电力系统保安电源设计在惠州LNG电厂的应用

事故保安电源的作用是：当220kV系统发生事故或其他原因导致发电厂厂用电源长时间停电时，柴油发电机可以快速起动为机组保安段恢复供电，为机组提供安全停机所必需的交流电源。

惠州LNG电厂每台机组设置一台空冷型柴油发电机组作为本单元的应急保安电源。与柴油发电机组配套的附属设备应包括控制设备、保护设备、起动蓄电池、柴油油箱等。柴油油箱的容量满足4h满载运行的需要油量。发电机容量为1000kW。能满足各保安负载的需要。柴油发电机组可远程或就地起停，起停方式分为手动或自动。在10s以内可达到额定转速，自收到起动信号到带满载的时间小于20s。

保安电源的负载为交流密封油泵、交流润滑油泵、交流顶轴油泵、盘车电动机、各应急操作阀门、直流系统电源、主厂房事故照明、UPS系统电源、热控电源、燃机罩壳风机等。

图10-23为惠州LNG电厂保安电源的接线图。

图10-23 保安电源接线图

（一）事故保安电源的接线方式

每台机组设置一台柴油发电机组，一段交流事故保安段母线。保安段母线共有四回电源进线，两回正常电源（保安段进线电源一、二）分别来自自身机组380V工作A、B段，一回紧急备用电源来自柴油发电机组，一回后备电源（保安段进线电源三）来自另一台机组380V工作B段。正常运行时，保安段母线由一回自身机组工作段母线供电，两路正常电源进线开关均应在DCS上将“联锁”方式设置为投入，柴油发电机处于热备用状态并且相关电气联锁已投入，后备电源开关（保安段进线电源三）在隔离位置。

（二）保安段电源的自动联锁和控制说明

1.380V保安段两路正常电源开关在正常情况下应投入联锁。在联锁状态下，380V保安段的两路正常电源互为备用，当在合闸状态的开关上游开关跳闸后（非保护跳闸）或其上游工作段母线无压约2s后，在合闸状态的开关自动跳开，处于备用状态的电源进线开关会自动合上。

2.380V保安段两路正常电源开关，无论联锁是否投入，手动跳开正在供电的电源开关，备用开关不会自动合上。

3.380V保安段两路正常电源开关，在备用开关退出联锁的情况下，可以手动合上备用开关，使380V保安段两路正常电源开关并联带保安段。此方法只能在保安段切换时使用，并且不允许380V保安段两路正常电源开关长期并列运行。

4.当380V保安段的其中一个正常电源进线开关合上时，在联锁投入的情况下，禁止在DCS上对另一路正常电源开关进行合闸操作，如果此时需要合上另一路正常电源进线开关，必须在就地开关柜上直接操作。

5.每台机组的柴油发电机组作为本机组380V保安段的备用电源。当380V工作A段和380V工作B段均失压约2s或保安段失压约3s后，380V保安段的两路正常电源进线开关自动跳闸，柴油发电组自动开始起动。如第一次起动成功，则柴油发电机组的出口开关自动合闸，柴油发电机组自动带载。

6.柴油发电机组允许自起动三次，如第一次起动不成功，经延时后，开始第二次起动，如90s内三次起动均不成功，柴油发电机组将不再起动，发起动失败信号。

7.当柴油发电机组在自动备用状态时，机组接到起动信号，10～15s后机组开始带载（如一次起动成功）。

8.当采用并网柜的“STOP”按钮（即“停止机组”按钮）或将就地柴油发电机控制屏的控制开关打至“STOP”位置将柴油发电机停运时，柴油发电机组将空载运行，待机组冷却运行约300s后，机组自动停止。

9.后备电源的控制方式：在三台机组保安段进线电源开关三的开关柜面板上有一控制方式选择旋钮，可以选择“互联”、“反送”和“停用”三个位置。

（1）“互联”方式：只有当保安段的正常电源和紧急备用电源都失去的情况下才允许选择，用另一台机组的380V工作B段对保安段供电。当选用这种方式运行时，需将保安段两路正常进线电源开关一、二以及柴油发电机出口开关拉至隔离位置，并禁止对上述三个开关发合闸指令和切换后备电源的控制方式至“反送”。

（2）“反送”方式：只有当机组的380V工作B段失电无法使用相应的6kV工作B段及母联开关供电或6kV母线停电检修仍需用电时才允许选择，用另一台机组的保安段母线对机组工作B段供电。当选用这种方式运行时，需将机组的工作B段进线开关和母联开关拉至隔离位置，并禁止对上述两个开关发合闸指令和切换后备电源的控制方式至“互联”。

（3）“停用”方式：后备电源正常选择在该位置，保安段进线电源开关三及其上级开关均应拉至隔离位置。

10.后备电源的联锁

（1）互联方式包括以下情况。

1）满足以下任一条件，保安段进线开关三闭锁合闸：

①保安段进线开关一在合闸位置；

②保安段进线开关二在合闸位置；

③柴油发电机正在运行。

2）保安段进线开关三合闸运行时，满足以下任一条件，保安段进线开关三跳闸：

①保安段进线开关一有合闸指令；

②保安段进线开关二有合闸指令；

③柴油发电机有运行信号发出。

（2）反送方式包括以下情况。

1）满足以下任一条件，工作B段至另一台机组保安段进线电源三的馈线开关闭锁合闸。

①工作B段进线开关在合闸位置；

②机组工作A、B段母线的母联开关在合闸位置。

2）保安段在反送方式下运行时，满足以下任一条件，工作B段至另一台机组保安段进线电源三的馈线开关跳闸。

①工作B段进线开关有合闸指令；

②机组工作A、B段母线的母联开关有合闸指令。

（三）柴油发电机

1.柴油发电机机组性能和特点（见图10-24）

图10-24 柴油发电机结构图

惠州LNG电厂选用卡特彼勒公司生产的型号为CA3215的柴油发电机。柴油发电机组有自起动功能、带载稳定运行功能、自动调节功能、自动控制功能、并网试验功能等，现分述如下：

（1）自起动功能

柴油发电机组可以保证在全厂停电事故中，快速自起动带载运行。接到起动指令后，在10s内一次起动成功。在60s内实现一个自起动循环（即三次起动）。若自起动连续三次失败，则发出停机信号，并闭锁自起动回路。机组一次自起动成功率不小于99％。

柴油发电机组自起动成功的定义是：柴油发电机组在额定转速，发电机在额定电压下稳定运行2～3s，并具备首次加载条件。

（2）带负载稳定运行功能

柴油发电机组自起动成功后，保安负载分级投入，机组提供自动顺序合闸指令，柴油发电机组接到起动指令后10s内发出首次加载指令，允许首次加载不小于50％额定容量的负载（感性）；在首次加载后的5s内再次发出加载指令，允许加载至满载（感性）运行。

柴油发电机组能在168h内连续满载运行。柴油发电机组能在功率因数为0.8的额定负载下，稳定运行12h。

柴油发电机组在全电压下可直接起动容量不小于200kW的笼型异步电动机。

柴油发电机在负载容量不低于20％时，允许长期稳定运行。

（3）自动调节功能

柴油发电机无论在起动过程中，还是在运行中，当负载发生变化时，都可以自动调节电压和频率，以满足负载对供电质量的要求。

柴油发电机组的空载电压整定范围为95％～105％U_e。

柴油发电机组在带功率因数为0.8～1.0的负载（感性），负载功率在0～100％内渐变时应能达到：

稳态电压调整率：≤±0.5％

稳态频率调整率：≤±2％（固态电子调速器）

电压波动率：≤±0.15％（负载功率在25％～100％内渐变时）

频率波动率：≤0.5％（负载功率在0～25％内渐变时）(www.xing528.com)

恢复时间特性：≤0.5s

柴油发电机组在空载状态，突加功率因数小于或等于0.4（滞后）、稳定容量为0.2P_e的三相对称负载或在已带80％P_e的稳定负载再突加上述负载时，发电机的母线电压0.2s后不低于85％U_e。发电机瞬态电压调整率u小于或等于0.75，电压恢复到最后稳定电压的3％以内所需时间不超过1s，瞬态频率调整率小于或等于5％（固态电子调速器），频率稳定时间小于或等于3s。突减额定容量为0.2P_e的负载时，柴油发电机组升速不超过额定转速的10％。

柴油发电机组在空载额定电压时，其正弦电压波形畸变率不大于3％，柴油发电机组在一定的三相对称负载下，在其中任一相加上25％的额定相功率的电阻性负载，应能正常工作。发电机线电压的最大值（或最小值）与三相线电压平均值相差不超过三相线电压平均值的5％，柴油发电机组各部分温升不超过额定运行工况下的水平。

（4）自动控制功能

柴油发电机组自动控制功能很多，可以满足无人值守的要求，主要控制功能如下：

1）保安段母线电压自动连续监测，当有厂用电断电信号时，机组自起动。

2）自动程序起动、远程起动、就地手动起动功能。

3）柴油发电机与保安段正常电源同期并网功能。

4）柴油发电机组在运行状态下有自动检测、监视、报警、保护功能。

5）自动远程、就地手动、机房紧急停机功能。主电源恢复后，根据运行人员指令，柴油发电机组应能经与工作电源同期自动或手动并列，将负载转移至工作电源后自动或手动停机（先将负载降至零，然后拉开发电机出口断路器，原动机延时2～5min自动停机或手动停机）。

（5）模拟试验功能

柴油发电机组在备用状态时，可定期进行空载负载起动实验和带负载运行试验。通过试验检验以保证柴油发电机的可靠性。

（6）保护功能

柴油发电机组配置下列保护：

曲轴箱压力大、逆功率、过电压、低电压、紧急停机、过电流、发电机故障、差动保护、油压低、水温高、发动机超速、超载。

2.柴油发电机基本参数（见表10-4）

表10-4 柴油发电机基本参数

3.柴油发电机的有关保护

（1）发电机及其引出线保护

1）低压闭锁过电流保护：保护装设在发电机中性点的分相引出线上，动作于发电机出口断路器跳闸并灭磁和停机；保护装置接线为三相三继电器式接线；过电流保护具备速断（主保护）及定时限（后备保护）二种功能。

2）发电机差动保护：保护动作发电机出口断路器跳闸并停机；保护装置接线为三相三继电器式接线。

3）单相接地保护：保护动作于信号。（保护动作于发电机出口断路器跳闸。）

4）过电压保护：保护动作于发电机出口断路器跳闸并灭磁和停机。

5）低电压保护：保护动作于发电机出口断路器跳闸并灭磁。

6）发电机逆功率保护：保护动作发电机出口断路器跳闸并停机。

7）发电机失磁保护：保护动作发电机出口断路器跳闸并停机。

8）发电机励磁系统装设自动电压调整器故障保护。

（2）柴油机保护

1）机组超速保护：声光报警，停机关油门。

2）润滑油压低／过低：声光报警，停机关油门。

3）冷却水温高／过高：声光报警，停机关油门。

4）润滑油温高（设联会确定）：声光报警。

5）燃油箱油位低：声光报警。

6）冷却水水位低：声光报警。

7）自起动失败：声光报警，停机关油门。

4.柴油发电机组的正常运行维护

（1）正常巡视时的检查项目（机组未起动）

1）检查各电源开关已送上。

2）检查燃油箱油位在正常范围。

3）检查润滑油油位正常（如油位低，应迅速通知机修补油）。

4）检查各控制选择开关在正常位置，油路、水路各阀门开启正确。

5）检查24V直流蓄电池充电正常，电瓶上的电缆接头紧固。

6）检查紧急断油手柄在正常位置。

7）检查空气滤清器指示器指示颜色为绿色且压差指示正常（如显示红色则应更换滤芯）。

8）检查散热器、发电机本体应无异物，螺栓及护罩无松脱现象。风扇皮带没有断裂或磨损现象。

9）检查燃油箱、冷却水箱、柴油机机座以及各管路无漏油、漏水现象。

10）检查控制屏无异常报警信号，各仪表、灯光指示正常。

11）检查进、排风口的风闸已经打开。

12）检查柴油机房轴流风机运行正常。

（2）柴油机组运行中的检查项目

1）检查控制屏无异常信号。

2）检查进排风口的风闸已经打开。

3）检查润滑油压、油温在正常范围。

4）检查冷却水温在正常范围。

5）机组运行无异常声音，以及风扇皮带无断裂或磨损现象。各管路无漏油、漏水现象。

6）检查机组输出电压、电流、转速、功率因数均在正常范围。

7）检查燃油箱油位在正常范围。