發電廠廠用電快速切換介紹及一起不成功情況分析

摘要：現代大容量火電機組的特點之一是采用機、爐、電單元集控方式，其廠用電系統的安全可靠性對整個機組乃至整個電廠運行的安全、可靠性有著相當重要的影響。因此，正常發電機組啟停機、事故情況時的廠用電切換可靠性尤為重要。廠用電切換已成為整個廠用電系統的一個重要環節。

關鍵詞：火電機組；單元集控；廠用電切換

作者簡介：焦加洋（1984-），男，江蘇灌云人，華能淮陰電廠檢修部，工程師。（江蘇淮安223001）

中圖分類號：TM6#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）06-0146-02

目前國內多數火力發電廠采用的是機、爐、電單元集控方式。在機組正常啟停、事故情況下都需進行廠用電切換。典型火力發電廠廠用電切換方式采用的是微機型快速切換裝置。

一、廠用電切換存在的問題及發展趨勢

以往的廠用電切換方式主要采用以下幾種方式：

（1）以工作開關輔助接點直接（或經低壓繼電器、延時繼電器）起動備用電源；

（2）在合閘回路中加延時以圖躲過180°反相點合閘（短延時切換）；

（3）在合閘回路中另串普通機電式或電子式同期檢查繼電器；

（4）在合閘回路中串殘壓檢定環節，即殘壓切換。

而據有關資料分析，以上幾種廠用電切換方式都不能很好地滿足安全性、可靠性的要求。國內有關資料已經提供了不少同廠用電切換有關的問題和事故，如停機停爐、設備損壞等。事實上，廠用電切換不當引起的問題有些是明顯的、突發的，而有些是漸變的。譬如：6kV負載電動機或啟動變受一兩次沖擊并不一定馬上就損壞，即使壞了，也并不一定引起足夠的重視。廠用電切換過程與很多因素有關，較長時間未發生問題并不意味著不存在隱患。

國內已發生多起與廠用電切換有關的問題和事故。如某電廠600MW引起機組由于原設計不合理，幾乎每次切換都不成功，只好增大啟動變保護定值，但這顯然留下了更大的隱患；某電廠由于廠用電切換不成功，造成無法安全停機導致汽輪機大軸損壞；某電廠由于工作電源與備用電源間電氣距離很大，連正常切換都無法保證。

發電機組對廠用電切換的基本要求是安全可靠。其安全性體現為切換過程中不能造成設備損壞，而可靠性則體現為提高切換成功率，縮短切換時間，減少啟動變過流或重要廠用電母線輔機跳閘造成鍋爐汽機停運的事故。隨著真空和SF6開關的廣泛使用，廠用電源采用新一代快速切換裝置已毋庸置疑。南京東大金智公司的MFC2000-2型微機廠用電快速切換裝置便是在這樣的大環境下應運而生，并在國內眾多火力發電廠中得到了廣泛應用。

二、發電機組各工況下廠用電切換方式

當發電機機組6kV廠用電母線工作電源開關1DL因某種原因（如停機或事故跳閘情況等）跳開時，快切裝置按照預設的方式合上啟動變低壓側至發電機組廠用電母線的備用電源開關2DL，保證發電機組廠用電源負載正常工作，減少因失電對機爐輔機影響。當然，當機組高廠變低壓側恢復正常供電時，快切裝置也可按照預設方式切回正常供電方式，即機組廠用電母線由自身高廠變低壓側供電。以下即為發電機組不同工況下廠用電切換方式。

1.正常啟停機時方式

發電機組啟停機時廠用電切換一般采用由操作臺啟動，采用并聯切換（先合上備用電源開關2DL，兩電源短時并聯，再跳開工作電源開關1DL）。

2.事故情況切換

當發變組保護動作跳工作電源開關1DL的同時，保護裝置送一啟動切換接點信號至快切裝置。這種情況多采用串聯方式切換（先跳開工作電源開關1DL，確認工作開關跳開后，再合上備用電源開關2DL）。

3.不正常情況切換

一是廠用電母線失壓。母線電壓低于整定值且達到整定延時后，快切裝置按自動方式進行切換（介于串聯與并聯間的一種切換方式，合備用開關命令在跳工作命令之后、工作開關跳開之前發出）。二是工作電源開關誤跳，由工作開關輔助接點啟動裝置（華能淮陰電廠#5機于2010年4月2日晚停機6kV工作B段進線開關分閘線圈燒壞導致快切不成功時，便是就地人工將開關手動分閘，采用此方式完成快切的）。

三、MFC2000-2型廠用電快速切換裝置優點與不足

優點：動作原理先進，采用快速切換、同期捕捉切換、殘壓切換等方式。優先選擇快速切換方式，切換時間小于0.2秒，對廠用電母線負載電機及啟動變沖擊小。快速切換不成功時還可進行同期捕捉切換，即在廠用電母線反饋電壓與備用電源電壓相量第一次相位重合時合閘，時間約0.6秒。對于電動機自啟動也比較有利，因此時廠用電母線電壓衰減到65%-70%之間，電機轉速不至于下降得很大。前兩種方式都失敗時，采用殘壓切換方式，即廠用母線電壓衰減到20%-40%后實現的切換。雖說此種方式對電機等沖擊較小，但因停電時間過長，電機自啟動成功與否、自啟動時間都受到很大限制。

不足：雖說東大金智的MFC—2000型微機廠用電快速切換裝置動作原理十分先進，但通過大量火力發電廠使用情況反饋來看，其設計還是存在不滿足現場安全性的隱患的。

裝置啟動時必要條件之一是工作電源開關、備用開關一個合閘，另一個處于分閘狀態。但是目前使用的快切裝置僅僅以開關的輔助接點狀態來判斷開關的分合閘狀態。因國內大多數電廠使用的廠用電工作進線開關有試驗位置（即使開關合上，也不會通過開關對廠用電母線供電。此種方式主要供運行檢修人員試驗用）與工作位置（開關合上后便對廠用電母線實際供電）之分，若此時工作電源或備用電源開關因檢修或其他原因處于試驗位置，且此時快切裝置滿足啟動條件進行切換，便可能會造成切換后母線繼續失壓，引起事故擴大。一般廠用電工作電源與備用電源進線開關均提供反映試驗位置與工作位置的輔助開關接點，可將此作為一個邏輯判斷條件，便可將上述隱患排除。

四、一起廠用電快速切換不成功情況分析

某電廠#5機組6kV廠用電母線B工作進線開關6529開關在#5機組停運倒廠用電過程中連續發生兩次分閘線圈燒壞、開關拒分現象，最后都是采用非正常手段將其分開。

1.分閘線圈燒毀的原因

（1）分閘回路電阻偏大。分閘線圈回路絕緣降低，或是控制回路線徑過小造成電阻偏大，使得分閘控制回路電壓降較大，導致電壓達不到線圈分閘動作的值，使分閘線圈長時間帶電燒毀。

（2）保護控制裝置故障。分閘指令是由保護控制裝置發出的，若裝置內的分閘繼電器有故障，或分閘控制回路輔助開關觸點動作行程較大，造成分閘指令不能及時退出，就會使分閘線圈長時間帶電而燒毀。

（3）分閘電磁鐵機械故障。線圈松動造成斷路器分閘時電磁鐵位移，使鐵心卡澀，造成線圈燒毀；或由于鐵心的活動行程短，當接通分閘回路電源時，鐵心頂不開脫扣機構使線圈長時間通電而燒毀。

（4）斷路器拒分。控制回路正常時，斷路器出現拒分的故障均為連桿機構問題，如頂點調整不當，使斷路器分閘鐵心頂桿的力度不能使機構及時脫扣；或由于防護閉鎖機構未動作，致使線圈過載，造成分閘線圈燒毀。

（5）開關輔助接點不可靠。MFC—2000型微機廠用電快速切換裝置以開關的輔助接點判斷開關的分閘狀態。MFC—2000快切裝置發出的分合閘指令固定為500ms。停機倒廠用電時，采用并聯切換方式：先合上備用電源開關2DL，兩電源短時并聯，再跳開工作電源開關1DL。若此時工作電源進線開關輔助接點不可靠導致快切裝置未及時接收到開關輔助接點狀態變化，裝置判斷工作進線開關未跳開而執行去耦合功能，跳開剛合上的備用電源開關。

2.針對所有可能原因進行分析

（1）檢查分閘回路情況，是否造成回路分壓過大。按照如下步驟進行了相關測試。

從表1結果可以看出，分閘回路良好，各種分閘方式都不會導致分閘回路分壓過大導致分閘線圈達不到分閘電壓以至于長期帶電燒毀。因此原因一可以排除。

（2）檢測快切裝置動作時分閘回路分閘時間、電壓等情況。

1）試驗方法。在工作進線開關B6529分閘線圈兩端并接兩根電纜至#5機勵磁調節器再送至#5機故障錄波器的轉子電壓端子排處，利用#5機組故障錄波器的轉子電壓的模擬量通道測量快切裝置動作時分閘回路分閘時間、電壓等情況。

2）試驗步驟。

A.將工作進線開關B送至試驗位置，就地手動合閘。

B.利用#5機發變組保護C柜非電量保護（主變重瓦斯）出口跳工作進線開關B。由主變重瓦斯動作信號啟動#5機故障錄波器，完整記錄工作進線開關B由合閘狀態（狀態1）—收到發變組跳閘指令（狀態2）—分閘狀態（狀態3）的一系列完整分閘線圈兩端電壓變化趨勢。

3）三個狀態說明。

A.狀態1：合閘狀態時，分閘回路由于沒有相關跳閘指令、跳閘接點使之導通，沒有電流流通，所以分閘線圈兩端電壓差很小，接近于0。

B.狀態2：收到發變組C柜主變重瓦斯動作跳閘指令，且分閘回路中串聯的開關輔助接點P未斷開，此時分閘回路完全導通，所以分閘線圈兩端電壓差即為直流控制電源電壓值約220V。

C.狀態3：分閘線圈收到發變組C柜主變重瓦斯動作跳閘指令動作后，開關輔助接點P由閉合狀態至完全斷開時，由于分閘線圈中電流值由i突降到0，由于分閘線圈電感特性，在分閘線圈兩端便會產生一個反向的電壓值U=-L*（di/dt）。其中，L為分閘線圈電感特性反映出的電感值，di/dt為開關輔助接點P由閉合狀態至完全斷開這一時間內電流的突變量值。

可以看出，停機時快切裝置動作后，狀態2與狀態3的時間總和即為分閘回路收到快切裝置的分閘指令到分閘回路完全斷開這一過程，這一時間約為0.04S。因此原因二同樣可以排除。

（3）開關機械部分原因分析。

通過對開關在試驗位置與工作位置多次分合閘試驗，以及對開關測量分閘電壓，開關機械部分原因亦可排除。

開關輔助接點不可靠。該電廠通過將6kV工作B段母線上負荷轉移到A段后進行了一次實際廠用電切換操作發現，快切裝置面板上反應6529開關狀態的方框時而變位實心（判斷為合閘），時而變位虛框（判斷為分閘）。對此快切用6kV開關輔助接點重點檢查發現，接點閉合后直阻約為250Ω。重新更換一副良好接點后再次試驗數次均切換成功。

隨著國內火力發電廠諸如600MW、1000MW等大容量機組的不斷增多，對廠用電切換的成功率和切換時間都提出了更高的要求。由于快速切換裝置本身故障造成的切換事故占的比例很少，更多的是由于切換二次回路及切換裝置所用的開關、廠用母線和進線分支電壓互感器輔助接點不可靠引起快切失敗。因此，將相關二次控制回路維護好是確保火力發電廠廠用電快切系統穩定可靠的關鍵。

參考文獻：

[1]單淵達.電能系統基礎[M].北京:機械工業出版社，2001.

[2]王維儉，候炳蘊.大型機組繼電保護理論基礎[M].北京:中國電力出版社，1989.

（責任編輯：劉麗娜）