張文杰

（佛山市南海綠電再生能源有限公司，廣東 佛山 528222）

垃圾焚燒發(fā)電廠和一般火力發(fā)電廠的低壓廠用電400V系統(tǒng)母線的備用電源，都是采用先斷開工作電源開關(guān)后合上備用電源開關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)備用電源自投，其切換時(shí)間超過500ms，由于切換時(shí)間過長(zhǎng)大部分交流控制的接觸器、繼電器會(huì)失電返回，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也無法幸免。熱控計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)為了避免這種情況，一般會(huì)采用設(shè)備和電源冗余設(shè)計(jì)的方式，即主機(jī)利用UPS供電的方式，備機(jī)利用普通廠用電源或保安電源的供電方式。但當(dāng)UPS故障或主機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)問題自動(dòng)切換至備機(jī)運(yùn)行時(shí)，備機(jī)供電可靠性就變得非常重要，一旦失電就會(huì)造成機(jī)組失去監(jiān)視和控制，導(dǎo)致停機(jī)停爐，很容易釀成主設(shè)備損壞的重大事故，所有有必要進(jìn)一步提高重要設(shè)備的供電可靠性。利用STS（Static Transfer Switch）靜態(tài)開關(guān)快速切換的特性，在已有的措施上增加使用雙電源STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，與UPS配合實(shí)現(xiàn)了電源的冗余，實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備和系統(tǒng)的不間斷供電。

1 STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（static transfer switch）原理

如圖1所示，雙電源自動(dòng)STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置由智能控制板、高速可控硅構(gòu)成，STS的兩路靜態(tài)開關(guān)是嚴(yán)格互鎖，轉(zhuǎn)換瞬間源與源之間沒有環(huán)流，其標(biāo)準(zhǔn)切換時(shí)間為≤8ms，一般在5ms內(nèi)完成切換，即可恢復(fù)對(duì)負(fù)載可靠供電，在切換過程中不影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的影響，這是普通斷路器或接觸器切換方式無法比擬的（其切換時(shí)間一般大于100ms）。STS單相輸出最大容量可達(dá)100A以上（22kVA）。

STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)采用先斷后通的切換方式，可以實(shí)現(xiàn)不同輸入電源之間的不間斷切換，為單電源負(fù)載提供雙母線供電，如：非關(guān)聯(lián)UPS系統(tǒng)的n+1冗余、不同容量 UPS系統(tǒng)的 n+1冗余、不同型號(hào)UPS系統(tǒng)的n+1冗余、不同市電的冗余、市電與發(fā)電機(jī)的冗余。

圖1 單相雙電源STS靜態(tài)開關(guān)切換原理圖

正常工作狀態(tài)下，在主電源處于正常的電壓范圍內(nèi)，負(fù)載一直連接于主電源。在主電源發(fā)生故障時(shí)，負(fù)載自動(dòng)切換到備用電源，主電源恢復(fù)正常后，負(fù)載又自動(dòng)切換到主電源。

STS切換裝置具有完善的保護(hù)和切換功能：

1）高低壓保護(hù)功能。當(dāng)輸入交流電源低壓、高壓時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向另一路電源。

2）過流保護(hù)功能。當(dāng)STS感應(yīng)的負(fù)載電流超過預(yù)先設(shè)定的過流值時(shí)，表示有沖擊電流或者過載，這時(shí)即使主電源電壓超出正常的電壓范圍，STS也不發(fā)生轉(zhuǎn)換。在負(fù)載電流恢復(fù)到正常值時(shí)，過流抑制模式自動(dòng)復(fù)位，STS恢復(fù)到正常的工作模式。

3）在線檢測(cè)。當(dāng)任一時(shí)刻，某一路電源斷電（含人工切換），設(shè)備會(huì)自動(dòng)切換到另一路，免除人工切換或斷電的危險(xiǎn)，緊急轉(zhuǎn)換優(yōu)先任何轉(zhuǎn)換或者抑制。

4）智能報(bào)警功能。當(dāng)電源斷電、電壓超限時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

5）手動(dòng)切換功能。兩路電源正常時(shí)，可隨意將負(fù)載轉(zhuǎn)向另一路電源供電。

6）閉鎖功能。當(dāng)某路電源斷電或超限時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)閉鎖手動(dòng)、自動(dòng)切換，防止誤切換。

7）在線監(jiān)視功能。為了確保正確運(yùn)行，STS不停地監(jiān)視SCR的狀態(tài)。在供給負(fù)載電源的SCR發(fā)生短路時(shí)，STS將自動(dòng)告警提示，并迅速打開另一路電源的隔離開關(guān)。在另一路SCR發(fā)生短路時(shí)，STS自動(dòng)告警提示，并迅速找開這一路電源的隔離開關(guān)。在SCR開路時(shí)，STS將自動(dòng)告警，切換打開先前的隔離開關(guān)。所有的開路和短路告警都將被鎖定，要求系統(tǒng)進(jìn)行維修并復(fù)位到原先的正常工作狀態(tài)。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 DCS系統(tǒng)電源改造

佛山市南海綠電再生能源有限公司（垃圾焚燒發(fā)電廠）#4機(jī)組故障，使10kV6M母線失電，母線上的所有設(shè)備包括#7、8低廠變、#0備用變失電，相應(yīng)的400V7M、8M、備用段母線失電，使接在上面的DCS系統(tǒng)的PLC備機(jī)失去工作電源，所幸PLC主機(jī)由UPS供電全部機(jī)組的監(jiān)視和操作一切正常，待故障處理完恢復(fù)了所有系統(tǒng)的運(yùn)行。但過了五天，#6焚燒爐監(jiān)盤電腦上的所有參數(shù)突然變成灰色數(shù)值不變，由于失去監(jiān)視和軟操，#6焚燒爐被迫緊急壓火解列。檢查發(fā)現(xiàn)#6爐DCS系統(tǒng)的PLC主機(jī)通訊出現(xiàn)問題、備機(jī)沒有運(yùn)行，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)#4機(jī)、#5爐、公用系統(tǒng)的備用CPU也出現(xiàn)同樣的問題。

分析PLC供電方式，造成這一結(jié)果是五天前的400V8M 失電后PLC備機(jī)失電，在電源恢復(fù)正常后PLC備機(jī)無法自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行，而運(yùn)行人員沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的報(bào)警信號(hào)。DCS電源系統(tǒng)圖如圖2所示。

DCS的PLC備機(jī)只有來自400V8M母線的一路電源供電，可靠性相當(dāng)薄弱，為改變這一狀況，對(duì)PLC備機(jī)采用雙電源STS靜態(tài)切換裝置（容量80A）供電，工作電源取自原8M母線，備用電源取自UPS逆變輸出，經(jīng)改造（見圖3）后進(jìn)行多次切換試驗(yàn)，PLC備機(jī)仍能正常工作。而主機(jī)PLC仍采用原來的UPS供電方式，因?yàn)閁PS在逆變故障時(shí)能自動(dòng)切換至旁路電源，滿足實(shí)際的要求。

圖2 DCS電源系統(tǒng)原圖

圖3 DCS電源系統(tǒng)改造圖

2.2 煙氣處理PLC控制系統(tǒng)電源改造

垃圾焚燒的煙氣處理PLC系統(tǒng)為單機(jī)型式，負(fù)責(zé)#4、5、6爐煙氣處理設(shè)備（脫硫塔、布袋除塵等）的全部控制處理過程，保證煙氣排放中的各種指標(biāo)（CO、CO2、HCI、SO2、H20、O2、NOX、HF和煙氣含量）合格。PLC的供電取自于400V5M母線，在#4爐的一次小修中由于運(yùn)行人員誤停電，導(dǎo)致PLC失電，其余#5、6爐的脫硫塔、布袋除塵器停運(yùn)，煙氣排放超標(biāo)。后增加了雙電源STS靜態(tài)開關(guān)切換裝置，從UPS引入一路電源作為工作電源，原電源作為備用電源，經(jīng)改造后未出現(xiàn)過問題，如圖4、圖5所示。

圖4 改造前

圖5 改造后

3 結(jié)論

在交流控制電源的不間斷供電方式中，使用UPS裝置是目前主要的手段，但當(dāng)UPS出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)變得非常被動(dòng)，利用STS靜態(tài)開關(guān)快速切換的特性與UPS進(jìn)行互補(bǔ)，可以進(jìn)一步提高供電可靠性，減少控制電源因素引起的停機(jī)停爐事故的發(fā)生。