快切裝置在呼石化500萬噸擴能改造項目中的應用研究

云瑞軍

（中國石油呼和浩特石化公司，內蒙古 呼和浩特 010070）

概述

石化企業工藝裝置的生產過程連續性強，且生產裝置屬于爆炸火災危險環境，其用電負荷絕大部分屬一、二級負荷，一級負荷中尚有特別重要的負荷，一旦中斷供電需較長時間恢復生產，并可能引起爆炸、火災、人身傷亡和設備損壞等重大事故，給企業造成巨大的經濟損失，因此石化企業的安全、連續、可靠供電顯得十分重要。

1 呼石化原供電系統及備用電源切換方式

呼和浩特石化公司原有電力系統兩路110kV進線為分段單母線接線方式，由兩臺主變（容量16000kVA）降壓至6kV給各區域變電所，6kV、380V分段斷路器設置備自投裝置，并設手動、自動切換開關。

由于原備自投裝置的啟動是以工作母線失壓為判據，并沒有采用啟動更迅速的保護或失電為啟動信號，且備自投切換時間比較長（一般在1～2S），所以在備自投動作前，裝置的高壓電機已經因低電壓保護跳閘，而低壓電動機控制回路里的交流接觸器也因失電而釋放，故而備自投在以往的實際運行中沒有真正起到為裝置提供連續可靠供電的作用。

2 呼石化新建供電系統及備用電源切換方式

呼石化500萬噸項目新建總變仍然是兩路110kV進線，由于新建500萬項目供電負荷的大幅增加（計算負荷為56262kW），故廠區主供網絡電壓等級由6kV改為35kV，35kV/6kV區域或聯合裝置的變電所采用線路－變壓器組方式，全廠配電系統以放射式向轄屬的下一級變配電所或變配電裝置直供。

為了能夠更好的保證裝置供電的可靠性和連續性，新建項目35kV母聯斷路器、6kV配電裝置的分段斷路器按照無擾動快速切換的備用電源自動投入裝置設置。我公司快速切換裝置采用的是當前快切裝置市場上技術成熟、性能穩定的ABB公司SUE3000快切裝置和合富機電TPM300快切裝置產品。

3 快切裝置切換方式介紹

快切裝置動作按切換方式的優先級區分一般包括快速切換、首次同期點切換、殘壓切換和延時切換4種切換方式。

快速切換是當母線電源中斷后，母線殘壓和備用電源電壓之間的相位差不超過20的情況下，同時發出斷路器的分、合閘指令，跳開工作電源，同時合上備用電源。系統實際無流時間僅為斷路器合、分閘時間之差（一般不超過20ms）。快速切換的切換時間極短，切換全過程不超過100ms，完全滿足系統對沖擊電流的要求。

圖1表示采用快速切換模式進行切換的波形圖，從圖中可以看到，母線的實際無流時間為12.5ms，這種切換方式可以實現幾乎無沖擊電流的快速切換。

圖1 快速切換錄波圖

首次同期切換（切換過程250－500ms）是當母線殘壓和備用電源電壓相對旋轉一周又回到同期點，這時角差為零，差壓也較小，若在這一時刻合上備用電源，電氣設備受到的沖擊也較小，這種切換稱為首次同期點切換。圖2為首次同期點切換的錄波圖。從波形圖我們看到，沖擊電流比快速切換增大了許多，但還是在系統可接受的范圍內。

圖2 首次同相切換錄波圖

殘壓切換（切換過程 400－1200ms）是當母線殘壓衰減到低于設定值時合上備用電源。一般來講，當母線殘壓低于40%的額定電壓時進行切換，沖擊電流已降到可接受的范圍內。圖3為殘壓切換的錄波圖。從波形圖中可看到，差壓輪廓線的周期逐漸減小，反映了電動機減速的過程，殘壓切換引起的沖擊電流較大。

圖3 殘壓切換的錄波圖

延時切換（切換過程大于1700ms）是在發出切換指令后經過一定的延時后合上備用電源的切換方式，一般設定1.5s的等待時間。

綜合以上四種切換模式的分析，切換裝置設計的基本原則是盡量減小切換過程產生的沖擊電流，其中最主要而且最理想的是快速切換，所以機組正常啟停的切換以及故障時的切換必須首先采用快速切換，除非快切失敗才繼續執行備用切換模式。另外切換裝置的所有4種切換模式是在同一時刻同時啟動的，即4種不同的邏輯程序同時運行。

4 呼石化快切裝置的調試應用

在項目施工單位完成項目施工以及快切裝置參數的設定后，我公司技術人員協同施工單位及快切裝置生產廠家調試人員對快切裝置進行了調試與試驗。

在快切裝置投入運行后，在不同起動方式下（手動起動、保護起動、低電壓起動）起動快切裝置對系統進行切換試驗，快切裝置快速完成切換，切換過程中供電系統沒有受到沖擊和擾動。接下來我們在兩段母線沒有帶負荷的情況下進行了手動起動、模擬保護起動、模擬低電壓起動切換試驗，快切裝置動作執行切換。手動起動、模擬保護起動時執行了快速切換，模擬低電壓起動時執行了殘壓切換。

另外，在生產裝置電機單機試運過程中我們還進行了帶負荷情況下保護起動的快速切換模擬試驗。以動力站變電所為例：動力站一段母線所帶負荷為2臺阿特拉斯壓縮機和四臺6KV變壓器所帶的15臺低壓電動機，另一段母線不帶負載。短接綜保電流保護起動信號接點模擬動力站1#出線柜斷路器電流保護跳閘故障，快切裝置即刻起動完成了快速切換，整個切換過程中沒有任何的波動，電機連續運行也沒有受到影響。

結束語

通過快切換裝置的調試試驗可以發現，呼石化500萬噸擴建項目35KV母聯斷路器、6KV配電裝置的分段斷路器采用無擾動快速切換裝置在技術上是成功的。在系統出現故障、晃電或停電時，快切裝置能夠迅速執行切換，確保各裝置供電在系統波動、低電壓或線路內部故障時不受影響，從而在電源上確保了裝置的安全、平穩、連續運行。快切裝置在呼石化供電系統的成功應用，對提高石化企業供電安全性、可靠性、連續性方面有極大的推廣應用價值。

[1]ABBSUE3000廠用電快速切換裝置用戶手冊[Z].

[2]合富機電TPM300快速切換裝置用戶手冊[Z].