適應(yīng)廠用電運(yùn)行方式改變的電源快速切換系統(tǒng)研究

彭 榮

（廣州發(fā)展電力科技有限公司，廣州 511458）

某電廠為20世紀(jì)90年代典型4×300 MW火力發(fā)電廠，采用發(fā)電機(jī)——變壓器組單元接線送220 kV雙母雙分段母線，配220 kV啟動(dòng)備變，關(guān)口電能計(jì)量點(diǎn)設(shè)在220 kV線路。啟動(dòng)備變低壓側(cè)6 kV公用段為燃料系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)等公用系統(tǒng)供電，并作為機(jī)組6 kV廠用段備用電源。在機(jī)組6 kV廠用工作電源與啟備變6 kV公用備用電源間配置MFC2000-2型快切裝置。2020年，為適應(yīng)電力現(xiàn)貨交易，電廠關(guān)口電能計(jì)量點(diǎn)由線路改為主變及啟備變計(jì)量，關(guān)口電能計(jì)量點(diǎn)后移，啟備變公用系統(tǒng)電量由廠用電電量轉(zhuǎn)變?yōu)橛镁W(wǎng)電量，需向電網(wǎng)繳納啟備變電量電費(fèi)、增加用電成本。為減少啟備變用網(wǎng)電量、提高電廠經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)行廠用電運(yùn)行方式調(diào)整，啟備變高壓側(cè)開關(guān)合閘、低壓側(cè)開關(guān)分閘變壓器空載運(yùn)行，公用段負(fù)荷由機(jī)組廠用段供電，該運(yùn)行方式下廠用電源故障時(shí)無(wú)備用電源自投功能，影響6 kV廠用、公用系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。需在機(jī)組6 kV廠用電系統(tǒng)加裝第二套快切裝置。鑒于原有快切裝置運(yùn)行12 a，步入電子產(chǎn)品故障高發(fā)期和壽命末年，從控制回路簡(jiǎn)潔性、經(jīng)濟(jì)性角度，研究應(yīng)用一種適應(yīng)廠用電運(yùn)行方式改變的電源快速切換系統(tǒng)：可同時(shí)滿足廠用段帶公用段運(yùn)行和廠用段與公用段獨(dú)立運(yùn)行的2種運(yùn)行方式的快切裝置。

1 切換方案

1.1 技改前快切方式

以該電廠1號(hào)機(jī)6 kV廠用IA段快切為例，如圖1所示，原廠用電運(yùn)行方式為6 kV廠用段與公用段獨(dú)立分段運(yùn)行，即1號(hào)機(jī)高廠變A分支601a帶廠用IA段運(yùn)行、1號(hào)機(jī)啟備變A分支605a帶公用IA段運(yùn)行、廠用IA段與公用IA段的聯(lián)絡(luò)電源610a斷開運(yùn)行作為快切備用自投電源。原快切裝置僅是廠用段的電源快速切換裝置，只能實(shí)現(xiàn)工作電源1DL 601a與聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a之間的切換：手動(dòng)并聯(lián)——雙向自動(dòng)切換、不正常及事故切換——工作電源1DL 601a向聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a自動(dòng)單向串聯(lián)切換——即跳1DL合3DL。

圖1 改進(jìn)前1號(hào)機(jī)6 kV廠用IA段快切原理接線圖（廠用段與公用段獨(dú)立運(yùn)行方式）

1.2 技改后快切方案

當(dāng)根據(jù)廠用電經(jīng)濟(jì)性要求改變廠用電運(yùn)行方式，減少使用電網(wǎng)電量切換至廠用段帶公用段運(yùn)行方式，啟備變高壓側(cè)開關(guān)合閘、低壓側(cè)A分支605a分閘變壓器空載運(yùn)行，6 kV公用IA段負(fù)荷通過(guò)聯(lián)絡(luò)電源610a由機(jī)組廠用IA段供電，該運(yùn)行方式下除具備原舊裝置功能外，新增切換功能：聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a與備用電源2DL 605a之間的切換，手動(dòng)并聯(lián)——雙向自動(dòng)切換，在切換至廠用段帶公用段運(yùn)行方式下“工作電源1DL 601a合閘態(tài)和聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a合閘態(tài)、備用電源2DL 605a分閘態(tài)”時(shí)，不正常及事故切換——工作電源1DL 601a向備用電源2DL 605a自動(dòng)單向串聯(lián)切換——即跳1DL合2DL。研究的新快切裝置需增加輸入輸出電氣量，其原理接線圖如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后1號(hào)機(jī)6 kV廠用IA段快切原理接線圖

需增加的輸入輸出電氣量?jī)H為：①啟備變低側(cè)PT二次線電壓；②啟備變低側(cè)后加速保護(hù)；③6 kV公用IA段母線三相電壓；④啟備變低側(cè)2DL 605a位置信號(hào)及快切裝置到2DL 605a斷路器的跳合閘開出量。

快切裝置按照選定模式操作工作電源和備用電源斷路器。裝置按手動(dòng)切換、事故切換、非正常工況有并聯(lián)、串聯(lián)和同時(shí)切換方式。按照預(yù)定的切換方式跳工作開關(guān)和合備用開關(guān)。

2 新型快速切換裝置研制原則

①確保安全。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)兩側(cè)電源的電壓、頻率和相位，需提供多種可靠的起動(dòng)、切換方式，能快速安全地投入備用電源，且不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成大的沖擊。②廠用電接線有單母分段方式、單母方式。能靈活適應(yīng)新的接線方式，僅需更改部分定值即可滿足備用電源自投要求。③裝置硬件需使用最新的DSP+ARM+CPLD硬件平臺(tái)、高精度芯片，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性及切換的快速性。④需采取抗干擾措施，有完善的自檢、閉鎖邏輯。⑤總要求是模塊化設(shè)計(jì)、豐富的切換邏輯、靈活的設(shè)置及高速的運(yùn)算能力。

3 裝置主要起動(dòng)方式

①手動(dòng)起動(dòng)。在裝置面板或DCS遠(yuǎn)方手動(dòng)操作起動(dòng)快切裝置，實(shí)現(xiàn)單母分段運(yùn)行方式的工作電源1DL 601a開關(guān)到聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a之間的互相切換，也可以實(shí)現(xiàn)備用電源2DL 605a和聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a之間的互相切換。對(duì)單母方式，手動(dòng)起動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作電源1DL 601a開關(guān)和備用電源2DL 605aL之間的互相切換。②保護(hù)起動(dòng)。工作電源的主保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)接入快切裝置，一旦檢測(cè)到工作電源保護(hù)動(dòng)作，裝置立即起動(dòng)切換，斷開故障線路，投入備用電源。③誤跳起動(dòng)。當(dāng)本處于合位的開關(guān)跳開且進(jìn)線突然無(wú)電流，起動(dòng)快切合上另一側(cè)電源以保證母線供電。

4 裝置閉鎖及告警

裝置硬件RAM、EPROM、出口回路故障、CPLD故障、電源故障，閉鎖切換和保護(hù)功能。當(dāng)檢測(cè)到切換初始狀態(tài)不滿足、失壓、進(jìn)線/母線TV斷線或電源開關(guān)位置異常，發(fā)出報(bào)警并閉鎖快切。

5 實(shí)施與應(yīng)用

將原快切屏柜內(nèi)快切裝置、元器件及配線全部拆除，保留原外部接線電纜及端子排，安裝特殊定制的新快切裝置。新敷設(shè)電纜增加電氣量：?jiǎn)渥兊蛡?cè)分支電壓、公用段母線三相電壓、605a斷路器位置信號(hào)及快切裝置到605a斷路器的跳合閘指令，增加605a斷路器后加速保護(hù)。

新快切裝置結(jié)構(gòu)組成：由電源模件（板5）、測(cè)量模件（板1、板2）、開入模件（板5）、信號(hào)輸出模件（板5、板6）、通信模件（板4）和出口模件（板7）組成。

電源快速切換裝置分別采集工作電源進(jìn)線電壓互感器二次電壓、廠用段母線電壓互感器二次電壓、公用段母線電壓互感器二次電壓（新增）和備用電源進(jìn)線電壓互感器二次電壓（新增），工作進(jìn)線斷路器1DL位置狀態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源斷路器3DL位置狀態(tài)、備用進(jìn)線斷路器2DL位置狀態(tài)（新增），發(fā)變組保護(hù)起動(dòng)（閉鎖）快切指令，以及出口操作工作進(jìn)線斷路器1DL、聯(lián)絡(luò)電源斷路器3DL、備用進(jìn)線斷路器2DL（新增）的跳合閘。實(shí)現(xiàn)原有運(yùn)行方式——廠用段與公用段獨(dú)立運(yùn)行“工作電源1DL合閘態(tài)、備用電源2DL合閘態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源3DL分閘態(tài)”下，工作電源1DL與聯(lián)絡(luò)電源3DL之間的切換：手動(dòng)并聯(lián)——雙向自動(dòng)切換、不正常及事故切換——工作電源1DL向聯(lián)絡(luò)電源3DL自動(dòng)單向切換——即跳1DL合3DL；新增切換功能，聯(lián)絡(luò)電源3DL與備用電源2DL之間的手動(dòng)并聯(lián)雙向自動(dòng)切換、新增運(yùn)行方式切換——在切換至廠用段帶公用段運(yùn)行方式“工作電源1DL合閘態(tài)和聯(lián)絡(luò)電源3DL合閘態(tài)、備用電源2DL分閘態(tài)”下，實(shí)現(xiàn)不正常及事故切換——工作電源1DL向備用電源2DL自動(dòng)單向切換——即跳1DL合2DL。

運(yùn)行方式切換選擇單元，新裝置手動(dòng)快切切換方式轉(zhuǎn)換開關(guān)BK——切至“1DL與3DL”側(cè)時(shí)進(jìn)行1DL與3DL間的并聯(lián)雙向自動(dòng)切換（原有功能，也可在DCS遠(yuǎn)方操作），切至“3DL與2DL”側(cè)時(shí)進(jìn)行3DL與2DL間的并聯(lián)雙向自動(dòng)切換（是新增功能，在快切裝置面板操作）。當(dāng)手動(dòng)起動(dòng)快切裝置切換成“工作電源1DL合閘態(tài)、備用電源2DL合閘態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源3DL分閘態(tài)”就是原有廠用段與公用段獨(dú)立運(yùn)行方式，切換成“工作電源1DL合閘態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源3DL合閘態(tài)、備用電源2DL分閘態(tài)”就是新的廠用段帶公用段運(yùn)行方式。上述2種運(yùn)行方式是通過(guò)裝置并聯(lián)切換模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。并聯(lián)切換模式只能以手動(dòng)起動(dòng)方式觸發(fā)。

5.1 廠用段與公用段獨(dú)立運(yùn)行方式下切換邏輯

裝置充電條件，廠用段母線、公用段母線三相有壓；工作電源1DL合、備用電源2DL合，聯(lián)絡(luò)電源3DL分；保護(hù)起動(dòng)、手動(dòng)起動(dòng)接點(diǎn)未閉合。經(jīng)過(guò)10 s后充電完成。裝置放電條件：①控制字“1→3切換起動(dòng)”設(shè)為退出；②開入“保護(hù)閉鎖”閉合；③定值“快速合閘”“同捕合閘”“殘壓合閘”和“長(zhǎng)延時(shí)合閘”都退出；④開入“閉鎖切換”閉合；⑤工作電源1DL、備用電源2DL、聯(lián)絡(luò)電源3DL位置異常；⑥聯(lián)絡(luò)電源3DL在合位；⑦廠用段、公用段母線均小于“失壓起動(dòng)定值”，延時(shí)15 s。起動(dòng)條件，當(dāng)工作電源1DL向聯(lián)絡(luò)電源3DL切換起動(dòng)投入、公用段大于等于“有壓定值”，下列任一條件滿足。①?gòu)S用段、公用段母線未斷線且開入“保護(hù)起動(dòng)”閉合；②廠用段、公用段母線未斷線且工作電源1DL變位起動(dòng)；③廠用段母線失壓起動(dòng)；④廠用段、公用段母線未斷線且開入“手動(dòng)起動(dòng)1”閉合。動(dòng)作過(guò)程，起動(dòng)方式①—③，按定值“故障切換串聯(lián)”的設(shè)定（0表示同時(shí)；1表示串聯(lián)）進(jìn)行切換；起動(dòng)方式④按定值“手動(dòng)切換并聯(lián)”的設(shè)定（0表示串聯(lián)；1表示并聯(lián)）進(jìn)行切換。

原廠用段與公用段獨(dú)立運(yùn)行方式（工作電源1DL 601a到聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a并聯(lián)切換邏輯）為例，進(jìn)行并聯(lián)切換邏輯時(shí)序說(shuō)明，新的廠用段帶公用段運(yùn)行方式（備用電源2DL 605a到聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a并聯(lián)切換邏輯）類同。

5.2 廠用段帶公用段運(yùn)行方式下切換邏輯

裝置充電條件，廠用段、公用段母線三相有壓；檢后備電壓控制字投入時(shí)，U2大于等于“有壓定值”；工作電源1DL合、備用電源2DL分、聯(lián)絡(luò)電源3DL合；保護(hù)起動(dòng)、手動(dòng)起動(dòng)接點(diǎn)未閉合。經(jīng)過(guò)10s后充電完成。裝置放電條件：①控制字“1→2切換起動(dòng)”設(shè)為退出；②開入“保護(hù)閉鎖”閉合；③定值“快速合閘”“同捕合閘”“殘壓合閘”和“長(zhǎng)延時(shí)合閘”都退出；④開入“閉鎖切換”閉合；⑤工作電源1DL、備用電源2DL跳位異常；⑥備用電源2DL在合位或聯(lián)絡(luò)電源3DL在跳位；⑦檢后備電壓控制字投入時(shí)，U2小于“有壓定值”，延時(shí)15 s。起動(dòng)條件，當(dāng)1→2切換起動(dòng)投入、檢后備電壓控制字投入時(shí)U2有壓，下列任一條件滿足。①?gòu)S用段、公用段母線未斷線且開入“保護(hù)起動(dòng)1”閉合；②廠用段、公用段母線未斷線且工作電源1DL變位起動(dòng)；③廠用段母線失壓起動(dòng)。動(dòng)作過(guò)程：按定值“故障切換串聯(lián)”的設(shè)定（0表示同時(shí)；1表示串聯(lián)）進(jìn)行切換。

自動(dòng)切換單元，用于在根據(jù)信號(hào)采集單元獲取的電壓信號(hào)判斷母線失壓或發(fā)變組保護(hù)起動(dòng)信號(hào)或工作電源斷路器跳閘變位，且備用電源正常時(shí)執(zhí)行自動(dòng)串聯(lián)切換操作。以下以新的廠用段帶公用段運(yùn)行方式（工作電源1DL 601a到備用電源2DL 605a串聯(lián)切換邏輯）為例，進(jìn)行自動(dòng)串聯(lián)切換邏輯時(shí)序說(shuō)明，原有廠用段與公用段獨(dú)立運(yùn)行方式（工作電源1DL 601a到聯(lián)絡(luò)備用電源3DL 610a自動(dòng)串聯(lián)切換邏輯）類同，如圖3所示。

圖3 工作電源1DL 601a到備用電源2DL 605a串聯(lián)切換邏輯圖（廠用段帶公用段運(yùn)行方式）

6 結(jié)束語(yǔ)

按上述原理圖接線整定好快切定值、經(jīng)整組傳動(dòng)試驗(yàn)及實(shí)際驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期的效果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，并安全可靠實(shí)現(xiàn)快切所有功能，6 kV廠用IA段與公用IA電源開關(guān)的手動(dòng)正常倒換。①1DL 601a與3DL 610a的手動(dòng)并聯(lián)雙向切換按原方式在DCS操作員站起動(dòng)快切裝置操作；②3DL 610a與2DL 605a的手動(dòng)并聯(lián)雙向切換在1號(hào)機(jī)機(jī)快切裝置屏操作對(duì)應(yīng)的手動(dòng)切換把手BK。實(shí)現(xiàn)2種運(yùn)行方式下的故障自動(dòng)切換：廠用段帶公用段單母方式①、1號(hào)機(jī)機(jī)組運(yùn)行，1號(hào)機(jī)啟備變05T低壓側(cè)電源作為1號(hào)機(jī)高廠變01T聯(lián)鎖備用。1DL 601a事故跳閘聯(lián)合2DL 605a。廠用段不帶公用段原有單母分段方式②、1號(hào)機(jī)機(jī)組運(yùn)行、6 kV公用I段由1號(hào)機(jī)啟備變05T供電，6 kV廠用I段由1號(hào)機(jī)高廠變01T供電，6 kV公用I段母線電源作為1號(hào)機(jī)高廠變01T聯(lián)鎖備用。1DL 601a事故跳閘聯(lián)合3DL 610a。