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摘要：备用发电机组是供电系统中的重要设备，特别是在重要的用电系统，比如数据中心、医院、通信、金融系统、高层建筑等，还有一些场所以发电机组作为主用电源来应对市电不稳定而带来的风险，同时在一些法律法规中，要求备用发电机组能够在快速启动并承担满负荷运行。这些都对备用发电机组的可靠性、耐久性以及性能指标提出更高的要求。
关键词：提高；备用电源；可靠性
1可靠性的概述
电气和电子工程师协会（IEEE）是以这种方式定义可靠性：可靠性是一个设计工程学科，它运用科学知识来保证产品在给定的环境中对所需的时间执行其预期的功能。这包括在整个生命周期中对产品进行维护、测试和支持的能力的设计。可靠性最好的描述是产品性能随着时间的推移，它反映了产品的时间质量。平均无故障间隔时间（MTBF），英文全称是“MeanTimeBetweenFailure”，是衡量可靠性的指标。可靠性设计涵盖整个系统，包含发电机组，切换装置，开关设备和控制系统等，定义的另一部分还涉及到维护、测试和支持等所有后期的运营工作，必须作为一个整体来统筹规划。另一方面，可靠性也要从经济的角度考虑，通常要获得更高的可靠性，系统设计必须有冗余，功能更先进，以及更高等级的维护，这样都会增加投资及运营成本。对于严重财产损失的部门，比如银行、数据中心，它往往是有意愿投资更多，以提高系统的可靠性。例如，在Uptime数据中心TierIV的设计拓扑结构图中，建议使用n＋1冗余设计配电系统、发电机组、UPS系统，n+1的冗余能够保证设备维护不会影响备用电源系统的可用性，虽然增大投资成本，但可靠性和可用性提高，有些行业电力中断将对生产活动造成很大的经济损失，比如水泥、冶金、化工等行业，一个更可靠的电力系统的投资是必须的。除此之外，会影响人身安全的电力供应，如通风系统、电梯和楼梯间照明，也很关键。每个用电系统都必须确定它合理的可靠性水平，或者它可以容忍的风险系数。在增大投资用于冗余、消除单点故障的同时也增加了系统的复杂性，就这一点来说，系统设计本身可能会威胁到可靠性。在确定什么级别的可靠性可以接受和负担得起之后，再来确定系统设计和设备选择。
2备用电源线路保护优化
为避免重合闸失败造成厂外备用电源非预期丧失，研究厂内、厂外电源供电路径和厂用电系统运行工况，以寻找提高厂外备用电源可靠性的措施。正常运行时，厂用电系统电源由５００ｋＶ外电网经机组主变提供，启动变下游开关分闸，２２０ｋＶ厂外备用电源处于热备用状态，即２２０ｋＶ输电线路工作在单侧电源供电方式。若事故导致５００ｋＶ主电源丧失，则继电保护动作切除５００ｋＶ系统后再将２２０ｋＶ备用电源投入，此时厂内负荷由２２０ｋＶ备用电源单独供电，电厂所配置的柴油发电机组不会启动。若２２０ｋＶ备用电源未能正常投运，则根据厂内母线失电信号，系统自动断开失电母线与厂用电系统的联络开关，相应柴油发电机组自动启动，并进行安全重要负荷的自动加载。由以上分析可知，２２０ｋＶ厂外备用电源不仅在热备用时为单侧电源供电系统，而且在厂外主电源丧失后的自动投运期间也始终为单侧电源运行方式。基于此，结合电网调度要求，将２２０ｋＶ厂外备用电源线路保护由双侧跳闸改为对侧（电源侧）跳闸，即投入电厂对侧线路保护、断路器跳闸功能和重合闸功能，投入电厂本侧线路保护参与电厂对侧的保护计算，本侧断路器跳闸功能和重合闸功能退出。
3备用电源线路保护投退
２２０ｋＶ厂外备用电源处于单侧电源运行方式时，可将本侧断路器跳闸功能和重合闸功能退出，以提高供电可靠性。若２２０ｋＶ厂外备用电源运行在双侧电源工况，则必须将本侧断路器跳闸功能和重合闸功能投入，以确保线路保护完整。为此，对厂用电系统运行工况进行深入研究，分析筛查可能导致２２０ｋＶ厂外备用电源成为双侧电源的特殊情况。
3.1当运行或检修需要进行５００ｋＶ厂外主电源和２２０ｋＶ厂外备用电源切换时，为防止厂用负荷失电，采取手动并列切换，即手动将５００ｋＶ厂外主电源和２２０ｋＶ厂外备用电源同时投入，线路短时合环运行。此时，２２０ｋＶ厂外备用电源运行在双侧电源工况。
3.2２２０ｋＶ厂外备用电源供给厂用电期间，若手动进行机组或应急柴油机并网试验，则由于柴油机向厂用电系统输出功率，因此２２０ｋＶ厂外备用电源同样运行在双侧电源工况。此两种工况的出现均因运行人员手动操作，不由继电保护自动触发。在执行操作前，需提前投入２２０ｋＶ厂外备用电源线路本侧断路器跳闸功能和重合闸功能，保证线路保护的完整性；完成操作后，需退出２２０ｋＶ厂外备用电源线路本侧断路器跳闸功能和重合闸功能，提高备用电源线路运行的可靠性。
4扩建工程优化
为建设能源基地，该核电厂在已有２台投运核电机组的基础上，开始建设２台新的核电机组。为满足电厂扩建后对２２０ｋＶ厂外备用电源的需求，需对备用电源进行升级改造。改造后的厂外备用电源电气图如图1所示，由原一路备用电源升级为两路备用电源，由原单母线供电升级为双母线供电，大幅提高了备用电源供电的可靠性。
图1改造后的厂外备用电源电气图
升级改造完毕后，原厂外备用电源带Ｉ母运行向＃１、＃２机组提供备用电源，新增厂外备用电源带ＩＩ母运行向＃３、＃４机组提供备用电源。２条厂外备用电源在正常自动工况下仍保持单侧电源运行方式，第２节与第３节中的保护优化措施仍有效。但是，由于运行或维修的需要，手动进行备用电源并列切换、母线并列切换或启动变高压侧开关并列切换等倒母排操作时，厂外备用电源线路将运行在双侧供电工况，因此在执行倒母排操作前，需提前投入厂外备用电源线路本侧断路器的跳闸功能和重合闸功能，待操作完毕后再退出。
5结语
备用发电机组是非常可靠的机器，然而发电机组是一个备用电源系统中的一个组件，系统可靠性需要考虑总体系统设计。在设计之初，协调与发电机组关联的各专业，包括输配电设备和监控系统供应商在设计、安装和调试过程中良好合作，充分讨论潜在的故障模式，系统投入运营后设备管理人员遵循发电机组制造商的建议进行正确的维护保养，都是最大限度地提高系统可靠性的因素。
参考文献：
[1]王钰，宋利明，高洪兴.丰镇发电厂厂用备用电源可靠性的分析[J].内蒙古科技与经济，2013，（14）：76+78.
[2]张学兵.充分利用备用电源自动投入装置提高供电可靠性[J].内蒙古科技与经济，2011，（05）：110-111+113.
论文作者:张海
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/22
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