廠用電快速切換在火電廠的應用

摘要：文章針對廠用工作電源與備用電源的典型接線，探討火電廠廠用電的切換問題。當廠用工作電源與備用電源兩者壓差、相角差均滿足合環條件時，正常切換應采用并聯切換方式，事故切換采用串聯切換方式；相角差不滿足合環條件時，正常切換及事故切換均應采用串聯切換。

關鍵詞：火電廠；廠用電系統；快速切換

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-094-02

火力發電廠的運行狀況是由發電機組、電廠以及電力系統三個因素來決定的。對于廠用電進行切換是一個比較復雜的動態過程，發生安全事故的時如果處置不到位，電流、電壓、相角等多種變量都會發生較大改變，情況嚴重的時會導致切換失敗，甚至導致設備損壞。

1 廠用電切換存在的問題

廠用電切換方式通常有以下幾種：采用工作開關用來輔助接點或是延時繼電器起動備用的電源；延時用于合閘回路；在合閘回路當中，另外添加機電式或是電子式的繼電器；在合閘回路中，串殘壓切換。上述四種方式在可靠性和安全性上都有所欠缺。國內已經發生多次使用電切換導致的事故，比如停機、設備沖壞等等。實際上，上述事故的發生不是偶然的，看似偶然的情況往往由許多必然的因素在里面起作用，比如說電動機受到一兩次的沖擊不會引起我們的重視，因為它不會馬上損壞，但是長時間沒有安全事故的發生并不表示不會導致安全隱患。

2 廠用電源的切換方式分析

2.1 按運行的狀態

①正常切換。正常運行的時候，由于開機、停機等情況的需要，會把母線從一個電源切換到另外一個電源上面，此時對切換速度沒有硬性要求。

②事故切換。這是因為當發生事故時，比如發電機、汽輪機、主變壓器、鍋爐等各種事故，此時會果斷切除廠用母線，要求備用電源在第一時間內迅速地自動切入，盡快地實現安全切換。

2.2 按斷路器的切換順序

①并聯切換。在切換的時候，工作中的電源與備用電源之間，優點是短時間內它是并聯運行的，它可以保證廠用電的不間斷供給，缺點在于并聯的時候會導致短路的容量加大。因為并聯的時間過于短暫，往往發生幾秒之內，發生事故的幾率很低。所以廣泛采用在正常切換中。

②串聯切換。它是指只有在切除一個電源的情況下，另一個電源才允許投入。在進行串聯切換時，會在廠用母線上出現一個斷電的時間差，斷路器的合閘速度決定了斷電時間的長短。串聯切換的優缺點正好與并聯切換的相反。

③同時切換。切換的時候，切除電源和投入電源的兩個脈沖信號將會同時發出。在切換的時候，由于分閘時間和合閘時間的長短，以及其分散性的特性，通常會出現幾個周波的斷電時間，偶爾會有1~2個周波兩個電源并聯的情況出現。

2.3 按切換的時間

②同期捕捉切換。之前已經通過分析，發現固定延時的方法并不可行?，F在最好是通過追蹤殘壓的頻率之間的差異，再就是角差之間的變化，在收到反饋電和備用電源電壓向量，以第一次重合相位的時候把電源開關合上，這樣對于電動機的自起動是非常有利的。

③殘壓切換。這個是指當殘壓降到20%~40%額定電壓之后出現的切換。雖然可以高效的保護電動機的性能安全，但是電動機能否成功起動及自起動都會受到時間限制的，因為需要較長時間停電。

3 廠用電快速切換在南通美亞熱電廠的應用

3.1 開機時廠用電的切換過程

3.2 停機時廠用電的切換過程

與開機過程相反，正常停機時廠用電由工作電源供電，即工作電源開關4QF合閘，備用電源開關03QF斷開。停機時，由經同期檢定后合上備用電源開關03QF，再跳開備用電源開關4QF，即通過并聯方式實現廠用電的切換。

3.3 事故時廠用電的切換過程

由于在事故情況下，不論是工作電源斷路器偷跳，還是由于保護動作使工作電源斷路器跳閘，必定是首先斷開工作電源斷路器，這時自動轉入廠用電事故切換程序。由于該電廠備用電源與工作電源取自同一110 kV母線，且主變與起/備變的連接組別相同，故工作電源斷路器斷開瞬間6 kV廠用母線殘壓與備用電源電壓相位相同，如果單從縮短母線失電時間上考慮，采用同時切換是合適的；但考慮到斷路器跳閘時間的離散性以及如果工作電源斷路器拒動則會使備用電源投與故障上，對設備造成二次沖擊，故在此電廠采用比較可靠的串聯快速切換，為防止意外出現快速切換失敗后設置的后備切換方式為同期捕捉切換和殘壓切換。

根據電廠運行人員反映，1#、2#機組在采用MFC2000-2型微機廠用電快速切換裝置之前，平均每年會發生一到兩次廠用電切換失敗的情況，而且都是在事故切換的情況下發生的，這給電廠帶來了一定的損失。1~4#機組在采用了MFC2000-2型微機廠用電快速切換裝置之后，運行至今未發生過廠用電切換失敗的情況，并且廠用電切換基本上都是以快速切換的方式實現的，這對機組的穩定運行提供了有力的支持，運行人員普遍反映比較滿意。

4 應用快切時應注意的問題

開關的開關閘時間、系統結線以及故障類型度都定著快速切換能否順利實現。廠用母線電壓和備用電壓兩者之間形成的初始相角，如果大于200，在發生事故切換時很難保證成功的將快速切換到位，如果環流太大的話還可能導致進一步引發并聯切換的失敗，進而可能引起機組設計的損壞問題。從故障發生到開關跳開這一過程當中，母線電壓的頻率改變、相角和幅值的改變，這些因素都是由故障類型決定的，此外也受保護動作時間、其他有關的開關順序和動作時間的影響。因此，事實上有以下情況出現：受到客觀條件的限制，某些電廠無法實現快速切換，對于有些機組而言，快速切換不能保證每次都能成功。

快起不成功的情況時有發生，為了將損失降低，會把同期捕捉定為第二套方案。有資料顯示：反相之后會有多個同期點，第一個同期點的持續時間大約在0.4~0.6 s，會將殘壓衰減到許可范圍內的時間長度為1~2 s；出現長延的情況時，則需要根據現場的試驗情況，依據殘壓曲線而定，通常情況為幾秒，這樣是為了保證自起動電流能夠在4~6倍之內。顯而易見，相對于殘壓切換和長延切換，同期捕捉切換更具優勢。

5 結 語

廠用電的切換問題是一個需要發電廠引起重視的問題，因為它涉及到主要設備運行的可靠性和安全性。南通美亞熱電廠用電快切裝置的良好運行表明：該裝置了廠用電切換的成功率，提高了機組運行的安全、可靠性。因此建議在工作電源與備用電源取自同一電網且相角相同的電廠中采用廠用電快切裝置。在工作電源與備用電源取自不同電網或相角相差較大的電廠中經綜合技術比較后決定是否采用。

參考文獻：

[1] 于波.廠用電快切裝置在火電廠的應用[J].廣西電力，2007，(3).