廠用電快切裝置實際運行中的問題及應對措施

祝志翔

摘 要：廠用電快速切換裝置，適用于發電廠的廠用電源的快速切換。采用該裝置能夠提高廠用電切換的成功率，避免非同期切換對廠用設備的沖擊損壞，簡化切換操作并減少誤操作，提高機組的安全運行水平。本文簡要探討了快切裝置相關的概念、原理，分析了快切裝置在實際運行中會遇到的幾種主要問題及應對措施。

關鍵詞：廠用電 切換 快速切換

中圖分類號：TM643 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0077-02

1 基本概念

1.1 廠用電系統

為了使發電機獲得正常運轉的機械能，需要多種輔助設備。而這些輔助設備的運行，需要大型電動機拖動。為確保發電機及多種輔助設備的安全，同樣需要某些電氣設備。在發電廠為上述輔助設備提供電能的系統，稱為廠用電系統。而為廠用電系統供電的電源，稱為廠用電源，一般電壓為6kV或10kV。

為確保廠用電源的可靠性，發電廠的廠用系統均有兩路電源供電。圖1為中、大型發電機組的高壓廠用電系統。

從圖1中可以看出，發電廠處于正常運行時，廠用兩段母線由發電機出口經高廠變供電。此時，斷路器5DL、6DL閉合，而斷路器3DL、4DL打開。由高廠變供電的電源稱為工作電源；而高廠變稱之為工作變壓器。

當工作電源出現問題或正常啟動或停機時，5DL、6DL打開，將1DL、3DL、4DL合上。此時，廠用兩段母線由啟備變供電。由于當工作電源斷開時或發電機啟動過程中，才用備用電源供電，故將此時供電的變壓器稱之啟動備用變壓器，簡稱啟備變。

1.2 廠用電源的切換

廠用電系統正常運行時只需由一路電源供電，而當發電機停運或在啟、停機過程中需由啟備變供電。將備用電源與工作電源之間的雙向切換稱為廠用電源的切換。正常情況下進行的廠用電源切換，通過控制臺開關手動起動裝置，完成兩路電源的相互切換[1]。當工作電源故障時的切換，必須由廠用電快速切換裝置進行。

1.3 備用電源自投在運行中的幾個問題

備用電源自投在運行中首先要解決切換速度問題，當工作電源跳開后，若備用電源投入太遲，廠用母線電壓會衰減到很低，同時電機轉速會下降很多。備用電源一旦合上，則電流會很大，母線電壓很難恢復，造成備用電源自投失敗[2]。

其次是廠用母線殘壓與備用電源之間的相角差問題。當工作電源被切除后，由于電動機是感性元件，因此廠用母線上的電壓不會立即衰減到0，但由于電動機轉速的下降，母線上殘壓的相位要發生變化，如果在母線上殘壓與備用電源之間的相位為反向時合上備用電源，將會引起電動機過流。

最后自投與故障母線問題，當廠用母線上發生的故障為永久性質，此時工作電源跳開，若再自動投入備用電源，則使廠用母線再次受到短路電流沖擊，對設備不利，同時也易擴大事故。

2 啟動方式及切換方式

啟動方式有正常切換、事故切換、非正常切換三種方式，其中正常切換也叫手動切換，是指廠用電正常工況時，手動切換工作電源與備用電源。該方式通過控制臺開關手動起動裝置，完成從工作電源到備用電源，或由備用電源到工作電源的雙向切換。它主要用于發電機起、停機時的廠用電切換[3]。

事故切換是指由于工作電源故障而引起的切換。它是單向的，只能由工作電源切至備用電源。該方式由發變組、高廠變保護接點起動。

非正常切換是由母線非故障性低壓引起的切換，它是單向的，只能由工作電源切換至備用電源。不正常切換分為兩種情況：一是母線三相電壓持續低于設置值的時間超過所設定的延時，二是由于工作電源斷路器誤跳。

2.1 快速切換

影響殘壓變化的因素有很多，最主要的是廠用系統的容量，容量越大，殘壓幅值衰減越慢，備用電源和電動機殘壓之間的相角差變化越慢，機組越大，廠用系統的容量越大，同一臺機組負荷重比負荷輕時容量大。快速切換是以備用電源合閘時電動機承受的電壓不超過電動機允許的1.1倍啟動電壓為判據。電源電壓和電動機殘壓之間的相角差θ不同，對應的ΔU值亦不同，如θ=180°時，ΔU值最大，若此時合上備用電源，電動機的沖擊電流最嚴重。考慮到開關合閘期間殘壓轉過的角度ΔU值整定為40V左右是適宜的[4]。

2.2 同期切換

電機負載較少或轉換速度下降后，此時母線殘壓的頻率衰減會變快，這時角差、頻差會超出快速轉換的整定范圍，可以計算出開關合閘時候的導前時間，這一過程稱為“同期切換”。

2.3 慢速切換

慢速切換有殘壓切換和長延時切換兩種。當廠用電壓下降至30%左右額定電壓時合上備用電源，此時實現的切換稱為“殘壓切換”，該切換可作為快速切換及同期切換的后備，是錯過前兩個機會后的補救措施，它的缺點是有些電動機已跳閘，而且沖擊電流也不會小。有些情況下，母線上的殘壓可能不易衰減，此時如殘壓定值整定不當，可能會不再進行切換。因此必須設置長延時切換功能，該切換方式在裝置啟動后計時，一旦達到整定延時，立即進行切換，該方式作為以上三種切換的總后備[5]。

3 對一次設備及分支保護的要求

3.1 對斷路器固有動作時間的要求

不同容量機組從工作母線斷電到殘壓相位與備用電源相位相反所經歷的時間，200MW、300MW機組在240～400ms，600MW機組在500～600ms，同時由于一般事故切換均采用串連切換方式，因而只有采用快速開關才能滿足快切要求，按常規要求，斷路器的合閘時間需小于100ms以下方可采用快切裝置。

3.2 對廠用電系統容量的要求

以前規定機組容量大于200MW才需裝設快切裝置，當時因未考慮同期捕捉功能，同時50～135MW的機組在工作母線斷電到殘壓相位與備用電源相位相反所經歷的時間一般在150～240ms，基本上快切裝置無緣實現快速切換功能，而采用同期捕捉功能后，因其實現的切換時間也在160ms左右，所以使得快切裝置的使用范圍有了進一步的擴展。

3.3 對分支保護功能的要求

快切裝置即使正確切換，如果分支保護動作，對廠用電系統的運行來說，仍然是一種失敗，因此正確選擇廠用分支保護的配置非常重要，規程上對廠用分支保護的要求是：速斷、過流、后加速。低電壓定值整定在允許成組自啟動電壓以下一點，用以區分故障及成組自啟動狀態。過流保護的定值及延時將很容易按照相間故障電流及一定的時限配合進行整定，既滿足靈敏度又滿足其速度要求。

參考文獻

[1] 崔國嶺.6kV廠用快切裝置雙向切換改造[J].科技視界，2013（21）：152-153.

[2] 田晨，張飛.廠用快切裝置工作原理及常見故障分析[J].科技創新與應用，2016（32）：130.

[3] 侯德明.廠用快切裝置的運行與故障處理[J].湖南農機，2013，40（11）：90，92.

[4] 國電南自.廠用快切裝置說明書[Z].2006.

[5] 劉增遠，康小寧，郭峰.廠用電電源切換時的相位差問題探討[J].繼電器，2007（11）：60-64.endprint