廠用電無擾動快切裝置

汪 帥

中國石油天然氣第七建設(shè)公司 山東青島 266300

廠用電無擾動快切裝置

汪 帥

中國石油天然氣第七建設(shè)公司 山東青島 266300

結(jié)合尼日爾Agadem油田一體化項目煉廠部分全廠總配電所無擾動快切裝置（無擾動備用電源替續(xù)控制系統(tǒng)）的調(diào)試工作，簡單介紹了快切裝置的工作原理和調(diào)試方法，并將無擾動快切裝置與傳統(tǒng)備自投裝置作了簡單的比較。

串聯(lián) 并聯(lián) 失壓 快切 備自投

電力供應(yīng)的不間斷是國民經(jīng)濟各領(lǐng)域正常運作的重要保證，電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)進步正沿著這一目標(biāo)不斷前進。對供電可靠性提高的重要前提首先是要有不少于兩個的供電電源，其次是在一個電源因故障被保護切除時，要快速且在不損害供、用電設(shè)備的前提下投入備用電源，不僅要保證對電力用戶電力供應(yīng)不間斷，而且使絕大部分乃至全部負(fù)荷不被切除，迅速再受電繼續(xù)運轉(zhuǎn)。但傳統(tǒng)的備自投裝置已無法滿足當(dāng)今各類用戶必需的要求，特別是對擁有大量電動機負(fù)荷的工業(yè)企業(yè)更是無益反害，在這種情況下，無擾動快切裝置就應(yīng)運而生了。

1 快切裝置與傳統(tǒng)備自投裝置的主要區(qū)別

1.1 啟動原因不同

快切裝置的啟動原因包括手動切換、事故切換和非正常工況切換3種；傳統(tǒng)備自投裝置的啟動原因僅有母線失壓和工作電源開關(guān)誤跳即非正常工況切換1種。故快切裝置的可靠性要遠遠高于傳統(tǒng)備自投裝置。

1.2 切換方式不同

快切裝置在不同原因的情況下啟動，擁有4種切換模式、5大切換準(zhǔn)則，不僅能檢測各開關(guān)狀態(tài)，還能通過檢測母線電壓和備用電源電壓的幅值、相位等模擬量，保證在切換過程中不會對系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生較大的沖擊；快切裝置可以在本級線路發(fā)生故障時閉鎖裝置，防止將備用電源投入到故障線路上，在安全性上要優(yōu)于傳統(tǒng)備自投裝置。

1.3 切換速度不同

傳統(tǒng)備自投裝置是靠進線開關(guān)的輔助接點動作的，也就是說裝置只有在檢測到工作開關(guān)斷開后才會發(fā)出閉合備用開關(guān)的命令；而快切裝置閉合備用開關(guān)命令的發(fā)出與各開關(guān)的狀態(tài)并無必然聯(lián)系，擁有比傳統(tǒng)備自投裝置更高的靈敏性。

另外快切裝置具備手切功能，在保障安全的前提下便于對設(shè)備的停電檢修和系統(tǒng)的運行維護，擁有著比傳統(tǒng)備自投更廣闊的應(yīng)用前景。

2 快切裝置切換準(zhǔn)則

無擾動快切裝置的快切功能通俗來講就是指該裝置具有快速完成工作電源和備用電源切換的功能。裝置可以完成因不同原因啟動的切換，包括手動切換（由裝置手動啟動或由后臺、DCS等遠方啟動）、事故切換（由上級差動保護啟動或由頻差、逆功率等模擬量啟動）、非正常工況切換（由母線失壓啟動或工作電源開關(guān)誤跳啟動）；每種切換都可以選擇不同的切換模式，主要包括串聯(lián)切換（先跳開工作電源開關(guān)，確認(rèn)工作電源開關(guān)跳開后再合備用電源開關(guān)）、并聯(lián)自動切換（先根據(jù)并聯(lián)切換準(zhǔn)則合備用開關(guān)，確定備用開關(guān)合上后，再自動跳開工作開關(guān)）、并聯(lián)半自動切換（先根據(jù)并聯(lián)切換準(zhǔn)則合備用開關(guān)，備用開關(guān)合上后，再由操作員手動跳開工作開關(guān)）和同時切換（先跳工作開關(guān)，經(jīng)合閘延時后在未確定工作開關(guān)是否跳開時就發(fā)合備用開關(guān)命令）；每種切換模式都可以根據(jù)實際需要分別選擇不同的切換準(zhǔn)則，包括快速切換準(zhǔn)則、捕捉耐受電壓點準(zhǔn)則、捕捉首次同相點準(zhǔn)則、殘壓切換準(zhǔn)則和長延時切換準(zhǔn)則等5種。

（1）快速切換準(zhǔn)則。在切換啟動后，若母線與備用電源進線的角差、頻差在定值范圍之內(nèi)，且母線電壓不低于快切低壓閉鎖定值，則可以在啟動瞬間進行“快速切換”，立刻合閘出口，完成切換；

（2）捕捉耐受電壓點準(zhǔn)則。通過實時監(jiān)測工作電源與備用電源的相角差ΔΦ及電壓差ΔU，并根據(jù)已采樣的數(shù)據(jù)預(yù)測ΔU的變化，在ΔU值增大到超過允許值之前，計及備用電源開關(guān)的合閘時間發(fā)出合閘命令，完成切換；

（3）捕捉首次同相點準(zhǔn)則，工作電源因故障被切除后，母線上殘壓相量將繞備用電壓相量向滯后方向旋轉(zhuǎn)，在首次出現(xiàn)相角差為零時完成切換，該準(zhǔn)則經(jīng)常作為耐受電壓準(zhǔn)則切換的備用準(zhǔn)則；

（4）殘壓切換準(zhǔn)則是捕捉首次同相點準(zhǔn)則的后備準(zhǔn)則，當(dāng)母線三個線電壓均衰減至小于或等于殘壓切換電壓定值（20%～40%額定電壓），且持續(xù)殘壓切換延時定值后完成切換；

（5）長延時切換準(zhǔn)則僅作為一種備用切換準(zhǔn)則，在給定的時間（整定值）結(jié)束之前無法進行上述的任何一種切換方式時執(zhí)行，通常只有當(dāng)短時間內(nèi)同時發(fā)生多次故障時才可能發(fā)生這種切換。

另外快切裝置具備“自動故障判別閉鎖”功能，裝置通過檢測母線電壓、進線電流等模擬量來判別是否發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障（區(qū)內(nèi)故障包括母線故障、母線上的負(fù)荷、電源支路故障）；如發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，裝置將閉鎖切換，以免將備用電源投入到故障點。圖1是閉鎖原理說明：

3 快切裝置工作原理

當(dāng)檢測到工作電源進線的三相電流方向均為流入母線，且任一相電流幅值大于“最大負(fù)荷電流定值”，同時至少任一路母線線電壓低于“低壓閉鎖電壓定值”（建議整定為60%～70%額定電壓），裝置馬上閉鎖所有切換啟動判據(jù)（包括保護信號啟動、模擬量啟動），并啟動故障閉鎖計時器；如在“自動故障判別時間定值”到來前，故障電流消失或電流方向改變，裝置馬上開放所有啟動判據(jù)，否則，裝置將自動退出監(jiān)視狀態(tài)，直至系統(tǒng)恢復(fù)到正常工況（母線電壓恢復(fù)正常數(shù)秒后）。該判據(jù)也適用于一些特大型電動機起動時造成母線電壓突降的工況。至于“自動故障判別時間定值”的整定，分為兩種情況考慮：

3.1 現(xiàn)場沒有裝設(shè)母線保護的情況

現(xiàn)場沒有裝設(shè)母線保護，應(yīng)在確保小于工作電源的遠后備保護動作時間的前提下，取值盡量的大。這是因為當(dāng)母線故障時，如果現(xiàn)場沒有裝設(shè)母線保護，就必須依靠進線遠后備保護動作來切除故障點，而且母線故障多數(shù)考慮為永久性故障，所以裝置須在遠后備保護動作前退出監(jiān)視狀態(tài)，以確保不會因低壓切換啟動而將后備電源投入到故障母線上（遠后備保護動作后，故障電流消失）。對于負(fù)荷支路發(fā)生的故障，則相應(yīng)保護動作后，裝置馬上開放所有啟動判據(jù)，以免發(fā)生相繼故障時拒動。所以對于這種現(xiàn)場工況，工作電源進線的遠后備保護動作時間越長，該判據(jù)對母線故障和負(fù)荷支路故障的選擇性越好。對于裝設(shè)有全線速動縱差保護的工作電源進線，將其二段、三段后備保護的動作時間設(shè)置稍長一些是合理的。

3.2 現(xiàn)場裝設(shè)了母線保護，或者基本不存在母線故障的風(fēng)險的情況

現(xiàn)場裝設(shè)了母線保護，或者基本不存在母線故障的風(fēng)險，則僅考慮大于負(fù)荷支路保護動作時間就可以了，同時將母線保護的動作信號作為40A、40B的保護閉鎖信號。此時僅當(dāng)負(fù)荷支路保護拒動時，裝置退出監(jiān)視狀態(tài)。

4 快切裝置調(diào)試方法

下面結(jié)合尼日爾Agadem油田一體化項目煉廠部分全廠總配電所配置的無擾動快切裝置的調(diào)試工作簡要介紹其具體工作原理和調(diào)試方法。

4.1 工程概況

尼日爾Agadem油田一體化項目煉廠內(nèi)設(shè)發(fā)電廠一座，發(fā)電廠設(shè)2臺12MW發(fā)電機組，為該廠正常供電提供電源。全廠總配電所設(shè)在發(fā)電廠電控樓內(nèi)，配電所設(shè)2段6.3kV煉廠母線段，2路6.3kV電源分別引自1#、2# 電抗器發(fā)電機母線側(cè)出線斷路器，采用單母線分段接線方式，正常時兩段母線分列運行，隔離開關(guān)柜設(shè)無擾動切換裝置，該裝置采用的是由深圳國立生產(chǎn)的SID-40B型無擾動備用電源替續(xù)控制系統(tǒng)。

4.2 調(diào)試方法

裝置調(diào)試前應(yīng)仔細對照設(shè)計藍圖及設(shè)備說明書核對裝置到貨及接線情況，裝置的調(diào)試可以分為以下四個部分：4

.2.1檢查裝置各開入量及顯示是否正常

該裝置的開入量包括各開關(guān)輸入量和各測量信號開入量。

開關(guān)輸入量主要有兩段進線及母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)開入，本級進線保護閉鎖裝置開入，上級保護啟動裝置開入，模式選擇輸入，手動切換開入，手動閉鎖及信號復(fù)歸開入。

測量信號開入量包括兩段母線的電壓、頻率及其相角差，母聯(lián)柜三相電流值，兩段進線的電壓、電流、頻率及其與各自供電母線段的相角差，試驗時可先將各模擬輸入量直接加在裝置開入量引出線的二次端子上。

根據(jù)不同的備用電源投入方式該裝置具有多種備投方案可供選擇，該工程選用的是母聯(lián)開關(guān)替續(xù)控制（暗備用）方案，其正常運行時主界面及其測量顯示如圖2所示：

4.2.2 檢查裝置開出回路是否正常

主要是對各開出繼電器及開出回路的調(diào)試，該切換裝置自身具備傳動調(diào)試功能，調(diào)試時可以在裝置面板上通過面板操作控制各開出繼電器動作，從而達到控制兩段進線及母聯(lián)開關(guān)合分閘的目的。

4.2.3 整組傳動試驗

相關(guān)定值（包括母線和進線的失壓、有壓定值，切換允許角差、頻差定值等）的校驗可以安排在這一環(huán)節(jié)同時進行。裝置上電后，若檢測到系統(tǒng)工作正常即兩段進線開關(guān)均在合位、母聯(lián)在分位，兩段母線電壓正常，兩段進線電壓正常且無進線故障，裝置開始充電，10s后充電完成，裝置進入對故障監(jiān)控狀態(tài)。該裝置能完成的3種不同原因的切換，其詳細工作過程如下。

(1)手動切換選擇并聯(lián)切換模式

手動切換選擇并聯(lián)切換模式時其控制邏輯如下：

在檢測到1DL和2DL為合位，母聯(lián)開關(guān)為分位，須檢測開入信號：模式選擇1和模式選擇2。當(dāng)模式選擇1為合位，模式選擇2為分位時，即選擇進線1為主工作進線，在1母線電壓合格時，裝置開放手動切換功能，如檢測到手動切換信號，則合母聯(lián)跳2DL開關(guān)；當(dāng)模式選擇2為合位，模式選擇1為分位時，即選擇進線2為主工作進線，在2母線電壓合格時，裝置開放手動切換功能，如檢測到手動切換信號，則合母聯(lián)跳1DL開關(guān)；當(dāng)模式選擇1和模式選擇2均為分位或均為合位時，裝置閉鎖手動切換功能。

在檢測到母聯(lián)開關(guān)和1DL為合位，2DL為分位，進線2電壓合格時，裝置開放手動切換功能。如檢測到手動切換信號，則合2DL跳母聯(lián)開關(guān)。

在檢測到母聯(lián)開關(guān)和2DL為合位，1DL為分位，進線1電壓合格時，裝置開放手動切換功能。如檢測到手動切換信號，則合1DL跳母聯(lián)開關(guān)。

本裝置手動切換選擇的是并聯(lián)半自動模式，其控制邏輯與并聯(lián)自動模式相似。不同之處在于并聯(lián)自動模式時，裝置檢測到手動切換信號后，根據(jù)并聯(lián)切換準(zhǔn)則合備用開關(guān)跳相應(yīng)工作開關(guān)；而并聯(lián)半自動模式時，裝置檢測到手動切換信號后，根據(jù)并聯(lián)切換準(zhǔn)則合備用開關(guān)，之后由操作員手動分相應(yīng)工作開關(guān)。

(2)非正常工況切換選擇串聯(lián)模式

當(dāng)選擇雙方向切換，在非正常工況切換選擇串聯(lián)模式（本裝置工作模式）時，在裝置已完成充電后，系統(tǒng)發(fā)生母線失壓或斷路器偷跳時，裝置將進行非正常工況切換，其切換邏輯如下：確認(rèn)1段母線失壓或1DL偷跳時，在2段母線電壓合格的情況下，跳1DL，合母聯(lián)開關(guān)；確認(rèn)2段母線失壓或2DL偷跳時，在1段母線電壓合格的情況下，跳2DL，合母聯(lián)開關(guān)。

(3)事故切換選擇串聯(lián)模式

當(dāng)選擇雙方向切換，在事故切換選擇串聯(lián)模式（本裝置工作模式）時，在裝置已完成充電后，若確認(rèn)進線故障，裝置將啟動事故切換，切換邏輯如下：如進線1故障，2段母線電壓合格，則跳1DL合母聯(lián)開關(guān)保證正常供電；如進線2故障，1段母線電壓合格，則跳2DL合母聯(lián)開關(guān)保證正常供電。

4.2.4 后臺與無擾動快切裝置之間的通訊調(diào)試

裝置本身具備“通訊調(diào)試”功能，可先通過面板上傳虛擬開入量信號、虛擬測量數(shù)值到后臺監(jiān)控軟件，校對裝置通訊參數(shù)設(shè)置、通訊線路及后臺參數(shù)設(shè)置是否正常。之后再進行整體的后臺調(diào)試，后臺調(diào)試中對于裝置的開入量部分與保護動作、開出傳動等內(nèi)容與裝置調(diào)試的前三個部分內(nèi)容基本相同，故無擾動快切裝置的后臺通訊調(diào)試工作可穿插安排在其早期的調(diào)試工作中進行。

近年來，隨著工程項目逐漸向國際化、大型化、專業(yè)化、自動化方向發(fā)展，不少煉廠都有自備電站，特別是隨著公司逐步邁向國際化發(fā)展，公司承建的配備有自備電站和大型發(fā)電廠的項目也將越來越多，無擾動快切裝置及其調(diào)試方法的應(yīng)用也將越來越廣泛。

1 《火力發(fā)電廠基本建設(shè)工程啟動及竣工驗收規(guī)程（1996版）》；

2 《火電工程啟動調(diào)試工作規(guī)定》；

3 《火電工程調(diào)整試運質(zhì)量檢驗及評定標(biāo)準(zhǔn)》；

4 《大型火電機組電氣運行技術(shù)問答》。

TE682

B

1672-9323（2013）02-0058-03

2012-11-14）