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保安电源柴油发电机组一次系统图和工作逻辑 |
摘要：在发电作业中，为了更好的控制和分析，我们习惯性的把电⽓系统分为⼀次设备和⼆次设备，可是有很多的工程师对于电⽓的⼀次设备和⼆次设备的分类理解⼗分的模糊，甚⾄区别不开，其实想要弄清电⽓设备的⼀次和⼆次也是⾮常容易的。一次系统是指由柴油发电机、送电线路、变压器、断路器等发电、输电、变电、配电等设备组成的系统。一次系统是供电系统的主体，是用电负荷的载体，高电压或大电流是一次系统的主要特点。康明斯公司在本文中教导柴油发电机组操作人员熟悉本职工作范围内的一次系统概念和应用，以保证供电系统安全经济稳定运行。
一、电气设备的定义及划分
电气设备分一次设备和二次设备，一次设备以高电压、大电流为主导电回路，二次设备以低电压、小电流的控制、保护、信号、计量等为回路。我们也可以这样理解：完成发电-输电-配电功能的设备叫做一次设备，对一次设备进行控制，保护作用的设备叫做二次设备。特殊设备，如励磁、整流、调速等装置，本身包括主导电回路和控制回路，需要更详细的区分。
1、一次设备
直接⽤于⽣产、输送和分配电能的⾼压电⽓设备。包括：发电机，励磁变压器，励磁调节装置，发电机封闭母线，发电机中性点接地装置，高压配电系统，输电线路，厂用电系统，柴油发电机组等。
2、二次设备
对⼀次设备的⼯作进⾏监测、控制、调节、保护以及为运⾏维护⼈员提供运⾏⼯况或⽣产指挥信号所需的低压电⽓设备。包括：电气监控系统、励磁系统、同步系统、直流系统及不间断电源、通信系统、继电保护、自动装置等。
二、一次系统设备选择与接线
1、对于发电机的选择工作
在进行发电工作的过程中，对于发电机的选择至关重要。在对发电机进行选择时，通常最先进行考虑的是发电机的容量大小。在进行发电机容量的选择时，需要保证其能够和柴油机的容量进行相互协调，由此才能够有效保证发电机在正常运转中保持一定的稳定性和安全性。电气一次系统对于发电机的选择是有着一定的原则的，其中主要包括根据发电机的额定电压和功率因数进行选择。
（1）需要进行考虑的是发电机的额定功率和容量能够和柴油机之间的额定出力进行相互配合
（2）需要进行考虑的是发电机和柴油机两者之间的连续容量能够有所配合，这对于两者在投入使用之时能够拥有良好的运行效果具有重要意义。
（3）需要进行全面考虑的是发电机和柴油机之间频率、转速保持一致。
根据发电机的选择原则，进行电气一次系统的设备选择工作，不仅能够有效适应电气一次系统的良好运行效果，同时还能够有效保证电气设备能够正常投入使用之中。如果用户对选择缺乏足够的专业知识，可请求康明斯发电机厂家协助，其产品实物如图1所示。
2、电气主接线
（1）主母线接线工作
接线问题，是电气一次系统中的重要内容，对于的正常运行情况具有重要意义，同时还能够影响到的日常供电效果，对于人们用电情况具体重要影响。电气主接线是柴油发电机组正常进行供电工作的重要环节，是为了满足预定的功率运行和传送工作而进行设计建设的，是能够将设备之间进行相互连接的重要电路。在电气中的主接线使用过程中，能够将的电能进行有效传送，增强的供电效果。针对电气主接线的相关配电装置，最先进行考虑的通常都是电气系统的稳定性和安全性，这就表明，在进行电气主母线的接线过程中，需要做好相应的保护措施，保证所进行的相关工作都能够具有良好的安全性能。主母线接线系统的经济性、社会性以及电流传送的稳定性，也是进行电气主母线连接的重要考察点。针对配电装置中的接线方式，通常情况下，需要遵循一定的原则，当电气系统中进行主母线进出线的回路数不超过6回，此时能够采用双母线进行接线，这样做的效果是能够有效保证电气系统中主母线连接的安全性。反之，如果进出线的回路数超过6回，则需要使用断路器的一半进行相应的连接工作，这对于主母线的连接工作具有良好效果。
（2）启动电源的接线情况
启动电源是电气一次系统中的重要组成部分，对于的正常发电工作具有重要的影响和作用。在对电气系统中的启动电源进行接线时，需要综合考虑到运行过程中的各项问题，尤其是电气设备所常用的额定电压情况。当220kV及其之下的电压装置在进行运转的时候，能够采用的启动电源接线方式，通常是直接从母线进行连接的，由于配电装置所使用的电压较小，且保持在了一定的范围之内，因而能够采用较为简单的接线方式。在运行的过程中，如果各个配电装置的电压均较小，则可以使用先前的电压作为前提基础，再进行下一步的接线工作，
（3）连接主电缆的工作
电缆的选择工作，对于电气一次系统的设计和运行具有重要意义。在进行电缆的选择工作时，首先要能够有效判断出电气系统中实际所需要的电缆类型。通常情况下，电缆分为动力电缆、耐火电缆以及阻燃电缆。不同的电缆类型，所能够产生的效果也是有所不同的，基本结构如图2所示。在做好电缆的选择工作之后，还需要进行的重要工序是电缆的铺设工作。电缆的铺设方式是较为多样的，在的主厂房之中，一般选择架空敷设的方式，而针对厂区内的一般部位，则可以采取综合管架敷设的方式。
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图1 康明斯发电机组工厂设备实物图 |
图2 发电机连接电缆结构图 |
三、一次系统的应用
以核电厂一次系统为例，核电站的保安柴油发电机组种类和数量众多，分为安全级和非安全级，主要有LHH6.6kV应急配电系统中的LHA和LHB两台大功率安全级柴油发电机组，LLS水压试验泵柴油发电机组，EC厂房的LHZ380V交流发电机组，BOP厂房的380V交流发电机组、PF项目移动式应急柴油发电机组和EM楼的380V交流发电机组等组成。适用于核能发电厂的《EJ/T 625-2004核电厂备用电源用柴油发电机组准则》、《GB/T 12788-2000核电厂安全级电力系统准则》以及《EJ/T639-1992核电厂安全级电力系统及设备保护准则》，对保安柴油发电机组的技术指标、控制功能、容量和选型提出了具体的要求。核电站保安柴油发电机组的详细应用将在本书相关章节中介绍。
1、保安电源控制系统分类
由于电厂采购的保安柴油发电机组一般要求控制系统完成自身的控制和保护功能之外，还需要承担厂用电系统中数目众多的正常电源开关、备用电源开关以及联络开关的分合闸控制逻辑，因此对其控制系统的可靠性和可编程逻辑处理能力要求相当高，常规的柴油发电机组控制系统一般无法满足其使用功能要求，只有采用可编程序控制器。柴油发电机组的控制系统主要分三种：
（1）不与发电厂保安电源进行同期并网的应用（由于DL/T 5153-2014新版标准明确要求保安柴油发电机组需要配置同期并列装置，这一种不带同期并网功能的应用已经越来越少，只在一些老电厂或者小型的热电联产电厂采用）。
（2）与发电厂保安电源进行同期并网的应用（满足DL/T 5153-2014新标准的主流应用，细分为带脱硫保安段的锅炉、汽机和脱硫的三段保安段，不带脱硫保安段的锅炉、汽机二段保安段和不带脱硫保安段的锅炉、汽机二段保安段之间带联络开关）。
（3）黑启动应用，黑启动柴油发电机除了厂家配套可编程序控制器和调速板以外，还需要黑启动控制屏对厂变开关、母联开关以及柴油发电机进行控制。
2、不与发电厂保安电源进行同期并网的控制逻辑
如图3所示为洛阳某电厂保安电源一次系统图和工作逻辑，其工作过程如下：
（1）在自动工作状态下，当保安电源A段、B段中的任一段失电压或AB段同时失电压时，柴油发电机组启动，当频率、电压等各参数运行正常后，柴油发电机组发出闭合DL1开关及DL2开关，经过延时后，再合DL3开关（哪一段失压合哪段），当厂用电源AB段同时恢复正常后，通过现场或DCS进行手动操作使厂用电源恢复，恢复方式采用先分后合的断电切换方式。
（2）发电机组试运行状态工作时，柴油发电机启动，不进行与厂用电源同期。
（3）厂用电源A段、B段分别装设一个三相电压检测继电器用于电压检测。
如图4所示为扬州某电厂一次系统图和工作逻辑图，其工作过程如下：
（1）正常情况下，QF1及分支开关QF11、QF21均处于断开状态。
（2）当保安段只有一段失压且对应段工作电源进线开关QF12或QF22开关跳闸时，柴油机房控制柜发出QF11、QF21合闸指令，且装置输出备自投后加速信号，若故障没有切除，则快速跳闸，同时闭锁合-QF11（或-QF21）。
（3）开关（-QF12、-QF22）同时跳闸及保安A、B两段母线同时失电时，柴油发电机组自动启动，启动成功后，同时联锁开关（-QF12及-QF22）及（-QF11及-QF21）跳闸，发电机组建压建频率后，合开关QF1，延时合开关QF11，后延时合开关QF21。
（4）工作电源恢复时，DCS发出解除自启动命令，控制系统解除QF11，QF21 自动合闸功能，值班运行人员通过DCS断开保安A段备用进线开关（-QF11），闭合工作电源开关-QF13，合保安A段工作进线开关（-QF12），然后，断开保安B段备用进线开关（-QF21），闭合工作电源开关-QF23，同时，闭合保安B段工作进线开关（-QF22）可手动启机，进行开关切换。
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图3 保安电源一次柴油发电机组总输出母线 |
图4 保安电源柴油发电机组一次系统图和工作逻辑图 |
总结：
综上所述，我们可知由电⽓⼀次设备相互连接，构成发电、输电、配电或进⾏其他⽣产过程的电⽓回路称为⼀次回路或⼀次接线系统。进行一次系统的设计，能够有效增强的发电效果，逐步提升自身的供电水平，从而为人们日益增长的电力需求提供良好的前提条件。电气中的主母线接线情况和电气系统中启动电源的接线情况，都是电气一次系统设计的重要内容。
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