6kV廠用電切換失敗的原因分析及對策

趙明軍 張立民 王志強

（寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司能源中心 新疆 烏魯木齊 830022）

6kV廠用電切換失敗的原因分析及對策

趙明軍 張立民 王志強

（寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司能源中心 新疆 烏魯木齊 830022）

通過對一起八鋼熱電廠6kV廠用電備自投切換失敗的原因分析，指出了采用新型廠用電快切裝置解決廠用電切換的必要性，闡述了DEP-549N廠用電快切裝置在八鋼熱電廠中的實際應用和的使用方法;對調試中存在問題進行分析解決，提高廠用電切換的成功率。

廠用電切換；備自投；母線殘壓；快切裝置

0 前言

八鋼熱電廠在年修、消缺及工作電源故障的情況下必須進行廠用電切換，廠用電切換是整個廠用電系統的重要環節之一。自2010年以來，廠用電切換導致鍋爐滅火3次，對八鋼產業鏈造成了重大影響，為此對廠用電切換裝置進行改造，提高廠用電切換成功率，勢在必行。

1 廠用電接線方式及備自投選型

廠用電接線如圖1。

圖1

6kVIB段、IIB段、IIIB段為我廠6kV廠用母線，工作電源開關分別是0634、0637、0658，由發電機直配母線供電，備用電源開關是0635、0638、0659，由6kV0段供電，每段母線兩路進線電源通過備自投切換。

6kVIB、IIB、IIIB母線備自投分別采用上海申瑞生產的DEP-827、DEP-827、DEP-541N微機備自投裝置。可實現母線失壓自投備用電源開關的功能。工作原理為：檢備用開關開關量正確，備用進線電壓大于70%，母線三相電壓低于70%、工作進線無電流，起動備自投跳工作電源開關，合備用電源開關。若備用開關開關量不正確，工作進線有電流，備用電源電壓低于70%，任意條件滿足閉鎖備自投。

2 備自投切換失敗案例分析及存在問題

2.1 切換失敗經過

2010年 9月 27日在6kV直配 IA段母線檢修中，將6kVIIIB段電源由工作電源切換至備用電源時，備自投動作成功，但6kVIIIB段上所有電機均過流I段動作跳閘，鍋爐滅火。

2.2 原因分析

根據八鋼熱電廠廠用電母線電動機的殘壓特性和電動機耐受電流能力，以極坐標形式繪制出母線殘壓向量變化軌跡（圖2）。

圖2

圖中，VD為母線殘壓，VS為備用電源電壓，△U為備用電源電壓與母線殘壓間的差拍電壓。合上備用電源后電動機承受的電壓UM；為保證電動機安全自起動，UM應小于電動機的允許起動電壓，假設為1.1倍額定電壓Ue，則有：K△U＜1.1Ue△U(%)＜1.1/K設K=0.67，則△U(%)＜1.64。圖中，以A為圓心，以1.64為半徑繪出弧線A'-A''，則A'-A''的右側為備用電源允許合閘的安全區域，左側則為不安全區域。若取K= 0.95，則△U(%)＜1.15，圖中B'-B''的左側均為不安全區域。

根據圖2分析，如果在0.3～0.5s時間內合入備用電源開關，殘壓與備用電源的相位接近180°，在不安全區，沖擊電流很大，過流定值躲不過，動作跳閘。如果過流保護定值增大，會降低過流保護的靈敏度，當發生故障時造成保護拒動。

根據以上分析6kVIIIB電機均過流I段動作的主要原因為備自投切換過程中母線殘壓與備用電源電壓相位不一致。

2.3 八鋼熱電廠備自投切換存在問題

2.3.1 切換方式存單一，等同于事故切換。八鋼熱電廠備自投切換時均采用拉開上級電源開關（0607、0616、0607）使母線失壓來起動備自投。

2.3.2 切換時間長。跟據2010年9月27日6kVIIIB段母線電壓錄波分析，6kVIIIB段母線電壓跌落到70%的時間約為0.4s。備自投裝置整定動作時限為延時0.1s跳工作電源，工作電源開關跳閘后延時0.3s合備用電源開關，母線失壓時間至少約為0.8s。

3 解決對策

3.1 增加切換方式。使電源切換在正常時、保護動作時、開關誤跳時、事故時，分別采用各自啟動判據，提高廠用電切換成功率。

3.2 采用快速切換。減少母線電壓跌落時間，使電機轉速下降較小的情況下，投入備用電源。

3.3 同相切換。保證母線殘壓與備用電源電壓在一定允許的相角差范圍內進行切換。

因此，為了提高6kV廠用電切換成功率必須采用新型的廠用電快切裝置。

4 DEP-549N廠用電快切裝置的應用

4.1 DEP-549N廠用電快切裝置的功能

2012年6月對6kVIIIB段DEP541N備自投裝置進行了改造，換型為DEP-549N廠用電快切裝置。該裝置有正常手動切換、事故切換和不正常情況切換功能。兼有快速切換、首次同相切換、檢耐壓切換和殘壓切換功能，其中快速切換可選擇采用檢相角方式或檢耐壓方式。兼有并聯、串聯和同時切換功能。

4.2 DEP-549N廠用電快切裝置的工作原理

由母線殘壓向量軌跡分析，快速切換方式自投成功率取決于母線殘壓和備用電源電壓的相角差，快速切換的時間及母線允許耐受電壓。

如圖2中知，假定正常運行時，工作電源與備用電源同相，其電壓相量端點為A，則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，如能在A-B段內合上備用電源，則既能保證電動機安全，又不使電動機轉速下降太多，從而實現“快速切換”，由圖2可知快速切換的時間應小于0.2s。

對于不間斷的切換 （如手動或保護啟動）,DEP-549N快速切換裝置能進行快速切換,裝置分別檢母線和備用電源相角差、頻差或允許耐受電壓在定值范圍內，分工作電源開關，合備用電源開關。

如果當前工作電源故障瞬間不滿足同步條件，即無法進行快速切換，裝置自動進行首次同相切換，也就是通常所說的同期捕捉切換。

在快速切換和首次同相切換條件不滿足的時候，自動轉入檢耐壓切換或殘壓切換。

4.3 DEP-549N廠用電快切裝置的具體應用

我廠高壓開關均采用VS系列真空斷路器，6kV廠用母線兩路進線開關實測固有合閘時間小于100ms，繼電器動作時間20ms，由于我廠6kV廠用電源一路電源由發電機直配供電，一路由鋼中變電站供電，不允許并聯切換，因此選用串聯切換，設置50ms延時，總切換時間不大于0.2s，此時在備用電源投入在允許安全區內，滿足快切要求。

由于檢耐壓原理直觀，整定更方便，只需整定“允許耐受電壓”，采用檢耐壓方式比檢相角有更多的機會，而且殘壓衰減得越快機會越大。因此我廠設置快速切換方式為“檢耐壓切換”。

DEP-549N廠用電快切裝置采用充放電條件，判斷切換條件滿足或不滿足，滿足時充電電量為100%，不滿足時放電閉鎖快切。

充電條件為：

1）對應操作對象的功能軟壓板投入。

2）4個切換條件控制字必須有一個整定為投入。

3）如果投入“備用失電閉鎖”功能，那么要求備用電源電壓正常，即備用電源的電壓應大于“備用進線有壓定值”。

4）母三相電壓對稱，且線電壓都大于“失壓啟動電壓”。沒有其它放電條件，則5秒（默認充電時間）后充電完成。

放電條件：

1）開關位置異常。

2）外接“I母保護閉鎖”遙信量有閉鎖輸入。

3）投入“備用失電閉鎖”功能時，備用電源失壓；未投入“備用失電閉鎖”功能時，沒有投入“殘壓切換”功能。

4）母線三相電壓不對稱，或線電壓都小于“失壓啟動電壓”10伏以下。

除了條件2、3是瞬時放電外，其它任一條件成立均延遲10秒放電。

4.4 切換功能的使用

4.4.1 正常切換功能，正常切換時采用手動啟動快切裝置，按事先設定的手動切換方式進行分合閘操作。

4.4.2 事故切換功能，在保護動作時同時啟動快切裝置，置按事先設定的手動切換方式進行分合閘操作。

4.4.3 不正常情況自動切換：有兩種不正常情況，一是母線失壓，母線電壓低于整定電壓達整定延時后，裝置自行啟動，并按自動方式進行切換；二是工作電源開關誤跳，由工作開關輔助接點啟動，裝置在切換條件滿足時合上備用電源。

5 調試中遇到的問題及解決方案

改造完畢手動切換三次均動作成功，但模擬失壓起動快切時，給水泵過流I段跳閘。對此次跳閘時的數據進行分析，6kVIIIB段母線快切失壓啟動定值為75%，當電壓低于75%時啟動快切，進入首次同相程序失敗，進而轉入殘壓切換，母線失壓時間較長，功率最大的給水泵電機重啟電流較大。

由于電機重加速保護電壓跌落定值為70%，低于母線失壓快切啟動定值，且電機啟動門檻電流未設定默認為99A，因此當電壓跌落到75%時快切起動，而給水泵電機重加速未動作導致給水泵未進入電流啟動定值程序，過流運行定值動作跳閘。因此將電機重加速啟動定值設為75%，啟動門檻電流設定為1.2倍額定電流，電機能夠躲過殘壓切換產生的沖擊電流。

6 結論

通過對廠用電切換的實例分析及DEP-549N在八鋼熱電廠的應用，得出以下結論：

6.1 廠用電快切裝置較傳統的備自投裝置，在切換方式、切換時機、切換可靠性上有諸多優越性，因此八鋼熱電廠將逐步將備自投裝置改型為快切裝置。

6.2 八鋼熱電廠DEP-549N快切裝置不采用并聯啟動方式，采用串聯切換方式，快速切換方式整定為“檢耐壓切換”。

6.3 廠用母線電機重加速電壓定值和快切失壓啟動定值設置相同，電機啟動門檻電流設定為1.2倍額定電流，在母線電壓低于75%時，同時啟動電機重加速保護，進入啟動定值認定程序。

［1］高純如.大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術[M].中國電力出版社.

［2］王丹華.電廠廠用電切換存在問題及對策[J].電氣技術及自動化.

［3］闞哲,唐穎.6kV廠用電快速切換系統裝置的誤動原因及處理[J].內蒙古石油化工.

［4］朱一峰.DEP-500N系列微機廠用電保護監控裝置技術使用說明書[Z].上海申瑞電力科技(集團)有限公司.

趙明軍，寶鋼集團八鋼公司能源中心熱電分廠，發電專業工程師，電氣助理工程師。

張立民，寶鋼集團八鋼公司能源中心電力系統主任，工程師，電氣高級工程師。

王志強，寶鋼集團八鋼公司能源中心熱電分廠，電氣工程師。

王洪澤］