好数值，开始进行试验。
（1）当有压数值大于设定值时，则此电路中电源有压；当有压数值小于设定值时，则此电路中电源无压，定值为7%。
（2）当无压启动定值与母线电压相同并且小于设定值时，则母线为失压状态，定值为6%。
（3）当无压合闸数值为定值且进行电压切换时，母线电压小于设定值时，闭合备用开关才可以进行正常工作，定值为30%。
（4）当无流定值与进线电流相同，且小于设定值时，此时进线无电流流过，定值为0.06A。
（5）在失压情况下，对1、2、3进行延迟，则母线在失压和无电流通过时，电流的延时无法及时回复，则可以进行切换装置操作，且定值为0.1S。
（6）当自投合延时在切换过程中，开关自动跳开后，延时可以正常进行合并，且定值为0S。
（7）手动对电路进行恢复时，开关自动进行运行，且该状态下延时才能进行闭合，并对开关条件进行分析和判断，整定值为0S。
（8）在成功切换为第一备用电源后可以进行二次失压延时操作，然后对母线电压进行判断，看起电压是否正常。如果母线电压未恢复，则可以进行二次电源切换操作。
（9）手动恢复并联切换合闸的条件是：并联压差、频压和相差。
（10）并联跳闸延时是指完成手动恢复切换操作之后，该延时开关可以正常进行运作，此时定值为2S。
5.2 电源进线变位切换
在试验过程中，进对进线1、2路的电源切换操作，其他路不变。当进线1切换变成进行2时，启动设备后，电源的波形图如图3所示。在录制波形图时，选择进线2开关合位电压、进线1合位电压和母线A相电压的波形。
当进线1开关合位切换成进线2开关时，系统自动反馈的时间间隔是750ms，并且当进线2合闸位置发出信号时，此时母线电压正常，并且能够满足工厂用电的需求。
图3 电源进线变位启动切换波形图
5.3 电源进线失压启动切换试验
在失压启动切换试验中，实验对象和输入通道需要和上述3.2保持一致，并且其波形图如图4所示。通过对整定值进行调整后，发现母线失压启动过程中，具有一定程度的延时现象，并且当母线失压达到70%以上到进线1开关合位时，时间间隔为1063ms，此时状态符合失压启动要求值；进线1、2开关合位电压之间的时间间隔为114ms。
图4 电源进线失压启动切换波形图
5.4 柴油发电机并网试验
在进行柴油发电机并网试验过程中，借助MFC-5208设备自带的功能，输入设备密码即可进行试验操作。其中，KO开关合闸逻辑是当柴油发电机出口电压高达90%以上；K3开关在设备合闸之后30秒内正常跳开，此时已经完成整个试验。录波通道选择进线3开关合位节点、进线1A相电压和母线A相电压。如图5所示为柴油发电机并网实验数值切换的详细波形图。
图5 柴油发电机并网试验各采样值切换波形图
由于开关位置所反馈的信号和实际运行过程中开关位置反馈的信号存在一定的时间误差，因此，不能将开关位置的反馈信号作为合闸相位差的判断依据。
对进线3电压中轴线进线平移直至其余母线电压的中轴线重合时，对距离开关位置最近的重合点进线选择，发现时间间隔仅仅为3.4ms。由此可以判断出，开关在检同期合闸过程中，符合并联压差的基本要求。通过以上的分析和试验可以得出以下结论：柴油发电机符合并网试验的基本需求。
5.5 电源进线恢复
在试验过程中，采用柴油机发电的方式来进行供电。如果市电恢复，则需要将负荷从柴油发电机切换至市电，并恢复供电方式。如图6、图7所示为并联切换恢复进线1和串联切换恢复进线1的波形图。通过对2次切换后的波形进行分析可以看出，在切换恢复操作时，母线电压相对比较平稳，几乎没有任何的波动现象。在录制波形图时，选择进线1合位电压反馈波形、进线1A相电压波形、进线3合位电压反馈波形。
图6 并联切换恢复为进线1切换波形图
图7 串联切换恢复为进线1切换波形图
6 结语
综上所述，一旦发电厂意外停电时，保安电源可以对设备进行保护，确保设备安全停机，保证设备安全性和人员的安全性。本文以实际工程为例，对保安电源系统存在的问题进行了分析，然后提出了相应的改造技术和方案优化，并对改造后电源工作的稳定性进行了全面的实验分析。经过试验可以看出，此次改造后保安电源系统运行稳定，改造合理，经济实用，值得类似工程进行借鉴和参考。
参考文献
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（作者供职于湖北西塞山发电有限公司）
