厂用电快速切换在火电厂的应用
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摘要：文章针对厂用工作电源与备用电源的典型接线，探讨火电厂厂用电的切换问题。当厂用工作电源与备用电源两者压差、相角差均满足合环条件时，正常切换应采用并联切换方式，事故切换采用串联切换方式；相角差不满足合环条件时，正常切换及事故切换均应采用串联切换。
中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）26-094-02
火力发电厂的运行状况是由发电机组、电厂以及电力系统三个因素来决定的。对于厂用电进行切换是一个比较复杂的动态过程，发生安全事故的时如果处置不到位，电流、电压、相角等多种变量都会发生较大改变，情况严重的时会导致切换失败，甚至导致设备损坏。
1 厂用电切换存在的问题
厂用电切换方式通常有以下几种：采用工作开关用来辅助接点或是延时继电器起动备用的电源；延时用于合闸回路；在合闸回路当中，另外添加机电式或是电子式的继电器；在合闸回路中，串残压切换。上述四种方式在可靠性和安全性上都有所欠缺。国内已经发生多次使用电切换导致的事故，比如停机、设备冲坏等等。实际上，上述事故的发生不是偶然的，看似偶然的情况往往由许多必然的因素在里面起作用，比如说电动机受到一两次的冲击不会引起我们的重视，因为它不会马上损坏，但是长时间没有安全事故的发生并不表示不会导致安全隐患。
2 厂用电源的切换方式分析
2.1 按运行的状态
①正常切换。正常运行的时候，由于开机、停机等情况的需要，会把母线从一个电源切换到另外一个电源上面，此时对切换速度没有硬性要求。
②事故切换。这是因为当发生事故时，比如发电机、汽轮机、主变压器、锅炉等各种事故，此时会果断切除厂用母线，要求备用电源在第一时间内迅速地自动切入，尽快地实现安全切换。
2.2 按断路器的切换顺序
①并联切换。在切换的时候，工作中的电源与备用电源之间，优点是短时间内它是并联运行的，它可以保证厂用电的不间断供给，缺点在于并联的时候会导致短路的容量加大。因为并联的时间过于短暂，往往发生几秒之内，发生事故的几率很低。所以广泛采用在正常切换中。
②串联切换。它是指只有在切除一个电源的情况下，另一个电源才允许投入。在进行串联切换时，会在厂用母线上出现一个断电的时间差，断路器的合闸速度决定了断电时间的长短。串联切换的优缺点正好与并联切换的相反。
③同时切换。切换的时候，切除电源和投入电源的两个脉冲信号将会同时发出。在切换的时候，由于分闸时间和合闸时间的长短，以及其分散性的特性，通常会出现几个周波的断电时间，偶尔会有1~2个周波两个电源并联的情况出现。
2.3 按切换的时间
②同期捕捉切换。之前已经通过分析，发现固定延时的方法并不可行。现在最好是通过追踪残压的频率之间的差异，再就是角差之间的变化，在收到反馈电和备用电源电压向量，以第一次重合相位的时候把电源开关合上，这样对于电动机的自起动是非常有利的。
③残压切换。这个是指当残压降到20%~40%额定电压之后出现的切换。虽然可以高效的保护电动机的性能安全，但是电动机能否成功起动及自起动都会受到时间限制的，因为需要较长时间停电。
3 厂用电快速切换在南通美亚热电厂的应用
3.1 开机时厂用电的切换过程
3.2 停机时厂用电的切换过程
与开机过程相反，正常停机时厂用电由工作电源供电，即工作电源开关4QF合闸，备用电源开关03QF断开。停机时，由经同期检定后合上备用电源开关03QF，再跳开备用电源开关4QF，即通过并联方式实现厂用电的切换。
3.3 事故时厂用电的切换过程
由于在事故情况下，不论是工作电源断路器偷跳，还是由于保护动作使工作电源断路器跳闸，必定是首先断开工作电源断路器，这时自动转入厂用电事故切换程序。由于该电厂备用电源与工作电源取自同一110 kV母线，且主变与起/备变的连接组别相同，故工作电源断路器断开瞬间6 kV厂用母线残压与备用电源电压相位相同，如果单从缩短母线失电时间上考虑，采用同时切换是合适的；但考虑到断路器跳闸时间的离散性以及如果工作电源断路器拒动则会使备用电源投与故障上，对设备造成二次冲击，故在此电厂采用比较可靠的串联快速切换，为防止意外出现快速切换失败后设置的后备切换方式为同期捕捉切换和残压切换。
根据电厂运行人员反映，1#、2#机组在采用MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置之前，平均每年会发生一到两次厂用电切换失败的情况，而且都是在事故切换的情况下发生的，这给电厂带来了一定的损失。1~4#机组在采用了MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置之后，运行至今未发生过厂用电切换失败的情况，并且厂用电切换基本上都是以快速切换的方式实现的，这对机组的稳定运行提供了有力的支持，运行人员普遍反映比较满意。
4 应用快切时应注意的问题
开关的开关闸时间、系统结线以及故障类型度都定着快速切换能否顺利实现。厂用母线电压和备用电压两者之间形成的初始相角，如果大于200，在发生事故切换时很难保证成功的将快速切换到位，如果环流太大的话还可能导致进一步引发并联切换的失败，进而可能引起机组设计的损坏问题。从故障发生到开关跳开这一过程当中，母线电压的频率改变、相角和幅值的改变，这些因素都是由故障类型决定的，此外也受保护动作时间、其他有关的开关顺序和动作时间的影响。因此，事实上有以下情况出现：受到客观条件的限制，某些电厂无法实现快速切换，对于有些机组而言，快速切换不能保证每次都能成功。
快起不成功的情况时有发生，为了将损失降低，会把同期捕捉定为第二套方案。有资料显示：反相之后会有多个同期点，第一个同期点的持续时间大约在0.4~0.6 s，会将残压衰减到许可范围内的时间长度为1~2 s；出现长延的情况时，则需要根据现场的试验情况，依据残压曲线而定，通常情况为几秒，这样是为了保证自起动电流能够在4~6倍之内。显而易见，相对于残压切换和长延切换，同期捕捉切换更具优势。
5 结 语
厂用电的切换问题是一个需要发电厂引起重视的问题，因为它涉及到主要设备运行的可靠性和安全性。南通美亚热电厂用电快切装置的良好运行表明：该装置了厂用电切换的成功率，提高了机组运行的安全、可靠性。因此建议在工作电源与备用电源取自同一电网且相角相同的电厂中采用厂用电快切装置。在工作电源与备用电源取自不同电网或相角相差较大的电厂中经综合技术比较后决定是否采用。
参考文献：