譚俊峰，李昕宇

（1.山西神頭第二發(fā)電廠，山西 神頭 036011；2.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西 西安 710049）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的日益普及，火力發(fā)電廠廠用電通過(guò)常規(guī)的電氣連鎖進(jìn)行切換的技術(shù)已逐步退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是自動(dòng)化水平高、技術(shù)成熟、可靠性更高的廠用電快切裝置。但是在實(shí)際應(yīng)用中依然存在不能正常切換的現(xiàn)象，給發(fā)電廠廠用電的安全造成一定威脅，本文通過(guò)對(duì)快切裝置工作原理及實(shí)際應(yīng)用中的典型實(shí)例進(jìn)行分析，提出了快切裝置運(yùn)行中常見故障及解決辦法，為裝置及廠用電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供保障。

1 廠用電快切裝置的概念和特點(diǎn)

“廠用電快切裝置”是指能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電廠廠用電與備用電源的同期、快速切換的一種自動(dòng)裝置。具有切換可靠、方式靈活、沖擊電流小等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中被廣泛使用。

眾所周知，發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)、停運(yùn)和故障掉閘時(shí)廠用電系統(tǒng)均需進(jìn)行切換，以保證廠用電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)。過(guò)去廠用電切換常采用廠用電與備用電源的并列切換方式，沖擊電流大，對(duì)電網(wǎng)的安全構(gòu)成一定威脅，而且操作繁瑣，不利于生產(chǎn)的需要。快切裝置的問世及時(shí)、有效地解決了這一難題。它可以自動(dòng)捕捉同期點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高速、同期切換，大大降低了對(duì)電網(wǎng)機(jī)組設(shè)備的威脅。而且快切裝置的投入使用提高了機(jī)組的自動(dòng)化水平，減少了運(yùn)行人員的操作程序，縮短了操作時(shí)間，減少了誤操作的幾率，提高了廠用電切換的成功率，機(jī)組安全性、可靠性大幅提高[1]。

2 廠用電快切裝置的工作原理

廠用電快切裝置實(shí)質(zhì)是一種能在正常或特殊工況下，實(shí)現(xiàn)工作和備用電源相互切換操作的自動(dòng)裝置。

2.1 切換方式

廠用電快切裝置按照“切換原因”通常分為事故切換、正常切換和非正常切換三大類。

a）事故切換：事故情況下，在廠用母線電源消失后，快速實(shí)現(xiàn)備用電源的自動(dòng)投入，以保證廠用母線電壓的連續(xù)、穩(wěn)定。

b）正常切換：指機(jī)組在啟動(dòng)和停運(yùn)時(shí)，工作電源與備用電源之間的快速切換。

c）非正常切換：在廠用母線電壓出現(xiàn)較大下降，或誤跳工作電源時(shí)，實(shí)現(xiàn)工作電源與備用電源之間的快速切換。

2.2 工作原理

事故切換面對(duì)的是廠用電動(dòng)機(jī)群在失電后的反饋電壓與備用電源的同期操作，與正常同期的區(qū)別是兩個(gè)待并電源一個(gè)是電壓和頻率均為正常值的備用電源，另一個(gè)是電壓和頻率在不斷下降甚至突變的廠用工作母線上電動(dòng)機(jī)群的反饋電壓。因此，需要使用計(jì)及同期點(diǎn)兩側(cè)電壓差和頻率差變化規(guī)律的快速算法來(lái)捕捉投入備用電源的時(shí)機(jī)。這個(gè)時(shí)機(jī)不是正常同期的壓差、頻差較小且相位差位“0”的時(shí)機(jī)，而是一個(gè)壓差、頻差及相角差值都能確保備用電源快速安全投入的時(shí)機(jī)。

正常切換是地道的同期操作，不論是工作分支斷路器或是備用分支斷路器都有可能在切換過(guò)程中碰上差頻同期或合環(huán)同期，因此裝置應(yīng)能自動(dòng)識(shí)別同期性質(zhì)，并嚴(yán)格按照同期數(shù)學(xué)模型控制切換過(guò)程。而常見的串連切換、同時(shí)切換、檢同期并聯(lián)切換等，往往存在因備用斷路器拒動(dòng)造成母線失電的危險(xiǎn)。

捕捉事故切換的最佳切換時(shí)機(jī)不僅與算法及編程技巧有關(guān)，而且在極大程度上取決于執(zhí)行速度，例如軟件執(zhí)行時(shí)間、快切裝置的出口分合繼電器動(dòng)作時(shí)間、外部分合閘中間繼電器及斷路器的動(dòng)作時(shí)間等因素。斷路器應(yīng)選擇快速斷路器（永磁式真空斷路器），快切裝置則應(yīng)將出口繼電器及中間繼電器的動(dòng)作時(shí)間減到最小。

3 廠用電快切裝置實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

神頭第二發(fā)電廠一期設(shè)計(jì)為2臺(tái)捷制500 MW燃煤機(jī)組，其廠用電接線如圖1所示。1號(hào)啟動(dòng)變來(lái)自神頭一電廠220 kV系統(tǒng)，它既作為1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的廠用備用電源，又接帶全廠公用系統(tǒng)負(fù)荷。當(dāng)1號(hào)（2號(hào)） 機(jī)組6 kV廠用段工作開關(guān)掉閘后（保護(hù)或手動(dòng)），可自動(dòng)通過(guò)快切裝置將該廠用段切為1號(hào)啟動(dòng)變帶，保證機(jī)組廠用電系統(tǒng)的安全；但是，當(dāng)6 kV公用段工作開關(guān)掉閘后，卻不能實(shí)現(xiàn)快速反切，以致公用系統(tǒng)的安全受到極大威脅。為解決這一問題，在公用段設(shè)計(jì)增加電氣連鎖功能，通過(guò)電氣連鎖實(shí)現(xiàn)反切，以保證公用段的安全?？梢?，這種既作為備用電源，又接帶公用系統(tǒng)負(fù)荷的啟動(dòng)變的設(shè)計(jì)理念已相對(duì)落后，存在很大弊病。

神頭第二發(fā)電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組快切裝置投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行狀況基本良好，但也發(fā)生過(guò)多次故障情況下不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，造成廠用系統(tǒng)失電事件。下面以兩個(gè)典型事件為例簡(jiǎn)要說(shuō)明。

圖1 神頭第二發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一次接線圖

3.1 2號(hào)機(jī)組廠用2BA段故障切換失敗

2008年10月2 6日，運(yùn)行中的2號(hào)機(jī)組突然掉閘，6 kV廠用2BB段自投切換成功，2BA段備用開關(guān)未自投，造成6 kV廠用2BA段失電。手動(dòng)合備用開關(guān)，恢復(fù)2BA段運(yùn)行，并立即組織專業(yè)人員對(duì)事故切換不成功原因進(jìn)行了分析，對(duì)快切裝置進(jìn)行了仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)2BA段快切裝置液晶畫面黑屏，按動(dòng)任意鍵（除復(fù)位鍵）裝置無(wú)指示，按動(dòng)“復(fù)位”鍵時(shí)，液晶畫面看不清顯示內(nèi)容，只有條紋或馬賽克，斷電重新啟動(dòng)后故障仍然存在。檢查“CPU”插件，未發(fā)現(xiàn)異常，逐一檢查集成塊，并逐一緊了一下，上電后，裝置恢復(fù)正常顯示。說(shuō)明裝置CPU插件元件存在接觸不良現(xiàn)象，立即更換了CPU板及液晶插件并帶開關(guān)進(jìn)行了傳動(dòng)，機(jī)組啟動(dòng)后快切裝置運(yùn)行正常。

3.2 1號(hào)機(jī)組正常切換失敗

2009年2月2 0日，1號(hào)機(jī)組按計(jì)劃滑停，在進(jìn)行6 kV廠用段由1號(hào)高廠變帶切換為1號(hào)啟動(dòng)變帶操作時(shí)，6 kV廠用1BA段切換成功，切換1BB段廠用段時(shí)，由于12BM06開關(guān)未合上，手動(dòng)斷開1BB03開關(guān)；第二次切換1BB段廠用電時(shí)12BM06開關(guān)仍未合上，又手動(dòng)斷開1BB03開關(guān)；最后先手動(dòng)合上12BM06開關(guān)，第三次切換1BB段廠用段時(shí)切換成功。

立即對(duì)1號(hào)機(jī)組6 kV廠用電快切裝置二次回路進(jìn)行檢查，外觀檢查發(fā)現(xiàn)3ZJ繼電器動(dòng)作后，常開接點(diǎn)3-11與4-12接觸不到，用繼電器測(cè)試儀測(cè)試所有中間繼電器情況如表1所示。

表1 1號(hào)機(jī)組6 kV廠用電快切裝置測(cè)試結(jié)果

在繼電器校驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)ZJ3常開接點(diǎn)3-11與4-12接觸電阻無(wú)窮大，ZJ4常開接點(diǎn)4-12接觸電阻無(wú)窮大，立即進(jìn)行了更換。

后又將1BB段工作開關(guān)1BB02推至試驗(yàn)位置，備用開關(guān)1BB03、12BM06開關(guān)至工作位置，進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)。1BB03、12BM06開關(guān)在合閘位置，1BB02開關(guān)在分閘位置，啟動(dòng)快切裝置的“正常切換”，1BB02開關(guān)合閘，1BB03、12BM06開關(guān)分閘，切換成功；又啟動(dòng)快切裝置的“正常切換”，1BB03、12BM06開關(guān)合閘，1BB02開關(guān)分閘，切換成功，故障現(xiàn)象消失，快切裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。部分快切原理圖見圖2所示。

圖2 快切裝置原理圖

4 廠用電快切裝置實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

由于廠用工作電源與備用電源往往不在同一電網(wǎng)，始終存在兩大電網(wǎng)通過(guò)廠用電系統(tǒng)非同期并列的隱患。因此，在廠用電切換過(guò)程中和廠用電運(yùn)行方式的安排上應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

a）在正常開機(jī)和停機(jī)時(shí)廠用電切換過(guò)程中，應(yīng)避免啟動(dòng)大型廠用設(shè)備，以維持發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定。

b）必須設(shè)置可靠的連鎖和閉鎖。

c）由不同6 kV母線供電的兩低壓母線在任何情況下均不得并列運(yùn)行。

5 結(jié)論

提高廠用電快切裝置動(dòng)作的成功率，是防止廠用電母線失電，確保機(jī)組安全運(yùn)行的重要手段之一[2]。廠用電工作電源和備用電源之間安全實(shí)現(xiàn)同期切換，能有效防止非同期并列，避免設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

［1］ 于波.廠用電快切裝置在火電廠的應(yīng)用［J］.廣西電力，2007（3）:47.

［2］ 張大慶.廠用電快切裝置切換不成功分析與對(duì)策［J］.江西電力，2010（1）:57.