祝志翔

摘 要：廠用電快速切換裝置，適用于發(fā)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(duì)廠用設(shè)備的沖擊損壞，簡(jiǎn)化切換操作并減少誤操作，提高機(jī)組的安全運(yùn)行水平。本文簡(jiǎn)要探討了快切裝置相關(guān)的概念、原理，分析了快切裝置在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)遇到的幾種主要問題及應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：廠用電 切換 快速切換

中圖分類號(hào)：TM643 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（b）-0077-02

1 基本概念

1.1 廠用電系統(tǒng)

為了使發(fā)電機(jī)獲得正常運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械能，需要多種輔助設(shè)備。而這些輔助設(shè)備的運(yùn)行，需要大型電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。為確保發(fā)電機(jī)及多種輔助設(shè)備的安全，同樣需要某些電氣設(shè)備。在發(fā)電廠為上述輔助設(shè)備提供電能的系統(tǒng)，稱為廠用電系統(tǒng)。而為廠用電系統(tǒng)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(fā)電廠的廠用系統(tǒng)均有兩路電源供電。圖1為中、大型發(fā)電機(jī)組的高壓廠用電系統(tǒng)。

從圖1中可以看出，發(fā)電廠處于正常運(yùn)行時(shí)，廠用兩段母線由發(fā)電機(jī)出口經(jīng)高廠變供電。此時(shí)，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(dāng)工作電源出現(xiàn)問題或正常啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)，5DL、6DL打開，將1DL、3DL、4DL合上。此時(shí)，廠用兩段母線由啟備變供電。由于當(dāng)工作電源斷開時(shí)或發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程中，才用備用電源供電，故將此時(shí)供電的變壓器稱之啟動(dòng)備用變壓器，簡(jiǎn)稱啟備變。

1.2 廠用電源的切換

廠用電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)只需由一路電源供電，而當(dāng)發(fā)電機(jī)停運(yùn)或在啟、停機(jī)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(jìn)行的廠用電源切換，通過控制臺(tái)開關(guān)手動(dòng)起動(dòng)裝置，完成兩路電源的相互切換[1]。當(dāng)工作電源故障時(shí)的切換，必須由廠用電快速切換裝置進(jìn)行。

1.3 備用電源自投在運(yùn)行中的幾個(gè)問題

備用電源自投在運(yùn)行中首先要解決切換速度問題，當(dāng)工作電源跳開后，若備用電源投入太遲，廠用母線電壓會(huì)衰減到很低，同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)下降很多。備用電源一旦合上，則電流會(huì)很大，母線電壓很難恢復(fù)，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(dāng)工作電源被切除后，由于電動(dòng)機(jī)是感性元件，因此廠用母線上的電壓不會(huì)立即衰減到0，但由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，母線上殘壓的相位要發(fā)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(shí)合上備用電源，將會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過流。

最后自投與故障母線問題，當(dāng)廠用母線上發(fā)生的故障為永久性質(zhì)，此時(shí)工作電源跳開，若再自動(dòng)投入備用電源，則使廠用母線再次受到短路電流沖擊，對(duì)設(shè)備不利，同時(shí)也易擴(kuò)大事故。

2 啟動(dòng)方式及切換方式

啟動(dòng)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(dòng)切換，是指廠用電正常工況時(shí)，手動(dòng)切換工作電源與備用電源。該方式通過控制臺(tái)開關(guān)手動(dòng)起動(dòng)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(fā)電機(jī)起、停機(jī)時(shí)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(fā)變組、高廠變保護(hù)接點(diǎn)起動(dòng)。

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(xù)低于設(shè)置值的時(shí)間超過所設(shè)定的延時(shí)，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(tǒng)的容量，容量越大，殘壓幅值衰減越慢，備用電源和電動(dòng)機(jī)殘壓之間的相角差變化越慢，機(jī)組越大，廠用系統(tǒng)的容量越大，同一臺(tái)機(jī)組負(fù)荷重比負(fù)荷輕時(shí)容量大?？焖偾袚Q是以備用電源合閘時(shí)電動(dòng)機(jī)承受的電壓不超過電動(dòng)機(jī)允許的1.1倍啟動(dòng)電壓為判據(jù)。電源電壓和電動(dòng)機(jī)殘壓之間的相角差θ不同，對(duì)應(yīng)的ΔU值亦不同，如θ=180°時(shí)，ΔU值最大，若此時(shí)合上備用電源，電動(dòng)機(jī)的沖擊電流最嚴(yán)重?？紤]到開關(guān)合閘期間殘壓轉(zhuǎn)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(jī)負(fù)載較少或轉(zhuǎn)換速度下降后，此時(shí)母線殘壓的頻率衰減會(huì)變快，這時(shí)角差、頻差會(huì)超出快速轉(zhuǎn)換的整定范圍，可以計(jì)算出開關(guān)合閘時(shí)候的導(dǎo)前時(shí)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(zhǎng)延時(shí)切換兩種。當(dāng)廠用電壓下降至30%左右額定電壓時(shí)合上備用電源，此時(shí)實(shí)現(xiàn)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(cuò)過前兩個(gè)機(jī)會(huì)后的補(bǔ)救措施，它的缺點(diǎn)是有些電動(dòng)機(jī)已跳閘，而且沖擊電流也不會(huì)小。有些情況下，母線上的殘壓可能不易衰減，此時(shí)如殘壓定值整定不當(dāng)，可能會(huì)不再進(jìn)行切換。因此必須設(shè)置長(zhǎng)延時(shí)切換功能，該切換方式在裝置啟動(dòng)后計(jì)時(shí)，一旦達(dá)到整定延時(shí)，立即進(jìn)行切換，該方式作為以上三種切換的總后備[5]。

3 對(duì)一次設(shè)備及分支保護(hù)的要求

3.1 對(duì)斷路器固有動(dòng)作時(shí)間的要求

不同容量機(jī)組從工作母線斷電到殘壓相位與備用電源相位相反所經(jīng)歷的時(shí)間，200MW、300MW機(jī)組在240～400ms，600MW機(jī)組在500～600ms，同時(shí)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(guān)才能滿足快切要求，按常規(guī)要求，斷路器的合閘時(shí)間需小于100ms以下方可采用快切裝置。

3.2 對(duì)廠用電系統(tǒng)容量的要求

以前規(guī)定機(jī)組容量大于200MW才需裝設(shè)快切裝置，當(dāng)時(shí)因未考慮同期捕捉功能，同時(shí)50～135MW的機(jī)組在工作母線斷電到殘壓相位與備用電源相位相反所經(jīng)歷的時(shí)間一般在150～240ms，基本上快切裝置無緣實(shí)現(xiàn)快速切換功能，而采用同期捕捉功能后，因其實(shí)現(xiàn)的切換時(shí)間也在160ms左右，所以使得快切裝置的使用范圍有了進(jìn)一步的擴(kuò)展。

3.3 對(duì)分支保護(hù)功能的要求

快切裝置即使正確切換，如果分支保護(hù)動(dòng)作，對(duì)廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行來說，仍然是一種失敗，因此正確選擇廠用分支保護(hù)的配置非常重要，規(guī)程上對(duì)廠用分支保護(hù)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(dòng)電壓以下一點(diǎn)，用以區(qū)分故障及成組自啟動(dòng)狀態(tài)。過流保護(hù)的定值及延時(shí)將很容易按照相間故障電流及一定的時(shí)限配合進(jìn)行整定，既滿足靈敏度又滿足其速度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔國(guó)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(chuàng)新與應(yīng)用，2016（32）：130.

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

[4] 國(guó)電南自.廠用快切裝置說明書[Z].2006.

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