快切裝置在呼石化500萬噸擴(kuò)能改造項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

云瑞軍

（中國(guó)石油呼和浩特石化公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

概述

石化企業(yè)工藝裝置的生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)，且生產(chǎn)裝置屬于爆炸火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境，其用電負(fù)荷絕大部分屬一、二級(jí)負(fù)荷，一級(jí)負(fù)荷中尚有特別重要的負(fù)荷，一旦中斷供電需較長(zhǎng)時(shí)間恢復(fù)生產(chǎn)，并可能引起爆炸、火災(zāi)、人身傷亡和設(shè)備損壞等重大事故，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此石化企業(yè)的安全、連續(xù)、可靠供電顯得十分重要。

1 呼石化原供電系統(tǒng)及備用電源切換方式

呼和浩特石化公司原有電力系統(tǒng)兩路110kV進(jìn)線為分段單母線接線方式，由兩臺(tái)主變（容量16000kVA）降壓至6kV給各區(qū)域變電所，6kV、380V分段斷路器設(shè)置備自投裝置，并設(shè)手動(dòng)、自動(dòng)切換開關(guān)。

由于原備自投裝置的啟動(dòng)是以工作母線失壓為判據(jù)，并沒有采用啟動(dòng)更迅速的保護(hù)或失電為啟動(dòng)信號(hào)，且備自投切換時(shí)間比較長(zhǎng)（一般在1～2S），所以在備自投動(dòng)作前，裝置的高壓電機(jī)已經(jīng)因低電壓保護(hù)跳閘，而低壓電動(dòng)機(jī)控制回路里的交流接觸器也因失電而釋放，故而備自投在以往的實(shí)際運(yùn)行中沒有真正起到為裝置提供連續(xù)可靠供電的作用。

2 呼石化新建供電系統(tǒng)及備用電源切換方式

呼石化500萬噸項(xiàng)目新建總變?nèi)匀皇莾陕?10kV進(jìn)線，由于新建500萬項(xiàng)目供電負(fù)荷的大幅增加（計(jì)算負(fù)荷為56262kW），故廠區(qū)主供網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)由6kV改為35kV，35kV/6kV區(qū)域或聯(lián)合裝置的變電所采用線路－變壓器組方式，全廠配電系統(tǒng)以放射式向轄屬的下一級(jí)變配電所或變配電裝置直供。

為了能夠更好的保證裝置供電的可靠性和連續(xù)性，新建項(xiàng)目35kV母聯(lián)斷路器、6kV配電裝置的分段斷路器按照無擾動(dòng)快速切換的備用電源自動(dòng)投入裝置設(shè)置。我公司快速切換裝置采用的是當(dāng)前快切裝置市場(chǎng)上技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定的ABB公司SUE3000快切裝置和合富機(jī)電TPM300快切裝置產(chǎn)品。

3 快切裝置切換方式介紹

快切裝置動(dòng)作按切換方式的優(yōu)先級(jí)區(qū)分一般包括快速切換、首次同期點(diǎn)切換、殘壓切換和延時(shí)切換4種切換方式。

快速切換是當(dāng)母線電源中斷后，母線殘壓和備用電源電壓之間的相位差不超過20的情況下，同時(shí)發(fā)出斷路器的分、合閘指令，跳開工作電源，同時(shí)合上備用電源。系統(tǒng)實(shí)際無流時(shí)間僅為斷路器合、分閘時(shí)間之差（一般不超過20ms）?？焖偾袚Q的切換時(shí)間極短，切換全過程不超過100ms，完全滿足系統(tǒng)對(duì)沖擊電流的要求。

圖1表示采用快速切換模式進(jìn)行切換的波形圖，從圖中可以看到，母線的實(shí)際無流時(shí)間為12.5ms，這種切換方式可以實(shí)現(xiàn)幾乎無沖擊電流的快速切換。

圖1 快速切換錄波圖

首次同期切換（切換過程250－500ms）是當(dāng)母線殘壓和備用電源電壓相對(duì)旋轉(zhuǎn)一周又回到同期點(diǎn)，這時(shí)角差為零，差壓也較小，若在這一時(shí)刻合上備用電源，電氣設(shè)備受到的沖擊也較小，這種切換稱為首次同期點(diǎn)切換。圖2為首次同期點(diǎn)切換的錄波圖。從波形圖我們看到，沖擊電流比快速切換增大了許多，但還是在系統(tǒng)可接受的范圍內(nèi)。

圖2 首次同相切換錄波圖

殘壓切換（切換過程 400－1200ms）是當(dāng)母線殘壓衰減到低于設(shè)定值時(shí)合上備用電源。一般來講，當(dāng)母線殘壓低于40%的額定電壓時(shí)進(jìn)行切換，沖擊電流已降到可接受的范圍內(nèi)。圖3為殘壓切換的錄波圖。從波形圖中可看到，差壓輪廓線的周期逐漸減小，反映了電動(dòng)機(jī)減速的過程，殘壓切換引起的沖擊電流較大。

圖3 殘壓切換的錄波圖

延時(shí)切換（切換過程大于1700ms）是在發(fā)出切換指令后經(jīng)過一定的延時(shí)后合上備用電源的切換方式，一般設(shè)定1.5s的等待時(shí)間。

綜合以上四種切換模式的分析，切換裝置設(shè)計(jì)的基本原則是盡量減小切換過程產(chǎn)生的沖擊電流，其中最主要而且最理想的是快速切換，所以機(jī)組正常啟停的切換以及故障時(shí)的切換必須首先采用快速切換，除非快切失敗才繼續(xù)執(zhí)行備用切換模式。另外切換裝置的所有4種切換模式是在同一時(shí)刻同時(shí)啟動(dòng)的，即4種不同的邏輯程序同時(shí)運(yùn)行。

4 呼石化快切裝置的調(diào)試應(yīng)用

在項(xiàng)目施工單位完成項(xiàng)目施工以及快切裝置參數(shù)的設(shè)定后，我公司技術(shù)人員協(xié)同施工單位及快切裝置生產(chǎn)廠家調(diào)試人員對(duì)快切裝置進(jìn)行了調(diào)試與試驗(yàn)。

在快切裝置投入運(yùn)行后，在不同起動(dòng)方式下（手動(dòng)起動(dòng)、保護(hù)起動(dòng)、低電壓起動(dòng)）起動(dòng)快切裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行切換試驗(yàn)，快切裝置快速完成切換，切換過程中供電系統(tǒng)沒有受到?jīng)_擊和擾動(dòng)。接下來我們?cè)趦啥文妇€沒有帶負(fù)荷的情況下進(jìn)行了手動(dòng)起動(dòng)、模擬保護(hù)起動(dòng)、模擬低電壓起動(dòng)切換試驗(yàn)，快切裝置動(dòng)作執(zhí)行切換。手動(dòng)起動(dòng)、模擬保護(hù)起動(dòng)時(shí)執(zhí)行了快速切換，模擬低電壓起動(dòng)時(shí)執(zhí)行了殘壓切換。

另外，在生產(chǎn)裝置電機(jī)單機(jī)試運(yùn)過程中我們還進(jìn)行了帶負(fù)荷情況下保護(hù)起動(dòng)的快速切換模擬試驗(yàn)。以動(dòng)力站變電所為例：動(dòng)力站一段母線所帶負(fù)荷為2臺(tái)阿特拉斯壓縮機(jī)和四臺(tái)6KV變壓器所帶的15臺(tái)低壓電動(dòng)機(jī)，另一段母線不帶負(fù)載。短接綜保電流保護(hù)起動(dòng)信號(hào)接點(diǎn)模擬動(dòng)力站1#出線柜斷路器電流保護(hù)跳閘故障，快切裝置即刻起動(dòng)完成了快速切換，整個(gè)切換過程中沒有任何的波動(dòng)，電機(jī)連續(xù)運(yùn)行也沒有受到影響。

結(jié)束語

通過快切換裝置的調(diào)試試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，呼石化500萬噸擴(kuò)建項(xiàng)目35KV母聯(lián)斷路器、6KV配電裝置的分段斷路器采用無擾動(dòng)快速切換裝置在技術(shù)上是成功的。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障、晃電或停電時(shí)，快切裝置能夠迅速執(zhí)行切換，確保各裝置供電在系統(tǒng)波動(dòng)、低電壓或線路內(nèi)部故障時(shí)不受影響，從而在電源上確保了裝置的安全、平穩(wěn)、連續(xù)運(yùn)行。快切裝置在呼石化供電系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對(duì)提高石化企業(yè)供電安全性、可靠性、連續(xù)性方面有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]ABBSUE3000廠用電快速切換裝置用戶手冊(cè)[Z].

[2]合富機(jī)電TPM300快速切換裝置用戶手冊(cè)[Z].