火電機組廠用電源異網問題探討

朱皓

(陜西能源趙石畔煤電有限公司，陜西 榆林 719000)

1 異網時廠用工作電源和備用電源電壓差

圖1 工作和備用電源電壓相量

2 廠用工作電源和備用電源的異網切換

2.1 未設發電機出口斷路器機組啟停時

如圖2所示，若發電機出口不設斷路器，送出電網和引接啟動備用變壓器(以下簡稱啟備變)電源的本地電網不在一個區域電網，廠用母線工作電源和備用電源無法并列切換，火電機組廠用供電又不能中斷，機組啟、停時只能利用發電機帶廠用電運行，作為中間環節進行廠用電源在兩個異網間的切換。需將廠用電工作電源和備用電源開關作為同期點接入同期回路，發電機需帶廠用電負荷孤網運行，對汽輪機調速系統要求高，且低負荷孤網運行情況下汽輪機、鍋爐熱力系統需穩定運行。

以#1機組為例，1ZK開關分閘，啟機時廠用電由本地電網經啟備變通過01A，01B開關供電，#1機組沖轉定速，發電機加勵磁升壓至額定電壓，分別選1A，1B開關作為同期點投入同期裝置，#1發電機和本地電網并列，將廠用1A，1B段倒至#1發電機經#1高壓廠用變壓器(以下簡稱高廠變)帶廠用電孤網運行；再選1ZK開關作為同期點投入同期裝置，#1發電機和送出電網并列，合上1ZK開關，廠用1A，1B段由送出電網供電。停機時#1機組減負荷至與廠用負荷相當，拉開1ZK開關，#1發電機帶廠用電負荷孤網運行，再分別選01A，01B開關作為同期點投入同期裝置，#1發電機和本地電網并列，廠用1A，1B段倒至啟備變由本地電網帶。

2.2 設發電機出口斷路器機組啟停時

如圖2所示，若發電機出口設斷路器，機組啟、停無需在異網間切換廠用電。以#1機組為例，啟動前1ZK合閘、GCB1分閘，送出電網通過#1主變壓器(以下簡稱主變)、#1高廠變經1A，1B開關向廠用1A，1B段供電，待#1發電機升壓后，選GCB1開關作為同期點投入同期裝置，#1發電機和送出電網并列機組運行。停機時只需斷開GCB1開關發電機和送出電網解列，廠用電仍由#1主變、#1高廠變給廠用母線供電。

圖2 發變組及廠用一次接線

2.3 事故情況下

如圖2所示，以#1發電機為例進行說明。若發電機出口設斷路器，#1發電機或熱機故障時跳開GCB1開關，機組和送出電網隔離，廠用電仍由送出電網倒送供電。僅在#1主變或#1高廠變故障時，需跳開1ZK，GCB1，1A，1B開關，快切裝置動作合上01A，01B開關由啟備變給廠用供電。若發電機出口不設斷路器，#1發電機或熱機、#1主變、#1高廠變故障時，均需跳開1ZK，1A，1B開關，快切裝置動作合上01A，01B開關由啟備變給廠用供電。結合實際運行經驗，火電機組故障跳閘中，熱機故障跳閘占85%以上，變壓器為靜止設備，故障跳閘的幾率較低，故發電機出口設斷路器的機組發生快切裝置異網串聯切換的幾率相對也較低。

快切裝置事故串聯切換方式，按備用電源開關投入速度由快到慢分為快速切換、同期捕捉、殘壓、長延時4種方式。切換速度越慢對廠用負荷供電的影響越大，快切裝置究竟以何種方式完成切換不可控，與廠用工作電源開關跳閘前兩異網系統的相角差和頻率差有關，差值越小完成快速切換的可能性越大。結合大唐陽城發電有限責任公司[2]的經驗，在異網下快切裝置多數完成同期捕捉切換，很少完成快速切換，也有進行殘壓切換的。

由此可見，在異網下快切裝置的事故切換，對廠用負荷的供電可靠性影響較大，為了保證機組設備安全，重要輔機，如引風機、空氣預熱器、主機交流潤滑油泵等，需對所配置的保護邏輯進行梳理，并對其他大功率電動機的低電壓定值正確整定，在廠用母線電壓[3]下降期間能快速恢復，保證重要輔機自啟動正常，確保機組能安全停機，防止發生設備損壞事故。

從上述分析可知，發電機出口不設斷路器，機組啟停時廠用電源在異網間的切換操作很復雜，且事故情況下廠用電源異網切換的頻次高，對廠用負荷供電的可靠性和安全性影響較大，不利于機組的安全運行；相對而言，發電機出口設斷路器[4]，對廠用工作和備用電源處于異網的機組優點突出。

3 廠用系統異網運行防止非同期并列措施

3.1 廠用工作電源和備用電源開關異網運行

如圖2所示，廠用母線工作電源和備用電源分別來自兩個區域電網，為兩個差頻電源，一直處于異網運行狀態，一旦并列會出現非同期短路而損壞設備，以#1機組為例，可采取以下措施防止誤并列。

(1)在廠用工作電源1A(1B)開關分散控制系統(DCS)手動合閘回路增加備用電源01A(01B)開關的常閉輔助接點，只有在備用電源01A(01B)開關在分閘狀態時，方可在DCS上手動合上工作電源1A(1B)開關；同理，在廠用備用電源01A(01B)開關DCS手動合閘回路增加工作電源1A(1B)開關的常閉輔助接點。

(2)廠用工作電源1A(1B)開關DCS合閘邏輯中設備用電源01A(01B)開關在分位合允許；同理，在廠用備用電源01A(01B)開關DCS合閘邏輯中設工作電源1A(1B)開關在分位合允許。

(3)廠用母線的快切裝置手動切換和事故切換方式控制字均選串聯方式。

(4)廠用工作電源1A(1B)開關快切合閘回路也經備用電源01A(01B)開關常閉接點閉鎖；同理，廠用備用電源01A(01B)開關快切合閘回路也經工作電源1A(1B)開關常閉接點閉鎖。

(5)廠用工作1A(1B)和備用電源01A(01B)開關，保證僅在試驗位可就地開關柜合閘，工作位就地開關柜無法合閘，只能通過DCS合閘。

(6)取消廠用工作1A(1B)和備用電源01A(01B)開關合閘回路的同期閉鎖繼電器，按設計規程[5]，同網情況下要求設計同期閉鎖的手動切換回路，對于異網的情況不適用。

以上措施保證了在開關柜合閘、DCS合閘、快切裝置合閘時，廠用工作和備用電源開關不會出現非同期誤并列事故。

3.2 廠用380 V動力中心(PC)進線開關和母聯開關異網運行

當一臺機組的高壓廠用母線由高廠變帶，另一臺由啟備變帶時，分別從兩臺機組引接電源的兩段PC母線來自兩個差頻電源，兩進線開關和母聯開關均有誤并列的可能，必須采取防止異網并列的措施。當同臺機組的一段高壓廠用母線由高廠變帶，另一段由啟備變帶時，從同臺機組兩段高壓廠用母線引接電源的PC母線來自兩個差頻電源，兩進線開關和母聯開關均有誤并列的可能，也需要采取防止異網并列的措施。

(1)在PC兩進線開關和母聯開關框架斷路器本體合閘按鈕處加裝機械鎖，防止開關本體誤合而發生非同期短路。

(2)在PC兩進線開關和母聯開關柜就地電動合閘回路加裝輔助接點閉鎖，3個開關中，另兩個開關只要有一個在分閘狀態可合本開關，防止在開關柜上電動合閘發生非同期短路事故。

(3)在PC兩進線開關和母聯開關DCS合閘脈沖設合允許，3個開關中，另兩個開關只要有一個在分位可合本開關。

(4)兩進線開關和母聯開關在DCS并列合閘時，需經過DCS同網判斷邏輯，同網時方可發出合閘脈沖。

411A，411B，011A開關DCS合閘回路需設本機同網判斷邏輯：兩段高壓廠用母線的工作電源1A，1B開關均在合位且備用電源01A，01B開關均在分位，或工作電源1A，1B開關均在分位且備用電源01A，01B開關均在合位，為本機兩段高壓廠用母線同網狀態。

412A，412B，012A開關DCS合閘回路需設兩機同網判斷邏輯：兩機高壓廠用母線工作電源1A，2A開關均在合位且備用電源01A，02A開關均在分位，或工作電源1A，2A開關均在分位且備用電源01A，02A開關均在合位，為兩機高壓廠用母線同網狀態。

以上措施保證了PC進線和母聯開關僅在檢修時打開機械鎖，開關投運后嚴禁使用開關本體合閘按鈕合開關；就地開關柜電動合閘，只能在3個開關中僅合1個或2個開關時使用，防止發生誤并列合閘；DCS合閘既能滿足同網情況下兩段PC母線并列的要求，又能保證3個開關中僅合1個或2個開關的需求。

3.3 雙電源異網供電的380 V 就地控制中心(MCC)

對于雙電源供電的MCC，其電源分別從PC段上引接，上級電源有異網的可能，故雙電源供電的MCC電源開關須采用單刀雙擲的刀閘，或不會引起兩路電源并列的雙電源自動切換開關，保證在任何情況下不會引起上級兩路電源非同期并列。

3.4 其他情況

對于雙路電源供電的就地箱或就地柜，必須保證上級兩路電源不能并列。就地雙路電源供電的設備嚴禁采用環網設解列點的供電方式。

4 結束語

對于廠用工作和備用電源處于異網的火電機組，設計時應考慮廠用電源在異網間切換所存在的困難，宜采用發電機出口配置斷路器的方案，有利于機組的安全運行。對于高、低壓廠用系統存在非同期并列的問題，廠用高壓工作和備用電源開關因一直處于異網狀態，必須在開關合閘回路加輔助接點閉鎖，保證任何情況下都不會出現非同期并列；廠用380 V系統，因上級電源系統運行方式變化，可能會出現異網并列的開關，開關本體合閘按鈕加機械鎖，就地電動合閘回路必須加輔助接點閉鎖，DCS合閘回路并列操作時加同網判據邏輯，DCS合閘回路不并列操作時采取“3開關合2個或3開關合1個”的閉鎖邏輯，既能滿足系統的并列需求，又能防止發生非同期并列損壞設備、危及人身安全等惡性事故。