發(fā)電廠廠用電快速切換技術(shù)研究

沈永紅

摘要：發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的主要場所，每年生產(chǎn)了大量的電能供社會各行各業(yè)使用。發(fā)電廠主要由建筑物、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、輔助設(shè)備等共同構(gòu)成。電源是發(fā)電廠生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運行的前提，也是決定各類設(shè)備能否發(fā)揮作用的首要因素。為了安全期間，發(fā)電廠在生產(chǎn)期間會設(shè)置備用電源，當(dāng)供電系統(tǒng)電源發(fā)生故障后可及時切換，以免系統(tǒng)因故障發(fā)生而中斷運行?？紤]到傳統(tǒng)用電切換技術(shù)的不足，文章主要分析了發(fā)電廠廠用電快速切換技術(shù)的運用狀況。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；快速切換；運用；分析

中圖分類號：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0108-02

早期發(fā)電廠建設(shè)期間受到國內(nèi)電力技術(shù)水平的限制，電廠備用電源切換多數(shù)采用了慢速切換技術(shù)。這使得常規(guī)電源轉(zhuǎn)換到備用電源之間的操作時間較長，破壞了系統(tǒng)原先的穩(wěn)定運行效率，給發(fā)電廠電能生產(chǎn)作業(yè)造成了諸多不便。經(jīng)過長期的開發(fā)研究，我國對發(fā)電廠廠用電快速切換技術(shù)的運用更加成熟，備用電源切換的動作時間更短，顯著提升了發(fā)電廠設(shè)備運行的效率。

目前火電廠廠用電快速切換如圖1所示。

由于發(fā)電廠裝機(jī)容量逐漸增大，電廠設(shè)備在運行期間要設(shè)置足夠的備用電源，這樣才故障發(fā)生之后才能保持發(fā)電廠生產(chǎn)作業(yè)的持續(xù)運行。電廠在對電廠建設(shè)初期的備用電源切換裝置全面更新，將電廠用電慢切換技術(shù)由快切換技術(shù)取代。這之后，電廠生產(chǎn)電能的產(chǎn)量顯著提升，廠內(nèi)供電系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定、安全、可靠。由此可見，發(fā)電廠廠用電快速切換技術(shù)的運用可以顯著改善電廠生產(chǎn)電能的效率。

1發(fā)電廠廠用電快速切換的優(yōu)點

我國電廠建設(shè)初期許多設(shè)備及相關(guān)技術(shù)還處于落后水平，傳統(tǒng)電廠生產(chǎn)模式效率較低，每年的電能產(chǎn)量也難以達(dá)到全國用電的需要。隨著新時期社會現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，發(fā)電廠生產(chǎn)電能的任務(wù)更加繁重，對各環(huán)節(jié)的設(shè)備及裝置性能要求更嚴(yán)。與傳統(tǒng)的慢速切換方式相比，快速切換技術(shù)有著多個方面的優(yōu)點，主要表現(xiàn)于以下幾個方面。

①維護(hù)系統(tǒng)。從電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，電源是系統(tǒng)所有連接設(shè)備正常運行的保證。發(fā)電廠生產(chǎn)電能設(shè)置備用電源之后，慢速切換技術(shù)就一直運用于中小型發(fā)電廠。但隨著社會用電量的逐漸增加，發(fā)電廠內(nèi)部供電系統(tǒng)的荷載也大幅度上升，慢速切換模式已適應(yīng)不了高負(fù)荷的運行狀態(tài)。利用快速切換技術(shù)可以加快電源轉(zhuǎn)換的速度，有效維護(hù)了機(jī)組的正常運行速率。

②穩(wěn)定運行。慢速切換技術(shù)動作時間較長，若切換裝置動作過緩則容易引起故障而中斷了發(fā)電廠系統(tǒng)的運行。同時，慢速切換階段的電流、電壓、頻率、滑差、相角、轉(zhuǎn)矩等指標(biāo)也會隨之變化，若在切換過程中發(fā)生異常狀況則會破壞電能傳輸?shù)姆€(wěn)定性。發(fā)電廠廠用電快速切換技術(shù)可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)電源的切入，同時構(gòu)建穩(wěn)定的運行模式，如圖2所示。

③防止故障?？焖偾袚Q技術(shù)的運用能發(fā)揮多個方面的功能，在保證電廠設(shè)備可靠運行時也能防范故障的發(fā)生。如：快速切換方式在時間消耗上較短，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后迅速轉(zhuǎn)移到備用電源上，這就避免因切換時間過長造成的設(shè)備受損。另外，在高負(fù)荷電能生產(chǎn)狀態(tài)下，快速切換技術(shù)也可加強發(fā)電廠設(shè)備的穩(wěn)定性，通過正確的接線及時轉(zhuǎn)接電源。

④加強保護(hù)。從電廠改用為用電快速切換技術(shù)之后，發(fā)電廠的運行效率、電能產(chǎn)量等顯著提高。電廠設(shè)計人員在規(guī)劃備用電源時采用了多個保護(hù)裝置，讓用電快速切換有更多的操控選擇，如：切換裝置能夠?qū)崿F(xiàn)單獨投、退動作。此外，對于無分支保護(hù)的場合則使用PCS-9655裝置，對系統(tǒng)內(nèi)部的支出提供加速保護(hù)功能，避免系統(tǒng)運行時發(fā)生阻礙。

⑤避免失電。目前，發(fā)電廠的供電系統(tǒng)主要使用單母分段供電方式，若設(shè)備及線路處于無異常狀態(tài)時，系統(tǒng)內(nèi)兩段母線分別由電源的進(jìn)線供電，開關(guān)CB1、CB2均閉合，母聯(lián)開關(guān)CB3分位。設(shè)置快速切換技術(shù)后，如：利用PCS-9655廠用電快切裝置在故障發(fā)生時能及時跳開故障進(jìn)線開關(guān)（CB1或CB2），合母聯(lián)開關(guān)CB3，避免母線失電現(xiàn)象的發(fā)生。

2發(fā)電廠同期捕捉切換的常見形式

發(fā)電廠廠用電快速切換技術(shù)需要借助不同的輔助元件完成，廠用電快速切換裝置是不可缺少的構(gòu)件。國內(nèi)發(fā)電廠現(xiàn)有的廠用電快速切換方法包括：正常切換、事故切換。前者是廠用工作分支和備用分支間根據(jù)運行方式要求進(jìn)行的切換；后者是廠用工作電源消失后快速投入備用電源的切換方式。無論是哪一種用電快速切換方式，其都具有工作同期、備用電源同期等問題。發(fā)電廠廠用電快速切換技術(shù)中的同期捕捉形式包括以下幾種。

①恒定越前相角。這種原理下要參照同期捕捉過程中相角的變化情況而定，如：相角的速度、位置、大小等。此外，還需要對合閘的時間進(jìn)行詳細(xì)計算。根據(jù)這兩方面的數(shù)據(jù)可以獲得合閘的提前角，快切裝置實時跟蹤頻差和相差。若裝置內(nèi)部的元件運行到一定程度后，則可操控合閘狀態(tài)。如：若相差符合整定值、頻差在整定范圍內(nèi)，則會有合閘信號發(fā)出，相反則放棄合閘。

②恒定越前時間。用電快速切換技術(shù)中基于“恒定越前時間”原理的切換，最關(guān)鍵的是參照了實時的頻差、相差，通過計算機(jī)創(chuàng)建相對應(yīng)的變化模型，由此推算出離相角差過零點的時間，根據(jù)時間狀況來確定合閘控制的狀態(tài)。如：當(dāng)時間靠近合閘回路總時間后，控制系統(tǒng)會發(fā)出合閘命令。需要注意的是使用這種同期捕捉切換時要熟悉掌握頻差、相角差等指標(biāo)變化情況。

③沖擊電流時機(jī)。電力系統(tǒng)內(nèi)部電流大小變化對備用電源的影響較大，基于“沖擊電流時機(jī)”原理的切換技術(shù)，其主要是捕捉電動機(jī)群規(guī)定的沖擊電流完成切換動作。由于這一階段許多電動機(jī)未能完全切除，給自啟動創(chuàng)造而來有利的條件，這對于維護(hù)發(fā)電廠廠用電源的安全性有重要意義。具體情況：合上備用電源后電動機(jī)承受的電壓：

UD=XD△U/（XS+XD） （1）

式中，XD為母線上電動機(jī)組和低壓負(fù)荷折算到高壓廠用電壓后的等值電抗；XS為電源的等值電抗令K0=XD/（XS+XD）。

根據(jù)這一公式計算所得的結(jié)果，可以對電動機(jī)關(guān)閉、運行等操作流程合理調(diào)控，如：把電動機(jī)的有功功率、無功功率等指標(biāo)綜合控制起來。式（1）中UD值的選擇要考慮到電動機(jī)實際運行的需要，本次研究參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為1.1倍額定電壓UGN，即：K0△U＜1.1UGN。發(fā)電廠廠用電快速切換時應(yīng)根據(jù)設(shè)備的具體功能指標(biāo)，及時調(diào)整內(nèi)部電源的電壓大小，為切換動作創(chuàng)造良好的條件。

3結(jié)語

綜上所述，從本次研究的電廠情況看，對電廠建設(shè)初期的備用電源切換裝置全面更新，將電廠用電慢切換技術(shù)由快切換技術(shù)取代。使得電廠生產(chǎn)電能的產(chǎn)量顯著提升，廠內(nèi)供電系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定、安全、可靠。因而，發(fā)電廠在設(shè)置備用電源時要考慮快速切換技術(shù)的運用。

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