600MW機組6KV廠用電切換問題分析及對策

摘要：隨著機組容量增大，在電力系統中的作用也非常重要，對廠用電可靠性的要求也越高。因此傳統的備用電源自投裝置多不能適應大容量機組廠用電切換。本文從對發電設備安全、可靠、穩定運行的觀點出發，分析了高壓廠用電自動切換采用傳統的 BZT 所存在的問題，提出了相應的解決方法。

關鍵詞：600MW機組；6KV；用電切換

目前，廠用電 BZT 切換方式是延時切換和串聯切換，經工作電源開關輔助接點（或經低電壓繼電器、延時繼電器）起動備用電源投入。當廠用電母線故障時，由于BZT自投，擴大了故障范圍。這類事故在大型電廠高壓廠用電事故中屢見不鮮。另外，備用電源自投裝置及回路故障率較高，廠用電切換成功率較低。此外隨著機組容量增大，廠用電容量不斷增大，其中多為感性負載，切換過程中母線電壓由于反饋電勢的存在而衰減較慢，切換時必須考慮到反饋電壓與備用電源電壓間的壓差引起電流電壓沖擊問題，造成備用電源跳閘廠用電中斷、設備損壞或壽命縮短的后果，給廠用電穩定連續運行帶來了不利的因素。同時大容量機組對廠用電運行安全性、穩定性、可靠性要求越來越高，廠用電切換時不應造成運行中斷或設備沖擊損壞。因此，廠用電切換直接關系到大型電廠及電力系統安全穩定運行。

1、600MW機組6KV廠用電切換存在的問題

600MW機組普遍采用傳統的BZT裝置對高壓廠用電進行切換。為了防止開關偷跳或誤拉工作電源開關，采用工作電源輔助接點起動BZT出口中間繼電器，瞬時合上備用電源開關。長期的運行實踐證明，用這種方式進行廠用電切換，弊大于利。主要存在以下幾方面問題。

1.1 切換時間過長

廠用電工作電源以及電動機過流保護動作時間一般為0.5～1.5s，所以BZT 延時切換時間為1～2s（某發電廠600MW機組廠用電BZT延時2s）。BZT 切換時間過長產生以下不利影響。

1.1.1 對機、爐輔機電動機不利因為電動機自起動時間長，電機容易發熱。

1.1.2 對鍋爐的穩定運行不利

因為切換時間長，鍋爐輔機轉速明顯下降，如磨煤機和排粉機轉速下降到一定程度，不能保證風粉比，不能維持鍋爐的正常燃燒，若此時 BZT 自投成功，廠用電恢復，未燃的燃料吹進爐膛，會造成嚴重的爆炸事故。目前，大多數電廠為了防止此類事故發生，母線低電壓保護 0.5s跳送風機、磨煤機開關，并由制粉系統聯鎖動作，把其中一側的制粉系統停下來，這有利于 BZT 自投，提高母線電壓恢復速度；但機組的出力將下降，影響機組的帶負荷能力。

1.2 廠用電母線故障 BZT 自投使故障范圍擴大

當廠用電母線故障時，工作電源開關過流保護動作，切除故障。分析多次廠用電母線發生的故障，多數是永久性故障。由于600 MW 機組6kV廠用電系統為不接地系統，一旦母線發生單相接地故障，中心點電位偏移，非故障相電壓抬高，母線絕緣薄弱部分容易被擊穿，從而發展為兩相接地故障。由于廠用電母線故障無保護，只能靠工作電源開關過流保護延時切除故障，這樣母線拉弧，產生游離碳化物，形成了永久性相間接地短路。工作電源開關由過流保護跳開后，BZT 動作，合備用電源開關，等于向故障點又送了一次故障電流，備用電源開關經 BZT 后加速跳閘，切除故障，導致備用電源開關超出額定短路容量（油開關）而爆炸。更嚴重的是備用電源開關拒分（控制保險熔斷），只能由備變后備保護切除故障，使故障范圍擴大。

1.3 沖擊電流大

為了防止誤拉工作電源開關或開關偷跳，傳統的 BZT 裝置中設計了快速串聯切換方式。工作母線正常運行時，若工作電源開關跳閘（非故障跳閘），只要備用電源有電壓，BZT 即瞬時出口，此時的切換時間是工作電源開關固有跳閘時間和備用電源開關固有合閘時間。當廠用電突然消失時，由于電動機的空氣隙磁場和其轉動慣量儲能的存在，使母線產生了殘壓。在工作母線斷電瞬間，由于母線上電動機各不相同，它們要進行能量交換，其中一部分電動機以“感應發電機” 方式運行，其它電動機以電動機方式運行，因此，殘壓的大小和頻率隨時間而變化。尤其是大型電廠，廠用電動機儲存的電磁能和機械能相當可觀，殘壓的衰減速度十分緩慢，根據現場錄波，6 kV 母線在最大運行方式時，突然跳開工作電源開關，其殘壓經 0.6 s 以后，才能降至額定電壓的 25% 左右。根據理論分析，如果在0.3～ 0.5 s 時間間隔內，合上備用電源，殘壓與備用電源電壓之間的角差接近 180°，此時電動機所承受的沖擊電流最大。當電動機受到大的沖擊時，由于電磁應力的影響，有可能造成電動機繞組從槽中移位，使電動機在運行時損壞。同時，由于機械慣量的存在，電動機軸受扭力過大，造成電動機軸扭曲。

2、600MW機組6KV廠用電源的切換問題解決對策

廠用電源的切換方式，除按操作控制分手動與自動外，還可按運行狀態、斷路器的動作順序、切換的速度等進行區分。

2.1按運行狀態區分

a.正常切換。在正常運行時，由于運行的需要（如開機、停機等），廠用母線從 1 個電源切換到另1個電源，對切換速度沒有特殊要求。

b.事故切換。由于發生事故（包括單元接線中的高廠變、發電機、主變壓器、汽輪機和鍋爐等事故），廠用母線的工作電源被切除時，要求備用電源自動投入，以實現盡快安全切換。

2.2按斷路器的動作順序區分

a.并聯切換。在切換期間，工作電源和備用電源是短時并聯運行的，它的優點是保證廠用電連續供給，缺點是并聯期間短路容量增大，增加了斷路器的斷流要求。但由于并聯時間很短（一般在幾秒內），發生事故的機率低，所以在正常的切換中被廣泛采用。但應注意觀測工作電源與備用電源之間的電壓差和相角差。

b.斷電切換（串聯切換）。其切換過程是：1個電源切除后，才允許投入另1個電源，一般是利用被切除電源斷路器的輔助觸點去接通備用電源斷路器的合閘回路。因此廠用母線上出現1個斷電時間，斷電時間的長短與斷路器的合閘速度有關。其優缺點與并聯切換相反。

c.同時切換。在切換時，切除1個電源和投入另1個電源的脈沖信號同時發出。由于斷路器分閘時間和合閘時間的長短不同以及本身動作時間的分散性，在切換期間，一般有幾個周波的斷電時間，但也有可能出現1～2 周波兩個電源并聯的情況。所在廠用母線故障及在母線供電的饋線回路故障時應閉鎖切換裝置，否則投入故障供電網會因短路容量增大而有可能造成斷路器爆炸的危險。

2.3按切換速度區分

a.快速切換。一般是指，在廠用母線上的電動機反饋電壓（即母線殘壓）與待投入電源電壓的相角差還沒有達到電動機允許承受的合閘沖擊電流前合上備用電源?？焖偾袚Q回路。采用并聯切換方式切換，先合備用電源開關，再跳工作電源開關，使高壓廠用電進行無間斷切換，其邏輯關系如圖1所示。這種切換方式用于廠用電正常切換以及熱力系統故障（如 MFT 動作、汽機保護動作等）。而發電系統電氣主設備故障（如發電機、變壓器、高壓廠用電母線等），其相應的繼電保護動作，應閉鎖并聯切換，其目的是為了減小故障電流對電氣主設備的沖擊。如高壓廠變內部故障（見圖2），高壓廠變主保護動作跳機組，切除故障電流。

b.慢速切換。是指殘壓切換，即工作電源切除后，當母線殘壓下降到額定電壓的20%～40%后合上備用電源。殘壓切換雖然能保證電動機所受的合閘沖擊電流不致過大，但由于停電時間較長，對電動機自起動和機、爐運行工況產生不利影響。慢速切換通常作為快速切換的后備切換。國內在大容量機組廠用電源的切換中，廠用電電源的正常切換，一般采用并聯切換。事故切換，一般采用斷電切換，而且切換過程不進行同期檢定，在工作電源斷路器跳閘后，立即聯動合上備用電源斷路器。這是1種快速斷電切換，但實現安全快速切換的1個條件是：廠用母線上電源回路斷路器必須具備快速合閘的性能，斷路器的固有合閘時間一般不要超過5個周波（0.1s）。符合此條件的只有真空斷路器。

3、結論

600 MW機組高壓廠用電自動切換問題，是關系到發電廠主設備安全、可靠、穩定運行的問題，它直接影響著運行設備的等效可用時間。如果采用硬接線繼電器邏輯，二次回路繁瑣復雜，其回路的可靠性也得不到保證。通過對600MW機組的高壓廠用電的應用，得出以下結論：

a.高壓廠用電自動切換時，備用電源電壓與母線殘壓之間的角差小，從而對電動機繞組沖擊明顯減小。

b.縮短切換時間，有利于廠用母線電壓的恢復和高壓電機自起動，這對鍋爐的穩定運行有利。廠用電切換方式不僅僅如此，根據不同類型的電廠以及高壓廠用電一次接線方式不同，對廠用電自動切換的要求也各不相同，如何以最合適的方式進行廠用電切換，值得進一步深入探討。