廠用電快切系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用

火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一般都具有兩個(gè)電源，即廠用工作電源和備用（啟動(dòng)）電源，正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組廠用電由單元機(jī)組供電，停機(jī)狀態(tài)由備用電源供電，機(jī)組在啟動(dòng)和停機(jī)過程都必須帶負(fù)荷進(jìn)行廠用電切換。另外，當(dāng)機(jī)組或廠用工作電源發(fā)生故障時(shí)，為了保證廠用電不中斷及機(jī)組安全有序地停機(jī)，不擴(kuò)大事故，必須盡快把廠用電電源從工作電源切換到備用電源。

火電廠中，廠用電的安全可靠直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組電廠乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。廠用電快切裝置是實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠廠用母線電源快速切換的關(guān)鍵設(shè)備。在事故情況下，廠用電系統(tǒng)安全快速切換對減少事故損失，保護(hù)人身與設(shè)備安全至關(guān)重要?；痣姀S廠用電高壓電動(dòng)機(jī)的容量大且數(shù)量較多，當(dāng)廠用電源中斷時(shí)，由于高壓電機(jī)及負(fù)載的機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)將維持較長時(shí)間繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，且將轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)運(yùn)行工況，因此廠用電母線在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)維持一定的殘壓并緩慢衰減，頻率也會(huì)隨著轉(zhuǎn)速降低而緩慢下降。在廠用電源中斷瞬間，母線殘壓的衰減量還不大，但殘壓與備用電源電壓的矢量角差已開始拉開，如果備用電源投入的時(shí)機(jī)不當(dāng)，將產(chǎn)生很大的沖擊電流，直接作用于電動(dòng)機(jī)，這不但影響了電機(jī)的使用壽命，甚至可能導(dǎo)致切換失敗造成廠用電中斷，其后果是十分嚴(yán)重的。因此，廠用電切換必須根據(jù)系統(tǒng)的殘壓衰減特性，選擇合適的切換時(shí)機(jī)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，為保證廠用電的成功切換且不產(chǎn)生大的沖擊電流，備用電源斷路器最合適的合閘時(shí)刻是廠用母線殘壓與備用電源電壓的相角差不超過30°，即廠用電系統(tǒng)切換全過程在100ms以內(nèi)。下面以某火電廠為列，簡單介紹一下廠用電快切裝置在火電廠中的應(yīng)用。

一、裝置介紹

某廠6KV快切裝置使用的是ABB的SUE3000。它用于6KV廠用工作電源母線與備用電源母線間的電源切換。該廠廠用電快切裝置在設(shè)計(jì)上采用串聯(lián)切換，即當(dāng)工作電源開關(guān)跳開后，備用電源開關(guān)合閘被允許。（通過工作電源開關(guān)的輔助接點(diǎn)控制備用電源開關(guān)的合閘回路），同樣工作電源開關(guān)合閘，也必須在備用電源開關(guān)分閘后，原理同前。

快切裝置啟動(dòng)后有三種可選動(dòng)作方式：即快切、殘壓切換、慢切，以提高廠用電切換成功率。裝置啟動(dòng)后首選快切，需要的條件是工作母線的殘壓必須大于70%UE，并且經(jīng)過同期鑒定，任一條件不滿足則改選殘壓切換，殘壓切換的條件是（40%～70%）UE，也必須經(jīng)過同期鑒定，如果任一條件不滿足則選慢切，這時(shí)母線電壓約在20% UE以下，不需經(jīng)過同期鑒定。

其廠用電快切裝置根據(jù)啟動(dòng)方式分為手動(dòng)啟動(dòng)、保護(hù)啟動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)，即具有正常情況下備用電源與工作電源之間雙向切換功能，事故或不正常情況下工作電源向備用電源切換的功能，手動(dòng)啟動(dòng)為手動(dòng)啟動(dòng)快切系統(tǒng)，跳開工作電源開關(guān)，合上工作電源與備用電源間母聯(lián)開關(guān)（母線故障則快切拒動(dòng)）。保護(hù)啟動(dòng)為當(dāng)保護(hù)動(dòng)作跳開工作電源開關(guān)，快切系統(tǒng)合上母聯(lián)開關(guān)，自動(dòng)啟動(dòng)為當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降至30MW時(shí)，快切系統(tǒng)動(dòng)作跳開工作電源開關(guān)，合上母聯(lián)開關(guān)。運(yùn)行人員在CRT上完成從工作電源切換到備用電源或備用電源切換到工作電源的雙向切換。

邏輯圖見下，切換方向CB1至CB2

參數(shù)設(shè)置：

相位比較器的正常數(shù)據(jù)：

額定電壓 UN 100V

頻率 50Hz

最大連續(xù)電壓 1.3×UN

設(shè)定值：

滑差監(jiān)視0.5-2.5Hz（0.5Hz/單位）

電壓監(jiān)視50-100% UN

相角監(jiān)視20%

殘壓40% UN

慢切2S

輸出接點(diǎn)：

最大關(guān)合電壓 48V

最大關(guān)合電流 1A

最大切斷容量 30W

二、運(yùn)行及事故情況下的注意事項(xiàng)

影響廠用電切換的主要因素有開關(guān)條件、切換方式、切換裝置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式及故障性質(zhì)。為能成功地進(jìn)行廠用電系統(tǒng)的切換，必須具備以下3個(gè)條件：

（1）應(yīng)具備源于同一系統(tǒng)的兩個(gè)獨(dú)立的供電電源：工作電源和備用電源。正常運(yùn)行情況下兩個(gè)電源電壓之間允許有一定的相角差，但一般不宜大于20°。

（2）快速斷路器。少油式斷路器因其合分閘時(shí)間較長，不適合應(yīng)用于廠用電系統(tǒng)的切換，目前廣泛使用的真空斷路器，其合、分閘時(shí)間一般在40～80ms左右，均適用于廠用電系統(tǒng)的切換。該廠使用的是VD4型真空斷路器，其合閘時(shí)間約70ms，分閘總時(shí)間約60ms。

（3）發(fā)電機(jī)組和廠用工作電源應(yīng)配備快速動(dòng)作保護(hù)。 快切裝置在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①每班接班后應(yīng)對快切裝置進(jìn)行檢查，應(yīng)無報(bào)警，無故障信號(hào)。②每班應(yīng)對快切裝置進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)檢驗(yàn)快切裝置及通道是否正常。（試驗(yàn)期間，如遇事故，裝置自動(dòng)退出試驗(yàn)轉(zhuǎn)至事故切換狀態(tài)。）

快切裝置在事故情況時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①事故情況下，切換成功后，應(yīng)檢查母線電壓是否正常，保護(hù)動(dòng)作情況以及母線上所帶負(fù)荷的供電情況。②事故情況下，裝置動(dòng)作但備用電源開關(guān)拒動(dòng)，可手動(dòng)搶合備用開關(guān)一次，不成功應(yīng)立即工作電源開關(guān)跳閘原因及開關(guān)拒動(dòng)原因，盡快恢復(fù)備用電源開關(guān)。如工作電源開關(guān)確屬人員誤碰，可立即合上工作電源開關(guān)。③事故情況下，工作電源開關(guān)跳閘而快切裝置沒動(dòng)作，應(yīng)盡快檢查保護(hù)的動(dòng)作情況及快切裝置未啟動(dòng)原因，如確定快切裝置應(yīng)動(dòng)作而未動(dòng)作，可手動(dòng)搶合備用電源開關(guān)一次。在處理以上事故情況下快切裝置可能出現(xiàn)的問題時(shí)，猶需注意的是，備用電源開關(guān)不能隨意搶合，只有確定工作電源開關(guān)跳閘原因是非電流型保護(hù)動(dòng)作時(shí)，即快切裝置未被閉鎖。

快切裝置閉鎖的原因有：PT小車搖出；工作和備用電源開關(guān)全合或全分；裝置自檢異?；蚬收?；母線故障保護(hù)動(dòng)作；母線PT斷線；分支過流保護(hù)動(dòng)作；備用電源失去；外部出口閉鎖；裝置切換完畢未復(fù)歸。

三、運(yùn)行中出現(xiàn)的事故分析

事例1：某日晚，在機(jī)組停機(jī)操作過程中，某段廠用電切換裝置來回反復(fù)切換約30次，中止動(dòng)作。電氣檢修人員隨即對快切回路進(jìn)行了詳細(xì)檢查，并未發(fā)現(xiàn)故障原因；因當(dāng)時(shí)停機(jī)時(shí)間緊，隨即再次嘗試進(jìn)行切換操作，結(jié)果切換正常。

分析：運(yùn)行人員發(fā)出啟動(dòng)切換指令后，由于某種未知原因（通訊或模件故障、廠用電快切裝置故障或輸入信號(hào)中間繼電器卡）造成“快切切換命令始終存在”，即當(dāng)工作段母線兩路電源開關(guān)上口電壓均滿足切換條件且切換命令一直保持時(shí)，快切裝置就會(huì)自動(dòng)來回切換，直到命令消失或切換條件不滿足才會(huì)停止。運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)干預(yù)，防止開關(guān)頻繁動(dòng)作損壞，并做好廠用電失電的事故預(yù)想。以后若遇類似異常且長時(shí)間切換不停止，在確認(rèn)切換時(shí)間間隔足夠后， 當(dāng)切換到備用開關(guān)運(yùn)行，工作電源開關(guān)熱備用后，一人在盤前監(jiān)視，一人在切換裝置前準(zhǔn)備好，通過口頭喊話，停用故障段廠用電快切裝置操作電源，使異常切換終止，避免長時(shí)間切換損壞設(shè)備。

事例2：某日某機(jī)組母線工作段進(jìn)線開關(guān)跳閘，快切裝置未動(dòng)作，備用電源開關(guān)未自投，造成該段母線失電，檢查保護(hù)為母線失靈保護(hù)動(dòng)作。

分析：對于失靈保護(hù)動(dòng)作條件及備用開關(guān)CRT上合不上原因分析如下：

該廠母線配置失靈保護(hù)，任一開關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作條件為：①開關(guān)在合閘位；②保護(hù)動(dòng)作并保持；③開關(guān)在運(yùn)行位置。當(dāng)以上條件全部滿足時(shí)，母線上任一開關(guān)拒動(dòng)將啟動(dòng)失靈保護(hù)，跳進(jìn)線開關(guān)，閉鎖高壓快速切換裝置備用開關(guān)自投，所以該段母線失電后。開關(guān)室就地檢查保護(hù)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)線開關(guān)無保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)線PT柜母線失靈保護(hù)動(dòng)作。經(jīng)對該段母線停電后，測母線三相對地絕緣良好，相間無短路現(xiàn)象。CRT上釋放備用開關(guān)合閘條件，發(fā)現(xiàn)備用開關(guān)合不上，就地對備用開關(guān)柜檢查發(fā)現(xiàn)有故障告警信號(hào)，且復(fù)位不掉。后經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在PT柜斷開控制電源MCB小開關(guān)后，備用開關(guān)故障告警信號(hào)方可復(fù)位。CRT手動(dòng)啟動(dòng)快切裝置合備用開關(guān)成功，檢查高速切換裝置各運(yùn)行指示燈狀態(tài)正常。以后再遇類似情況，應(yīng)首先考慮到在母線保護(hù)故障情況下快切裝置被閉鎖的條件，盡量縮短事故處理時(shí)間。

四、結(jié)論

廠用電切換的快速性和可靠性對于現(xiàn)代大型機(jī)組而言是極其重要的，尤其是事故情況下的自動(dòng)快速切換。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù)與備用電源切換時(shí)間有關(guān)，斷電時(shí)間越短，相應(yīng)自啟動(dòng)電流倍數(shù)增加越不顯著，快速切換的成功率越高。另外，快速切換廠用電源還可以減少廠用電負(fù)荷的丟失，縮小事故范圍，縮短跳閘后機(jī)組的重新啟動(dòng)時(shí)間，是體現(xiàn)大型機(jī)組運(yùn)行可靠性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。廠用電的安全可靠直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組電廠乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。廠用電快切裝置是實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠廠用母線電源快速切換的關(guān)鍵設(shè)備。在事故情況下，廠用電系統(tǒng)安全快速切換對減少事故損失，保護(hù)人身與設(shè)備安全至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]ABB SUE3000廠用電快速切換裝置用戶手冊

[2]侯書海.火電廠廠用電切換新理念的分析及應(yīng)用

作者簡介：

毛衛(wèi)東（1983～）男，江蘇南通人，本科，助理工程師，從事發(fā)電廠集控運(yùn)行。