發電廠 66kV廠用電系統CQZ裝置的應用及探究

喬志慶

（大唐安陽發電廠，河南 安陽 455000）

電力系統中，因廠用電中斷，備用電源不能可靠投入造成的設備損壞事故屢見不鮮，損失也非常慘重；因電廠內部事故誘發的電網事故也時有發生，給國民經濟的發展、社會的穩定帶來了極為不利的影響。因此，穩定可靠的廠用電是發電機組安全、穩定運行的必要條件之一。可靠的備用電源對于機組事故情況下的迅速恢復及安全、可靠停機也同等重要。所以，電廠廠用電源的穩定性、備用電源的可靠性對于發電廠及電網的安全具有十分重要的意義。

1 廠用電切換裝置的演變

20世紀80年代，我國電網建設速度慢、電壓等級低、用電量等相對較小，接入電網的發電機組單機容量相對也小一些。當一臺機組出現故障（如：甩負荷、跳機等）時對電網的影響相對較小，所以當時200MW及以下的機組廠用電源的切換，一般采用老式的廠用電切換裝置，稱之為“BZT”，這種裝置采用傳統的繼電器構成聯動切換回路，響應時間長，可靠性差。

隨著用電量激增，電網建設也得以快速發展，接入電網電站機組的單機容量也不斷增加。隨著300MW、600MW、1 000MW機組數量的快速增加，單機容量所占電網容量比也隨之提升，此時某臺大容量機組出現故障，對電網的穩定運行將產生較大的威脅，輕則導致系統低壓、低頻現象，重者可造成系統振蕩、電壓崩潰或系統瓦解。統計資料表明，在電廠的諸多事故中，輔機故障、廠用電異常造成的事故占很大比重。輔機故障一般又會波及到廠用電系統的安全，所以，在事故情況下如何保證廠用電系統的安全就顯得極為重要。由于大容量機組配套使用的高壓電動機數量、容量均增加很多，當電動機失電后慣性的存在，電動機端電壓衰減比較慢，殘余電壓的幅值比較高，為選用快速切換裝置提供了可能。正是基于以上情況的考慮，適合大機組廠用電系統切換裝置應運而生?！皬S用電快速切換裝置”即“CQZ”，是發電廠的一種重要自動裝置。CQZ裝置具有動作速度快，切換方式多樣、靈活，功能強大、操作便捷、可靠性高等特點，可以有效避免電源切換中的沖擊和設備損壞，使得廠用電源的切換更加安全、可靠［1］。

2 廠用電快速切換裝置“CQZ”的基本原理

從圖1中可以看出，不同的θ角對應不同的△U值，當θ=180°，△U值最大。如果此時重新合上電源，對電動機的沖擊最大?？紤]母線上成組電動機的殘壓特性和電動機耐受電流能力的限制，存在一個備用電源合閘的安全區域，在此區域實現的電源切換稱之為“快速切換”；等殘壓衰減到20%～40%時實現的切換，即“低電壓檢定切換”或“殘壓切換”同樣對電動機也是安全的，我們稱之為“慢速切換”。

圖1 廠用電切換時電動機電壓回路示意圖u1—備用電源電壓；u2—故障母線電壓

圖2 6kV母線殘壓相量變化軌跡圖

一般情況下，正常運行時工作電源與備用電源同相（并列點相序相同），其電壓相量端點為A，當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；快切裝置啟動后，實時跟蹤殘壓的頻差和角差變化，盡量做到在反饋電壓（殘壓）與備用電源電壓向量第一次相位重合時合閘，這就是所謂的同期捕捉切換。需要說明的是，同期捕捉切換之“同期”與發電機同期并網之“同期”有很大不同，此處所謂的“同期”指反饋電壓與備用電源電壓相角差在零點附近一定范圍內的一個區域，此時兩者電壓幅值還是有差距的。如圖2所示，若能在AB段內合上備用電源，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。

國外事故狀態下的快速切換主要有兩種：一是快速并聯切換，二是快速串聯切換?？焖俨⒙撉袚Q的過程中，兩個電源可能出現1～2個周波并聯的時間。因此，當故障發生在廠用母線上或發生饋線開關發生拒動時，保護須能夠自動判別，并自動閉鎖快切并聯切換或不啟動快切并聯切換；否則有可能出現兩個電源同時供給短路電流，使得短路電流增大，極易發生開關爆炸事故。故此，目前大部分用戶事故切換方式選用“快速串聯”切換方式。

3 切換裝置運行情況及異常分析

我廠#9、10機組1997年投運，裝置由鎮江華東電力設備制造廠提供，型號為PZH-1。投運以來6kV廠用電在各種方式下切換不下上百次，動作基本正常。正常運行中，廠用電切換裝置投“串聯”“自動”方式，以備實現廠用電事故情況下的快速自動切換；啟、停機時切換裝置投“并聯”“半自動”方式，進行手動操作，確保廠用電安全、可靠、正確的切換。

#9、10機組“CQZ”裝置采用模塊化集成電路板卡件組裝而成，受當時技術和裝備水平的限制，該裝置部分操作、切換開關采用機械式雙針插件和水平（左、右）雙位撥鈕開關。隨時間推移，操作次數的累積，05年發生了廠用電切換不成功情況，經電控人員排查，確認為切換裝置雙針插件和水平（左、右）雙位撥鈕開關功能老化所致。操作中切換撥鈕開關后，開關實際（內部）位置與外在面板顯示位置不一致，導致切換功能紊亂，出現切換失敗現象。更換以上切換小開關后，裝置動作正常，考慮到設備運行時間和設備更新換代的要求，分別在06年、07年機組大修時對“CQZ”裝置進行更換，將原PZH-1型更換為PZH-1A型微機廠用電快切裝置。

PZH-1A型是PZH-1型的升級版，基本功能未有大的變化，信號處理單元改為了液晶顯示屏，操作更為方便、可靠，但信號輸出單元插件中“自動”、“半自動”切換開關仍選用水平（左、右）雙位撥鈕開關。

2012年10月6日，#10機組并網，當機組負荷升至150MW，進行廠用電切換過程中造成#10機組6kV IIB段失壓，檢查#10機組6kV IIB段快切裝置無任何燈光、報警信息，自動/半自動切換開關在半自動位，串聯/并聯投退開關在并聯位，CQZ裝置已退出，6kV IIB段已由運行人員利用合閘按鈕合上。

現場調取#10機組6kV IIB段快切裝置動作報告如下：

從DEH顯示的開關動作情況和對廠備6022、廠變6222開關順控邏輯圖的分析可以看出，廠變6222開關在順控指令發出后合閘，此時廠變6222開關與廠備6022開關均處于合閘狀態，經過5s后廠變6222開關跳開，再經過5s后廠備6022開關也跳閘，以至造成了6kV IIB段失壓。

3.1 廠變6222開關跳閘原因分析

我廠6kV開關是西門子3AF型真空斷路器，其開關固有分閘時間為45～60ms。

快切裝置啟、停機時正常的切換方式為“并聯-半自動”，動作順序是先合廠變6222開關，合閘成功后跳開廠備6022開關?！白詣?半自動”切換開關在由“自動”位置切換至“半自動”位置后，該切換開關內部出點接觸不好，快切裝置判斷此時的運行方式為“并聯-自動”方式。當廠變6222與廠備6022開關并列后，因兩電源的并列時間超過100ms，裝置即判為“有耦合”，自動跳開后合上的廠變6222開關。

表1

3.2 廠備6022開關跳閘原因分析

由廠備6022開關切換至廠變6222開關順控邏輯可以看出，廠變6222開關合閘且有電流經過10s延時后跳廠備6022開關，此時間繼電器啟動后不會返回，所以即使廠變6222開關在5s后跳閘，時間繼電器已啟動經10秒延時后依然會出口跳掉廠備6022開關。

4 防止廠用電“CQZ”切換裝置切換失敗的措施

為了防止“CQZ”切換裝置再次出現以上切換失敗情況，我廠制定了以下幾條措施。

4.1 定期進行校驗、清掃，并做模擬切換試驗，確保裝置功能齊全、動作正常。

4.2 操作要規范，對機械式切換開關的操作動作要輕緩、到位，避免動作過猛造成開關損壞。

4.3 正確使用復歸按鈕，在切換方式變更后一定要進行復歸，復歸按鈕要按到位，避免裝置切換方式功能發生紊亂，導致切換異常。

4.4 加強對切換裝置交直流回路的維護，發生直流接地時，應盡快查找并消除。

4.5 機組技改時將“CQZ”切換裝置升級為更加可靠的“微機型”廠用電快速切換裝置，徹底解決外部機械切換開關故障帶來的切換失敗問題。

［1］大唐安陽發電廠300MW集控運行規程［S］.