廠用電快切裝置在火力發(fā)電廠的應(yīng)用

譚俊峰，李昕宇

（1.山西神頭第二發(fā)電廠，山西 神頭 036011；2.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西 西安 710049）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)安全自動裝置的日益普及，火力發(fā)電廠廠用電通過常規(guī)的電氣連鎖進(jìn)行切換的技術(shù)已逐步退出歷史舞臺，取而代之的是自動化水平高、技術(shù)成熟、可靠性更高的廠用電快切裝置。但是在實際應(yīng)用中依然存在不能正常切換的現(xiàn)象，給發(fā)電廠廠用電的安全造成一定威脅，本文通過對快切裝置工作原理及實際應(yīng)用中的典型實例進(jìn)行分析，提出了快切裝置運行中常見故障及解決辦法，為裝置及廠用電系統(tǒng)的可靠運行提供保障。

1 廠用電快切裝置的概念和特點

“廠用電快切裝置”是指能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電廠廠用電與備用電源的同期、快速切換的一種自動裝置。具有切換可靠、方式靈活、沖擊電流小等特點，在電力系統(tǒng)中被廣泛使用。

眾所周知，發(fā)電機組在啟動、停運和故障掉閘時廠用電系統(tǒng)均需進(jìn)行切換，以保證廠用電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)。過去廠用電切換常采用廠用電與備用電源的并列切換方式，沖擊電流大，對電網(wǎng)的安全構(gòu)成一定威脅，而且操作繁瑣，不利于生產(chǎn)的需要?？烨醒b置的問世及時、有效地解決了這一難題。它可以自動捕捉同期點，實現(xiàn)高速、同期切換，大大降低了對電網(wǎng)機組設(shè)備的威脅。而且快切裝置的投入使用提高了機組的自動化水平，減少了運行人員的操作程序，縮短了操作時間，減少了誤操作的幾率，提高了廠用電切換的成功率，機組安全性、可靠性大幅提高[1]。

2 廠用電快切裝置的工作原理

廠用電快切裝置實質(zhì)是一種能在正?；蛱厥夤r下，實現(xiàn)工作和備用電源相互切換操作的自動裝置。

2.1 切換方式

廠用電快切裝置按照“切換原因”通常分為事故切換、正常切換和非正常切換三大類。

a）事故切換：事故情況下，在廠用母線電源消失后，快速實現(xiàn)備用電源的自動投入，以保證廠用母線電壓的連續(xù)、穩(wěn)定。

b）正常切換：指機組在啟動和停運時，工作電源與備用電源之間的快速切換。

c）非正常切換：在廠用母線電壓出現(xiàn)較大下降，或誤跳工作電源時，實現(xiàn)工作電源與備用電源之間的快速切換。

2.2 工作原理

事故切換面對的是廠用電動機群在失電后的反饋電壓與備用電源的同期操作，與正常同期的區(qū)別是兩個待并電源一個是電壓和頻率均為正常值的備用電源，另一個是電壓和頻率在不斷下降甚至突變的廠用工作母線上電動機群的反饋電壓。因此，需要使用計及同期點兩側(cè)電壓差和頻率差變化規(guī)律的快速算法來捕捉投入備用電源的時機。這個時機不是正常同期的壓差、頻差較小且相位差位“0”的時機，而是一個壓差、頻差及相角差值都能確保備用電源快速安全投入的時機。

正常切換是地道的同期操作，不論是工作分支斷路器或是備用分支斷路器都有可能在切換過程中碰上差頻同期或合環(huán)同期，因此裝置應(yīng)能自動識別同期性質(zhì)，并嚴(yán)格按照同期數(shù)學(xué)模型控制切換過程。而常見的串連切換、同時切換、檢同期并聯(lián)切換等，往往存在因備用斷路器拒動造成母線失電的危險。

捕捉事故切換的最佳切換時機不僅與算法及編程技巧有關(guān)，而且在極大程度上取決于執(zhí)行速度，例如軟件執(zhí)行時間、快切裝置的出口分合繼電器動作時間、外部分合閘中間繼電器及斷路器的動作時間等因素。斷路器應(yīng)選擇快速斷路器（永磁式真空斷路器），快切裝置則應(yīng)將出口繼電器及中間繼電器的動作時間減到最小。

3 廠用電快切裝置實際應(yīng)用中存在的問題

神頭第二發(fā)電廠一期設(shè)計為2臺捷制500 MW燃煤機組，其廠用電接線如圖1所示。1號啟動變來自神頭一電廠220 kV系統(tǒng)，它既作為1號、2號機組的廠用備用電源，又接帶全廠公用系統(tǒng)負(fù)荷。當(dāng)1號（2號） 機組6 kV廠用段工作開關(guān)掉閘后（保護(hù)或手動），可自動通過快切裝置將該廠用段切為1號啟動變帶，保證機組廠用電系統(tǒng)的安全；但是，當(dāng)6 kV公用段工作開關(guān)掉閘后，卻不能實現(xiàn)快速反切，以致公用系統(tǒng)的安全受到極大威脅。為解決這一問題，在公用段設(shè)計增加電氣連鎖功能，通過電氣連鎖實現(xiàn)反切，以保證公用段的安全?？梢?，這種既作為備用電源，又接帶公用系統(tǒng)負(fù)荷的啟動變的設(shè)計理念已相對落后，存在很大弊病。

神頭第二發(fā)電廠1號、2號機組快切裝置投運以來，運行狀況基本良好，但也發(fā)生過多次故障情況下不能實現(xiàn)自動切換，造成廠用系統(tǒng)失電事件。下面以兩個典型事件為例簡要說明。

圖1 神頭第二發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一次接線圖

3.1 2號機組廠用2BA段故障切換失敗

2008年10月2 6日，運行中的2號機組突然掉閘，6 kV廠用2BB段自投切換成功，2BA段備用開關(guān)未自投，造成6 kV廠用2BA段失電。手動合備用開關(guān)，恢復(fù)2BA段運行，并立即組織專業(yè)人員對事故切換不成功原因進(jìn)行了分析，對快切裝置進(jìn)行了仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)2BA段快切裝置液晶畫面黑屏，按動任意鍵（除復(fù)位鍵）裝置無指示，按動“復(fù)位”鍵時，液晶畫面看不清顯示內(nèi)容，只有條紋或馬賽克，斷電重新啟動后故障仍然存在。檢查“CPU”插件，未發(fā)現(xiàn)異常，逐一檢查集成塊，并逐一緊了一下，上電后，裝置恢復(fù)正常顯示。說明裝置CPU插件元件存在接觸不良現(xiàn)象，立即更換了CPU板及液晶插件并帶開關(guān)進(jìn)行了傳動，機組啟動后快切裝置運行正常。

3.2 1號機組正常切換失敗

2009年2月2 0日，1號機組按計劃滑停，在進(jìn)行6 kV廠用段由1號高廠變帶切換為1號啟動變帶操作時，6 kV廠用1BA段切換成功，切換1BB段廠用段時，由于12BM06開關(guān)未合上，手動斷開1BB03開關(guān)；第二次切換1BB段廠用電時12BM06開關(guān)仍未合上，又手動斷開1BB03開關(guān)；最后先手動合上12BM06開關(guān)，第三次切換1BB段廠用段時切換成功。

立即對1號機組6 kV廠用電快切裝置二次回路進(jìn)行檢查，外觀檢查發(fā)現(xiàn)3ZJ繼電器動作后，常開接點3-11與4-12接觸不到，用繼電器測試儀測試所有中間繼電器情況如表1所示。

表1 1號機組6 kV廠用電快切裝置測試結(jié)果

在繼電器校驗中發(fā)現(xiàn)ZJ3常開接點3-11與4-12接觸電阻無窮大，ZJ4常開接點4-12接觸電阻無窮大，立即進(jìn)行了更換。

后又將1BB段工作開關(guān)1BB02推至試驗位置，備用開關(guān)1BB03、12BM06開關(guān)至工作位置，進(jìn)行傳動試驗。1BB03、12BM06開關(guān)在合閘位置，1BB02開關(guān)在分閘位置，啟動快切裝置的“正常切換”，1BB02開關(guān)合閘，1BB03、12BM06開關(guān)分閘，切換成功；又啟動快切裝置的“正常切換”，1BB03、12BM06開關(guān)合閘，1BB02開關(guān)分閘，切換成功，故障現(xiàn)象消失，快切裝置恢復(fù)正常運行。部分快切原理圖見圖2所示。

圖2 快切裝置原理圖

4 廠用電快切裝置實際應(yīng)用中的注意事項

由于廠用工作電源與備用電源往往不在同一電網(wǎng)，始終存在兩大電網(wǎng)通過廠用電系統(tǒng)非同期并列的隱患。因此，在廠用電切換過程中和廠用電運行方式的安排上應(yīng)注意以下幾個問題。

a）在正常開機和停機時廠用電切換過程中，應(yīng)避免啟動大型廠用設(shè)備，以維持發(fā)電機的穩(wěn)定。

b）必須設(shè)置可靠的連鎖和閉鎖。

c）由不同6 kV母線供電的兩低壓母線在任何情況下均不得并列運行。

5 結(jié)論

提高廠用電快切裝置動作的成功率，是防止廠用電母線失電，確保機組安全運行的重要手段之一[2]。廠用電工作電源和備用電源之間安全實現(xiàn)同期切換，能有效防止非同期并列，避免設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

［1］ 于波.廠用電快切裝置在火電廠的應(yīng)用［J］.廣西電力，2007（3）:47.

［2］ 張大慶.廠用電快切裝置切換不成功分析與對策［J］.江西電力，2010（1）:57.