淺談燃機廠用電快切裝置及應用

張鑫

摘 要：該研究簡單介紹了微機型廠用電快切裝置的基本原理和工作方式，結合某公司燃機廠用電的現狀分析了快切裝置的實際應用情況，以供參考。

關鍵詞：廠用電切換 母線殘壓 快速切換 同期捕捉切換 工作電源 備用電源

中圖分類號：TM58 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0034-002

1 快速切換、同期捕捉切換、殘壓切換原理

圖1 為典型的廠用母線電壓衰減曲線。從圖中可以看出，在廠用電源中斷瞬間，母線殘壓的衰減量還不大，但殘壓與備用電源電壓的矢量角差已開始拉開，如果備用電源投入的時機不當，將產生很大的沖擊電流，直接作用于電動機，這不但影響了電機的使用壽命，甚至可能導致切換失敗造成廠用電中斷，其后果是十分嚴重的。因此，廠用電切換必須根據系統的殘壓衰減特性，選擇合適的切換時機。根據實際運行經驗得出，為保證廠用電的成功切換且不產生大的沖擊電流，備用電源斷路器最合適的合閘時刻是廠用母線殘壓與備用電源電壓的相角差不超過30°，即廠用電系統切換全過程在100 ms以內?？焖匍_關的合閘時間一般<100 ms，有的甚至只有40～50 ms左右。這為實現快速切換提供了必要條件。

（1）快速切換。

假定正常運行時工作電源與備用電源同相，其電壓相量端點為A，則母線失電后殘壓相量端點將沿殘壓曲線由A向B方向移動，如能在AB段內合上備用電源，則既能保證電動機安全，又不使電動機轉速下降太多，這就是所謂的“快速切換”。圖1中快速切換時間應小于0.2 s，實際應用時，B點通常由相角來界定，如60°，考慮到合閘回路固有時間，合閘命令發出時的角度應小于60°，即應有一定的提前量，提前量的大小取決于頻差和合閘時間，如在合閘固有時間內平均頻差為1 Hz，合閘時間為100 ms，則提前量約為36°?？焖偾袚Q的整定值有兩個，即頻差和相角差，在裝置發出合閘命令前瞬間將實測值與整定值進行比較，判斷是否滿足合閘條件。

（2）同期捕捉切換。

同期捕捉切換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，這時相角差為0，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，這種切換稱為同期捕捉切換。以圖1為例，同期捕捉切換時間約為0.6 s， 對于殘壓衰減較快的情況，該時間要短得多。若能實現同期捕捉切換，特別是同相點合閘，對電動機的自起動很有利，因為此時廠母電壓衰減到65%～70%左右，電動機轉速不至于下降很大，且備用電源合上時沖擊最小。

（3）殘壓切換。

當殘壓衰減到20%～40%額定電壓后實現的切換通常稱為“殘壓切換”。殘壓切換雖能保證電動機安全，但由于停電時間過長，電動機自起動成功與否、自起動時間等都將受到較大限制。如圖1情況下殘壓衰減到40%的時間約為1 s，衰減到20%的時間約為1.4 s。

2 廠用電系統常見的切換方式和啟動方式

（1）切換方式。

并聯切換：按“先合后斷”的原則，先合上備用電源，兩電源短時并列，然后發跳閘指令，跳開工作電源，但是如果在切換過程中，機組或工作電源發生故障，由于電源的并列，將加劇故障，擴大事故范圍，因此，并聯切換禁止使用于事故切換，但是手動切換過程中仍可能存在上述風險。串聯切換：按“先斷后合”的原則，先跳工作電源，確認工作開關跳開后，再發合閘指令，合上備用電源，串聯切換切換時間長，一般都在150 ms以上，因此切換對系統和設備造成的沖擊較大，而且由于允許切換的條件之一是工作電源的成功分閘，其輔助接點的可靠性很可能是導致切換失敗的因素之一。同時切換：按“同時斷合”的原則，同時發出斷路器的分、合閘指令，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15 ms，所以同時切換可達到極短的切換時間，滿足系統對沖擊電流的要求，切換成功率高，安全性好?？捎糜谡Ｇ袚Q，也可用于事故切換。

（2）啟動方式。

正常手動切換：由運行人員手動操作起動，快切裝置按事先設定的手動切換方式（并聯、同時）進行分合閘操作。事故自動切換：由保護接點起動。發變組、廠變和其它保護出口跳工作電源開關的同時，起動快切裝置進行切換，快切裝置按事先設定的自動切換方式（串聯、同時）進行分合閘操作。不正常情況自動切換：有兩種不正常情況，一是母線失壓。母線電壓低于整定電壓達整定延時后，裝置自行起動，并按自動方式進行切換。二是工作電源開關誤跳，由工作開關輔助接點起動裝置，在切換條件滿足時合上備用電源。

3 關于某廠擬用110 kV系統做燃機廠用工作電源的可行性分析

我廠燃機廠用電有A、B兩段，每段配置一套獨立的快切裝置。正常手動切換為雙向，切換方式為并聯方式；事故自動切換為單向，只能從工作段切向備用段，切換方式為串聯方式。廠用電工作電源由高廠變經1611、1612開關提供，備用電源由#0乙啟備變經備用段再經1601、1602開關提供。1601、1602、1611、1612四個開關均為真空斷路器，合跳閘時間均滿足快速切換要求。A套快切裝置作用于1611和1601開關，保證廠用6 kV A段供電；B套快切裝置作用于1612和1602開關，保證廠用6 kV B段供電?？烨醒b置取電壓量分別來自工作段母線PT、廠用分支PT和備用段PT。其中，工作段母線電壓取A、B、C、N四相，工作電源電壓和備用電源電壓只取A相，但工作電源電壓與備用電源電壓必須在6 kV側同相（當工作電源電壓和備用電源電壓取自變壓器高壓側時考慮此問題）。如果改用110 kV經#0乙啟備變做燃機廠用電的工作電源，而把燃機高廠變做為廠用電的備用電源的話，個人認為需要考慮以下幾個問題：

（1）應在高廠變高壓側加裝斷路器。作為備用電源使用的高廠變故障時，不應聯跳01開關和2201開關，只需斷開高壓側和低壓側三個開關把事故隔離即可。

（2）作為工作電源的#0乙啟備變應該有兩套保護，現只有一套，應再加裝一套。

（3）部分定值可能需要更改。例如同捕恒定越前相角，因為此值是根據正常廠用負荷和運行方式整定計算得出的，更換電源后應重新計算。另外，也應考慮正常并聯切換、快切的頻差、相角差定值是否需要重新整定計算。

（4）快切裝置的交流量輸入要更改，“廠用分支PT”和“備用分支PT”對調。開關量輸入需要更改，“廠用分支開關”和“備用分支開關”對調。跳合閘出口需要更改，“跳工作”和“跳備用”對調，“合工作”和“合備用高”“合備用低”要更改接線。

參考文獻

[1] 水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊[M].北京：中國電力出版社，1991.

[2] MFC2000-2型微機廠用電快速切換裝置技術說明書[S].南京：江蘇金智科技股份有限公司，東大金智電氣自動化有限公司，2002.