謝 沖

（國能（綏中）發(fā)電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125099）

0 引 言

隨著電力技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)機組單臺裝機容量不斷增大，主流火電機組已經(jīng)由600 MW過渡至1 000 MW。裝機容量的增加一方面提高了電網(wǎng)總的裝機容量和電力系統(tǒng)的冗余容量；另一方面在調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務方面為電網(wǎng)提供了便利。但是大容量機組一旦發(fā)生故障、甩負荷或者跳機，對電力系統(tǒng)的影響更加嚴重，大容量機組的恢復、啟動也需要消耗更多的能源，這就對大容量機組的安全穩(wěn)定運行提出了更高的要求。

發(fā)電廠一般有0.38 kV電源為一些用電設備供電，重要的保安段都設有備用電源自動投入裝置，當檢測到工作電源進線開關跳閘，工作段母線失壓時，經(jīng)過延時，自動將備用段至工作段開關投入，恢復供電。但現(xiàn)場實際使用時經(jīng)常出現(xiàn)備自投不成功需人工搶合開關恢復供電的現(xiàn)象，如果操作不當或搶合不及時，將會造成一些重要輔機設備失壓延時跳閘，進而造成發(fā)電機組連鎖跳閘，給電廠或企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。

國能（綏中）發(fā)電有限責任公司二期為2×1 000 MW機組，廠用0.38 kV電除塵MCC、脫硫MCC、保安MMC段均采用MPM-405BZT5型微機同期閉鎖式快速切換裝置，下面針對備自投裝置原理、動作邏輯、常見問題等開展討論。

1 備自投裝置介紹

MPM-405BZT5型同期閉鎖式工備互投切換裝置（以下簡稱備自投），主要應用于變電站、電廠、一些廠礦企業(yè)的低壓電源快速切換，一般直接用于380 V母線，經(jīng)功率變換器（Power Transformer，PT）也可用于其他電壓等級母線。在正常運行時，備自投裝置可以實現(xiàn)備用電源與工作電源雙向切換；事故或異常情況下，備自投裝置可以完成工作電源向備用電源的單向切換功能。通過配置備自投裝置能夠大大提高廠用電切換成功率和切換速度，徹底解決非同期切換對廠用設備的沖擊損壞的問題。備自投裝置設置簡單、操作方便，大大提高了機組的可靠性和自動化水平。每套裝置可以對1段廠用母線的工作電源開關、備用電源開關和保安電源開關進行切換控制[1]。

2 備自投裝置的主要技術(shù)特點：

（1）采用高性能的美國進口高速DSP單片數(shù)字信號處理控制器作為主控單元，雙CPU工作。

（2）采用高性能的美國進口高速16位AD，極大提高測量精度，通道誤差小于0.5%。

（3）用大容量FLASH存放定值、設備參數(shù)、統(tǒng)計值、事件順序記錄（Seqvence Of Event，SOE）及故障記錄，保證數(shù)據(jù)安全可靠。

（4）采用全交流采樣，軟件數(shù)字濾波，徹底消除了硬件電路零漂的影響。

（5）具有成熟的自檢功能，三級Watchdog及電源監(jiān)視功能，保證可靠性。

（6）手動切換能實現(xiàn)雙向檢同期并聯(lián)切換，自動切換有檢反饋電壓同期快速切換功能。

（7）具有故障錄波功能，可記錄出口動作時刻的運行參數(shù)及動作過程的電流最大值，實現(xiàn)故障波形及動作過程波形的再現(xiàn)。

（8）設置485及控制器局域網(wǎng)絡（Controller Area Network，CAN）接口，可方便地組成廠用電綜合管理系統(tǒng)。

（9）拔插式結(jié)構(gòu)，電流互感器（Current Transformer，CT）回路采用自短路端子，便于檢修。

（10）電磁兼容設計，抗干擾能力強，符合《靜態(tài)繼電器及保護裝置電氣干擾試驗》（GB/T 6162—1985）標準。

3 工作原理

本裝置模擬輸入量包括工作進線開關某相電流、備用電源進線開關某相電流、工作進線電壓Uab、工作母線（380 V）三相電壓UA、UB、UC、備用電源進線（380 V）Uab，開關輸入量包括工作電源高壓側(cè)開關（1DL）信號、備用電源低壓側(cè)開關（2DL）信號、外部閉鎖（BK）信號以及PT隔離開關（1HJD）信號等。經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為0～2 V的電壓信號，并送至AD，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后送給數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processing，DSP），處理器將各通道數(shù)據(jù)讀入、運算、處理，并與各參數(shù)整定值自動比較，判別故障，如有故障則控制相應出口繼電器動作[2]。備自投裝置BZT的電氣一次和二次接線聯(lián)系如圖1所示。

圖1 電氣一次和二次接線聯(lián)系圖

3.1 工作投備用、備用投工作功能

因工作投備用、備用投工作功能原理相同，只是涉及不同開關的模擬量和輔助接點正好相反，此處只分析“工作投備用”功能[3]。

3.1.1 工作母線低電壓啟動BZT功能

（1）快投裝置面板“就緒”指示燈亮；（2）工作母線低電壓，經(jīng)整定延時后，啟動BZT，同時1DL合位（“開入1為1”，“開入2為0”），2DL跳位（“開入3為0”，“開入4為1”，備用開關無電流）；（3）備用電源電壓正常。

上述條件滿足，BZT跳1DL，檢查工作母線殘壓小于設定值時，合2DL開關，發(fā)備投成功信號。

3.1.2 工作進線開關1DL突然跳閘啟動BZT功能

（1）快投裝置面板“就緒”指示燈亮；（2）1DL突變跳位（“開入1為0”，“開入2為1”，工作開關無電流），啟動BZT，2DL跳位（“開入3為0”，“開入4為1”，備用開關無電流）；（3）備用電源電壓正常。上述條件滿足，BZT檢查工作母線殘壓小于設定值時，合2DL開關，發(fā)備投成功信號。邏輯見圖2。

圖2 工作投備用邏輯

3.2 快速備自投功能

當工作電源1DL（或備用電源2DL）突然跳開，備自投立即執(zhí)行快速切換，在允許時間內(nèi)比較母線UAB與進線（工或備）UAB電壓矢量差（壓差400 V相當60°相位差），條件滿足，立即快速切換。若切換失敗，備自投自動轉(zhuǎn)為殘壓切換[4]。

3.3 同期閉鎖手動切換“合1DL跳2DL”“合2DL跳1DL”功能

因同期“合1DL跳2DL”“合2DL跳1DL”功能原理相同，只是涉及不同開關的模擬量和輔助接點正好相反，此處只分析“合1DL跳2DL”功能。同期閉鎖手動切換“合1DL跳2DL”功能如圖3所示。

圖3 同期閉鎖手動切換‘合1DL跳2DL’功能

在BZT“就緒”，無閉鎖信號，工作電源的電壓已經(jīng)恢復正常，1DL為跳閘位置，2DL為合閘位置，工作電源的Uab與備用電源的Uab電壓矢量差（相角差）小于設定值，當“允許H1T2”開入接通時，裝置屏幕顯示“合1DL跳2DL就緒”，此時接通“H1T2”開入，BZT快速合上1DL，確認1DL合上后，延時跳開2DL，確認2DL跳開后，備自投發(fā)“備投手投成功”信號；當斷開“允許H1T2”開入，遠方或就地按BZT的復歸按鈕，BZT才恢復自動備自投功能。

3.4 雙回進線失電啟動保安回路功能

在BZT投入，當工作電源和備用電源都失壓時，啟動雙回進線失電繼電器J11，裝置ND：7與ND：8端子導通，該接點自保持30 s后，自動返回；該接點用于啟動保安電源自投回路，邏輯圖見圖4[5]。

圖4 雙回進線失電啟動保安回路邏輯

4 “雙回進線失電啟動保安電源試驗”失敗分析

在綏中公司4號機組A修期間，電氣二次專業(yè)按規(guī)程要求更換鍋爐保安段備自投裝置，裝置靜態(tài)試驗結(jié)論合格，回路檢查完畢。組織開展廠用電聯(lián)鎖試驗。

（1）帶開關“合 1DL跳2DL”“合 2DL跳1DL”試驗動作正確。

（2）模擬工作電源失電合備用電源開關試驗動作正確。

（3）恢復工作電源，模擬備用電源失電合工作電源開關試驗動作正確。

（4）在上一步驟基礎上模擬工作電源失電，此時工作、備用電源均失電，裝置沒有啟動柴油發(fā)電機，即保安電源，試驗失敗。

工作人員通過試驗儀對裝置再次進行雙回進行失電試驗，裝置雙回進線失電保護可靠動作，啟動保安電源接點接通，動作行為正確。

通過試驗儀模擬狀態(tài)和現(xiàn)場實際工況對比：試驗儀模擬運行工況，備自投裝置處于“就緒”狀態(tài)，先后拉開工作電源和備用電源的時間間隔較短，雙回進線保護動作；現(xiàn)場廠用電聯(lián)鎖試驗，在步驟（3）時，裝置已經(jīng)動作1次。根據(jù)備自投放電邏輯（圖5），備自投動作后會執(zhí)行“放電”，而通過圖2可知，“放電”狀態(tài)下備自投無法“就緒”，也就無法滿足備自投雙回進線失電動作的條件。這也就是現(xiàn)場雙回進線失電試驗失敗的原因。

圖5 備自投放電邏輯

通過現(xiàn)場實際運行經(jīng)驗來看，雙回進線并不一定是工作電源和備用電源同時失電。工作電源先失電，備自投動作后，備用電源故障失電，而此時工作電源還沒有恢復，這種可能性是存在的，此時備自投裝置應該以“雙回進線失電”動作去啟動柴油發(fā)電機等保安電源，以保證重要負荷的可靠供電。經(jīng)過工作人員和廠家人員的現(xiàn)場確認，最終通過軟件將“雙回進線失電”邏輯中的備自投“就緒”條件取消，保證備自投裝置動作邏輯符合生產(chǎn)需要。

5 結(jié) 論

發(fā)電機組的主要任務一方面是給電力系統(tǒng)提供可持續(xù)的電力供應；另一方面就是保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行?？梢哉f，發(fā)電機組的每一個安全環(huán)節(jié)都對電網(wǎng)的安全發(fā)揮著重要的作用，備自投裝置雖然用于低壓380 V系統(tǒng)，看上去重要性沒有高等級電壓系統(tǒng)的安全自動裝置那么高，但是木桶的儲水量往往取決于最短的那塊木板。對于批量生產(chǎn)的或者已經(jīng)有一定應用的保護裝置和安全自動裝置，也要勇于質(zhì)疑，從多維度考慮電氣二次設備的實用性，不斷改進。作為電氣二次從業(yè)人員，就是要抓住細節(jié)，提高對不起眼設備的重視程度，進一步保證機組可靠性水平。