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第八章发电机组保安电源系统第一节概述机组保安电源系统由交流事故保安电源和交流不停电电源系统组成。交流事故保安电源是专门供电给交流事故保安负荷的电源系统。而交流不停电电源则是专门供给交流不允许间断供电负荷的电源系统。一、交流事故保安负荷交流事故保安负荷一般可分为允许短时间断供电的负荷和不允许间断供电的负荷两类。(一)允许短时间断供电的负荷1．旋转电机负荷(1)汽机盘车电动机和顶轴油泵。一般在机组停机后20min内起动，至少需要连续运转6—8h。对于大容量机组，如1000Mw机组，甚至需要连续运行1—2天。(2)交流润滑油泵。交流润滑油泵是事故停机后最先起动的电动机之一，并在整个停机过程中连续运行，直至盘车终止后还需要运行两小时。(3)交流密封油泵。当发电机为氢冷却时，交流密封油泵在事故停机后最先起动，在整个过程中连续运行。(4)回转式空气预热器的电动盘车装置。在事故停机后需立即投入运行，一般需连续运行数小时。(5)汽动给水泵盘车电动机。可以连续运行，也可断续运行。(6)各种辅机的交流润滑油泵，如汽动给水泵润滑油泵，电动给水泵润滑油泵，送风机及其电动机的润滑油泵，引风机及其电动机润滑油泵，磨煤机润滑油泵，一次风机及其电动机的润滑油泵，回转式空气预热器的润滑油泵。这些辅机的润滑油泵电动机均在机组事故停机后立即投入并运行至辅机停转后。当润滑油系统具有双套油泵互为备用时，双套油泵电动机均应作为事故保安负荷，但在计算事故保安系统的容量时只计及其中一套油泵电动机的容量。(7)电动阀门。必须作为事故保安负荷的电动阀门为数极少，如真空破坏阀、抽气逆止阀等。因为这些阀门容量很小，运行时间很短，在统计事故保安系统的总容量时不予计入。2．静止负荷(1)蓄电池的浮充电装置：蓄电池的浮充电装置在发电厂事故停电的情况下的负荷约为装置额定容量的30％一50％。(2)事故照明。(二)不允许间断供电的负荷不允许间断供电负荷包括：①计算机系统微机保护、微机远动装置和各种变送器；②汽机电调装置；保护联锁装置；③主要的热工测量仪表等。以上这些负荷投入时间小于5ms。二、专用柴油发电机组作为事故保安电源1、柴油发电机组的特点(1)柴油发电机组的运行不受电力系统运行的影响，是独立的可靠电源。它起动迅速．国126产柴油发电机组起动时间约为15s，能满足发电厂中允许短时间断供电的交流事故保安负荷的要求。(2)柴油发电机组的制造容量有许多等级，可根据需要选择和配置合适的设备容量。(3)柴油发电机组可长期运行，满足长时间事故停电的供电要求。(4)柴油发电机结构紧凑，辅助设备较为简单，热效率较高，因此经济性较好。2交流事故保安电源系统电气接线2．1电气接线的基本原则(1)柴油发电机组与汽轮机发电机组成对应性配置。一般300Mw及以上机组，每台机组配置一套柴油发电机组。(2)交流事故保安电源的电压及中性点接地方式与低压厂用工作电源系统—致。—般每台机组设置一个事故保安母线段，单母线接线。当事故保安负荷具有互为备用的I类电动机时，保安段应采用与低压厂用工作母线相应的接线方式。这样1000Mw机组每台机组设置二个事故保安母线段wA、wB段，每台机组的交流事故保安负荷应由本机组的保安母线段集中供电。(3)交流事故保安母线段除了由柴油发电机组取得电源外，必须由厂用电取得正常工作电源，以供给机组正常运行情况下接在事故保安母线段上的负荷用电。(4)在机组发生事故停机时，接线应具有能尽快从正常厂用电源切换到柴油发电机供电的装置。(5)柴油发电机组的电气接线应能保证机组在紧急事故状态下快速自起动．并能适应无人值班的运行方式。2．2基本接线方式如图所示，一台机组配一套柴油发电机组．适用于玉环电厂1000Mw机组，其单元性强、可靠性高、事故保安段母线采用两段单母线是为了与厂用工作母线的接线相对应。图8-1-1一机一套的交流事故保安电源系统接线对于柴油发电机组的容量，根据事故保安负荷统计情况及国内现有的用于应急电源的柴油发电机组的制造情况，大致推荐配套情况为：对1000MW机组，一机配一套800--l200kw柴油发电机组。对于机组的保安负荷，设置1组保安P/C对其供电。保安P/C有2个电源，正常运行时，母线通过一台10/0.4KV低压厂用变压器供电；当保安P/C失电时，柴油发电机自动投入。127第二节UPS系统的基本构成及应用交流不停电电源UPS(uninterruptiblepowersystem)一般为单相或三相正弦波输出，为机组的计算机控制，数据采集系统，重要机、电、炉保护，测量仪表及重要电磁阀等负荷，提供与系统隔离防止干扰的、可靠的不停电交流电源。它是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压恒频输出的电源设备。由于玉环电厂每台机组设有一台应急柴油发电机组。为了防止机组在任何情况下失电，每台机组配置两套完全独立的不间断交流系统（UPS系统）。每套UPS系统主要由整流器、逆变器、静态切换开关、手动旁路开关、隔离二极管、旁路变压器、调压器以及配电屏组成。一、UPS系统简介如上所述，交流不停电电源系统包括一套静态不停电电源（UPS），其主要部件是整流器、逆变器、静态转换开关、手动控制的旁路开关、闭锁二极管、旁路（备用）电源变压器及电压调整变压器、主配电屏，还有若干个配电分屏。此系统输出有单相两线制230V、50Hz的经高电阻接地或直接接地系统，也有三相四线制400/230V、50Hz的中心点直接接地系统。以华东电网为例，北仑电厂使用独立的一套不停电电源系统，为230V、50Hz的直接接地系统；石洞口二厂使用两套独立的不停电电源装置，其输出为单相120V、50Hz的直接接地系统；平圩电厂则使用两套相互独立的不停电电源系统，其中一套为230V、50Hz的直接接地系统，另一套为400/230V、50Hz的直接接地系统。不停电电源系统构成原理接线框图见图8-2-1，各部件及其作用作以下介绍。图8-2-1不停电电源系统构成原理接线框图1、整流电路固态整流电路由交流输入隔离变压器、三相半控桥式整流电路和逻辑控制电路等构成，其输出直流电压水平由逻辑电路控制可控硅的导通时间来决定，整流电路输出用于向逆变器供应一个固定不变的直流电源，其输入电压是三相380V、50Hz的外部交流电源。稳态电压变动率为额定电压的±10%，频率变动率为额定频率的±5%，在各种负荷条件下，输出电压调整得不低于252V，该值为蓄电池正常最高电压，这样可以保证整流电路的输出电压总是高于机组直流系统在浮充和均衡充电期间蓄电池端子上的电压。因此机组直流系统不会向逆变器馈电。400V交流A母线输入隔离变压器整流电路逆变器电路静态转换开关手控旁路开关230V直流母线来闭锁二极管手控旁路开关手控旁路开关调压变压器输入隔离变压器400V交流B母线到UPS主配电1282、逆变器电路输入逆变器的电源包括调整好的整流电路输出电源，又包括机组蓄电池引来的电源。逆变器的输出电压随蓄电池的电压变化在189～（完全放电状态）252V（均衡充电状态）范围内。逆变器输出为单相230V(或三相400/230V)、50Hz的交流电压，电压的变化率控制在额定电压的±2%，频率的变化限制在额定频率的±0.5%。逆变器输出总的谐波畸变不超过5％。逆变器电路(简称逆变器)是由全控桥式连接的可控硅、同步跟踪和自锁定等电路构成。全控桥式逆变器是将直流转变为交流，由4只可控硅组成，每个输出支路通过两个相应的可控硅在电源的正、负极之间来回切换，改变可控硅支路正向和反向开通时间比，平均输出电压也就随着变化(脉冲调制)。逆变器具有同步跟踪电路、它使逆变器锁定在与外部交流电源同步状态，当外部交流电源失去后或外部交流电源频率变化范围超出整定值时，逆变器转而使用内部基准晶振回路，其频率值由内部调节整定，当其检测出外部基准电压频率漂移时，并能将它切换同时禁止静态开关切换。逆变器有防止过载和短路的限流电路、直流电压低跳闸和本体温度高跳闸电路，必要时可使逆变器电压降低从而把输出电流限制在某个范围以内，通过静态转换开关迅速向备用电源切换。3、闭锁二极管闭锁二极管是用来使整流器输出的直流电源与机组提供给逆变器的直流备用电源（见图6-2-l中“230V直流母线来”）隔离开，使得交流不停电电源系统（UPS）的整流器不会向机组直流系统馈电，以防该整流器过载。闭锁二极管的额定电流能承担逆变器的最大输入电流。对二极管输出端的短路是由其自己来保护的。4、备用电源输入隔离变压器及调压变压器电源输入隔离变压器与调压变压器为串联连接，用来提供230（400/230）V的外部交流（备用）电源。调压变压器是用自动调节来维持与逆变器有相同输出电压的，也有的采用磁饱和型交流稳压回路，通过控制磁放大器的饱和度，使其阻抗发生变化来达到输出电压稳定的。5、静态转换开关每一套不停电电源系统配备一套无触点静态转换开关，是一对反并起来的可控硅，具有自动和手动切换功能。在发生下列情况之一时，静态转换开关将自动快速地将电源切换到外部交流（备用）电源。（1）逆变器失去输出或输出电压快速降低至80%额定电压。（2）逆变器受到过激的冲击或过负荷。（3）交流不停电电源系统负载回路发生短路。（4）逆变器超温。发生上述短路或过载情况的快速切换到旁路电源供电，是为了提供足够的短路电流，以使保护装置迅速切除故障，短路电流被切除之后，负荷又自动转回逆变器供电。静态转换开关快速切换时，包括传感时间在内整个转换时间不超过1/4周期，至旁路电源的转换是没有相位差的，这点是由逆变器的同步电路来保证的，无相位差对于敏感的负荷如计算机之类的负荷是很重要的。另外，有的厂家交流不停电电源(UPS)中还增设了慢速切换功能，如北仑电厂的交流不停电电源在下列情况下静态转换开关慢速切换。（1）当逆变器输出电压过高，静态转换开关自动慢速切换到外部交流电源，并且闭锁转换开关；当需转换到逆变器供电时，应手动按复归按钮解除闭锁。（2）当逆变器输出电压缓慢降低至90%额定电压时，静态转换开关慢速（小于200ms）切换至外部交流电源。1296、手控旁路开关具有接通/中间/断开三个位置的手控旁路开关的作用是，在逆变器及静态转换开关退出运行进行维修时，可不使负荷停电。手控旁路开关投入完全外部交流电源时，静态转换开关即被旁路，并切断至逆变器的同步信号。手控旁路开关的中间位置用以从旁路位置转换至正常位置时过渡接人同步信号，在转为逆变器供电前检测逆变器输出与外部交流（备用）电源应为同步。二、玉环电厂UPS系统1、UPS系统模块的组成采用青岛艾迪森科技有限公司的型号为DP31080-220/230-R（8套）和DP31020-110/230（2套）两个系列，UPS装置由以下三部分构成：1、UPS主机，包括：输入隔离变压器、整流器、逆变器、输出隔离变压器、静态旁路开关、手动检修旁路开关、逆止二极管等。2、旁路隔离稳压柜，包括：旁路隔离变压器、旁路调压器、补偿变压器等。3、馈线屏，包括：馈线开关、控制仪表等。UPS装置为三相输入、单相输出，旁路输入电源为单相，直流输入由厂用直流蓄电池供电。2、UPS系统主要设备的工作原理图8-2-2所示，一套UPS装置主要由整流器、逆变器、静态旁路开关、逆止二极管和旁路电源隔离变压器和电压调节器等组成，其工作原理简述如下：表8-2-2UPS一次系统图1、整流器整流器是固态型，它能提供给逆变器固定的直流电压，整流系统包括输入变压器，整流器及控制设备等。整流器为6脉冲可控整流，采用DSP控制下的数字移相技术，以及电压步进与电流步进技术，内置高次谐波滤波器，避免了对电网的谐波干扰。2、逆变器UPS的技术性能很大程度上取决于逆变器的性能，它对UPS装置输出波形及其谐波含量、装置效率、可靠性及对负载变化的瞬态响应能力都有决定影响，它的作用是将整流器输出的直流电或来自蓄电池的直流电变换成110V或220V、50Hz正弦交流电。每台UPS配有多台固130态逆变器并联冗余运行。当一台故障时，其他逆变器仍可正常运行。逆变器的直流输入电压与整流器的输出电压相一致。当由蓄电池组供电时，在其最高电