發(fā)電廠 66kV廠用電系統(tǒng)CQZ裝置的應用及探究

喬志慶

（大唐安陽發(fā)電廠，河南 安陽 455000）

電力系統(tǒng)中，因廠用電中斷，備用電源不能可靠投入造成的設(shè)備損壞事故屢見不鮮，損失也非常慘重；因電廠內(nèi)部事故誘發(fā)的電網(wǎng)事故也時有發(fā)生，給國民經(jīng)濟的發(fā)展、社會的穩(wěn)定帶來了極為不利的影響。因此，穩(wěn)定可靠的廠用電是發(fā)電機組安全、穩(wěn)定運行的必要條件之一?？煽康膫溆秒娫磳τ跈C組事故情況下的迅速恢復及安全、可靠停機也同等重要。所以，電廠廠用電源的穩(wěn)定性、備用電源的可靠性對于發(fā)電廠及電網(wǎng)的安全具有十分重要的意義。

1 廠用電切換裝置的演變

20世紀80年代，我國電網(wǎng)建設(shè)速度慢、電壓等級低、用電量等相對較小，接入電網(wǎng)的發(fā)電機組單機容量相對也小一些。當一臺機組出現(xiàn)故障（如：甩負荷、跳機等）時對電網(wǎng)的影響相對較小，所以當時200MW及以下的機組廠用電源的切換，一般采用老式的廠用電切換裝置，稱之為“BZT”，這種裝置采用傳統(tǒng)的繼電器構(gòu)成聯(lián)動切換回路，響應時間長，可靠性差。

隨著用電量激增，電網(wǎng)建設(shè)也得以快速發(fā)展，接入電網(wǎng)電站機組的單機容量也不斷增加。隨著300MW、600MW、1 000MW機組數(shù)量的快速增加，單機容量所占電網(wǎng)容量比也隨之提升，此時某臺大容量機組出現(xiàn)故障，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行將產(chǎn)生較大的威脅，輕則導致系統(tǒng)低壓、低頻現(xiàn)象，重者可造成系統(tǒng)振蕩、電壓崩潰或系統(tǒng)瓦解。統(tǒng)計資料表明，在電廠的諸多事故中，輔機故障、廠用電異常造成的事故占很大比重。輔機故障一般又會波及到廠用電系統(tǒng)的安全，所以，在事故情況下如何保證廠用電系統(tǒng)的安全就顯得極為重要。由于大容量機組配套使用的高壓電動機數(shù)量、容量均增加很多，當電動機失電后慣性的存在，電動機端電壓衰減比較慢，殘余電壓的幅值比較高，為選用快速切換裝置提供了可能。正是基于以上情況的考慮，適合大機組廠用電系統(tǒng)切換裝置應運而生?！皬S用電快速切換裝置”即“CQZ”，是發(fā)電廠的一種重要自動裝置。CQZ裝置具有動作速度快，切換方式多樣、靈活，功能強大、操作便捷、可靠性高等特點，可以有效避免電源切換中的沖擊和設(shè)備損壞，使得廠用電源的切換更加安全、可靠［1］。

2 廠用電快速切換裝置“CQZ”的基本原理

從圖1中可以看出，不同的θ角對應不同的△U值，當θ=180°，△U值最大。如果此時重新合上電源，對電動機的沖擊最大?？紤]母線上成組電動機的殘壓特性和電動機耐受電流能力的限制，存在一個備用電源合閘的安全區(qū)域，在此區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的電源切換稱之為“快速切換”；等殘壓衰減到20%～40%時實現(xiàn)的切換，即“低電壓檢定切換”或“殘壓切換”同樣對電動機也是安全的，我們稱之為“慢速切換”。

圖1 廠用電切換時電動機電壓回路示意圖u1—備用電源電壓；u2—故障母線電壓

圖2 6kV母線殘壓相量變化軌跡圖

一般情況下，正常運行時工作電源與備用電源同相（并列點相序相同），其電壓相量端點為A，當母線失電后殘壓相量端點將沿殘壓曲線由A向B方向移動；快切裝置啟動后，實時跟蹤殘壓的頻差和角差變化，盡量做到在反饋電壓（殘壓）與備用電源電壓向量第一次相位重合時合閘，這就是所謂的同期捕捉切換。需要說明的是，同期捕捉切換之“同期”與發(fā)電機同期并網(wǎng)之“同期”有很大不同，此處所謂的“同期”指反饋電壓與備用電源電壓相角差在零點附近一定范圍內(nèi)的一個區(qū)域，此時兩者電壓幅值還是有差距的。如圖2所示，若能在AB段內(nèi)合上備用電源，既能保證電動機安全，又不使電動機轉(zhuǎn)速下降太多，這就是所謂的快速切換。

國外事故狀態(tài)下的快速切換主要有兩種：一是快速并聯(lián)切換，二是快速串聯(lián)切換?？焖俨⒙?lián)切換的過程中，兩個電源可能出現(xiàn)1～2個周波并聯(lián)的時間。因此，當故障發(fā)生在廠用母線上或發(fā)生饋線開關(guān)發(fā)生拒動時，保護須能夠自動判別，并自動閉鎖快切并聯(lián)切換或不啟動快切并聯(lián)切換；否則有可能出現(xiàn)兩個電源同時供給短路電流，使得短路電流增大，極易發(fā)生開關(guān)爆炸事故。故此，目前大部分用戶事故切換方式選用“快速串聯(lián)”切換方式。

3 切換裝置運行情況及異常分析

我廠#9、10機組1997年投運，裝置由鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠提供，型號為PZH-1。投運以來6kV廠用電在各種方式下切換不下上百次，動作基本正常。正常運行中，廠用電切換裝置投“串聯(lián)”“自動”方式，以備實現(xiàn)廠用電事故情況下的快速自動切換；啟、停機時切換裝置投“并聯(lián)”“半自動”方式，進行手動操作，確保廠用電安全、可靠、正確的切換。

#9、10機組“CQZ”裝置采用模塊化集成電路板卡件組裝而成，受當時技術(shù)和裝備水平的限制，該裝置部分操作、切換開關(guān)采用機械式雙針插件和水平（左、右）雙位撥鈕開關(guān)。隨時間推移，操作次數(shù)的累積，05年發(fā)生了廠用電切換不成功情況，經(jīng)電控人員排查，確認為切換裝置雙針插件和水平（左、右）雙位撥鈕開關(guān)功能老化所致。操作中切換撥鈕開關(guān)后，開關(guān)實際（內(nèi)部）位置與外在面板顯示位置不一致，導致切換功能紊亂，出現(xiàn)切換失敗現(xiàn)象。更換以上切換小開關(guān)后，裝置動作正常，考慮到設(shè)備運行時間和設(shè)備更新?lián)Q代的要求，分別在06年、07年機組大修時對“CQZ”裝置進行更換，將原PZH-1型更換為PZH-1A型微機廠用電快切裝置。

PZH-1A型是PZH-1型的升級版，基本功能未有大的變化，信號處理單元改為了液晶顯示屏，操作更為方便、可靠，但信號輸出單元插件中“自動”、“半自動”切換開關(guān)仍選用水平（左、右）雙位撥鈕開關(guān)。

2012年10月6日，#10機組并網(wǎng)，當機組負荷升至150MW，進行廠用電切換過程中造成#10機組6kV IIB段失壓，檢查#10機組6kV IIB段快切裝置無任何燈光、報警信息，自動/半自動切換開關(guān)在半自動位，串聯(lián)/并聯(lián)投退開關(guān)在并聯(lián)位，CQZ裝置已退出，6kV IIB段已由運行人員利用合閘按鈕合上。

現(xiàn)場調(diào)取#10機組6kV IIB段快切裝置動作報告如下：

從DEH顯示的開關(guān)動作情況和對廠備6022、廠變6222開關(guān)順控邏輯圖的分析可以看出，廠變6222開關(guān)在順控指令發(fā)出后合閘，此時廠變6222開關(guān)與廠備6022開關(guān)均處于合閘狀態(tài)，經(jīng)過5s后廠變6222開關(guān)跳開，再經(jīng)過5s后廠備6022開關(guān)也跳閘，以至造成了6kV IIB段失壓。

3.1 廠變6222開關(guān)跳閘原因分析

我廠6kV開關(guān)是西門子3AF型真空斷路器，其開關(guān)固有分閘時間為45～60ms。

快切裝置啟、停機時正常的切換方式為“并聯(lián)-半自動”，動作順序是先合廠變6222開關(guān)，合閘成功后跳開廠備6022開關(guān)。“自動/半自動”切換開關(guān)在由“自動”位置切換至“半自動”位置后，該切換開關(guān)內(nèi)部出點接觸不好，快切裝置判斷此時的運行方式為“并聯(lián)-自動”方式。當廠變6222與廠備6022開關(guān)并列后，因兩電源的并列時間超過100ms，裝置即判為“有耦合”，自動跳開后合上的廠變6222開關(guān)。

表1

3.2 廠備6022開關(guān)跳閘原因分析

由廠備6022開關(guān)切換至廠變6222開關(guān)順控邏輯可以看出，廠變6222開關(guān)合閘且有電流經(jīng)過10s延時后跳廠備6022開關(guān)，此時間繼電器啟動后不會返回，所以即使廠變6222開關(guān)在5s后跳閘，時間繼電器已啟動經(jīng)10秒延時后依然會出口跳掉廠備6022開關(guān)。

4 防止廠用電“CQZ”切換裝置切換失敗的措施

為了防止“CQZ”切換裝置再次出現(xiàn)以上切換失敗情況，我廠制定了以下幾條措施。

4.1 定期進行校驗、清掃，并做模擬切換試驗，確保裝置功能齊全、動作正常。

4.2 操作要規(guī)范，對機械式切換開關(guān)的操作動作要輕緩、到位，避免動作過猛造成開關(guān)損壞。

4.3 正確使用復歸按鈕，在切換方式變更后一定要進行復歸，復歸按鈕要按到位，避免裝置切換方式功能發(fā)生紊亂，導致切換異常。

4.4 加強對切換裝置交直流回路的維護，發(fā)生直流接地時，應盡快查找并消除。

4.5 機組技改時將“CQZ”切換裝置升級為更加可靠的“微機型”廠用電快速切換裝置，徹底解決外部機械切換開關(guān)故障帶來的切換失敗問題。

［1］大唐安陽發(fā)電廠300MW集控運行規(guī)程［S］.