厂用电快切系统在火电厂中的应用
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火力发电厂厂用电系统一般都具有两个电源，即厂用工作电源和备用（启动）电源，正常运行时机组厂用电由单元机组供电，停机状态由备用电源供电，机组在启动和停机过程都必须带负荷进行厂用电切换。另外，当机组或厂用工作电源发生故障时，为了保证厂用电不中断及机组安全有序地停机，不扩大事故，必须尽快把厂用电电源从工作电源切换到备用电源。
火电厂中，厂用电的安全可靠直接关系到发电机组电厂乃至整个电力系统的安全运行。厂用电快切装置是实现发电厂厂用母线电源快速切换的关键设备。在事故情况下，厂用电系统安全快速切换对减少事故损失，保护人身与设备安全至关重要。火电厂厂用电高压电动机的容量大且数量较多，当厂用电源中断时，由于高压电机及负载的机械惯性，电动机将维持较长时间继续旋转，且将转变为异步发电机运行工况，因此厂用电母线在一段时间内会维持一定的残压并缓慢衰减，频率也会随着转速降低而缓慢下降。在厂用电源中断瞬间，母线残压的衰减量还不大，但残压与备用电源电压的矢量角差已开始拉开，如果备用电源投入的时机不当，将产生很大的冲击电流，直接作用于电动机，这不但影响了电机的使用寿命，甚至可能导致切换失败造成厂用电中断，其后果是十分严重的。因此，厂用电切换必须根据系统的残压衰减特性，选择合适的切换时机。根据实际运行经验得出，为保证厂用电的成功切换且不产生大的冲击电流，备用电源断路器最合适的合闸时刻是厂用母线残压与备用电源电压的相角差不超过30°，即厂用电系统切换全过程在100ms以内。下面以某火电厂为列，简单介绍一下厂用电快切装置在火电厂中的应用。
一、装置介绍
某厂6KV快切装置使用的是ABB的SUE3000。它用于6KV厂用工作电源母线与备用电源母线间的电源切换。该厂厂用电快切装置在设计上采用串联切换，即当工作电源开关跳开后，备用电源开关合闸被允许。（通过工作电源开关的辅助接点控制备用电源开关的合闸回路），同样工作电源开关合闸，也必须在备用电源开关分闸后，原理同前。
快切装置启动后有三种可选动作方式：即快切、残压切换、慢切，以提高厂用电切换成功率。装置启动后首选快切，需要的条件是工作母线的残压必须大于70%UE，并且经过同期鉴定，任一条件不满足则改选残压切换，残压切换的条件是（40%～70%）UE，也必须经过同期鉴定，如果任一条件不满足则选慢切，这时母线电压约在20% UE以下，不需经过同期鉴定。
其厂用电快切装置根据启动方式分为手动启动、保护启动、自动启动，即具有正常情况下备用电源与工作电源之间双向切换功能，事故或不正常情况下工作电源向备用电源切换的功能，手动启动为手动启动快切系统，跳开工作电源开关，合上工作电源与备用电源间母联开关（母线故障则快切拒动）。保护启动为当保护动作跳开工作电源开关，快切系统合上母联开关，自动启动为当机组负荷降至30MW时，快切系统动作跳开工作电源开关，合上母联开关。运行人员在CRT上完成从工作电源切换到备用电源或备用电源切换到工作电源的双向切换。
逻辑图见下，切换方向CB1至CB2
参数设置：
相位比较器的正常数据：
额定电压 UN 100V
频率 50Hz
最大连续电压 1.3×UN
设定值：
滑差监视0.5-2.5Hz（0.5Hz/单位）
电压监视50-100% UN
相角监视20%
残压40% UN
慢切2S
输出接点：
最大关合电压 48V
最大关合电流 1A
最大切断容量 30W
二、运行及事故情况下的注意事项
影响厂用电切换的主要因素有开关条件、切换方式、切换装置、系统结构和运行方式及故障性质。为能成功地进行厂用电系统的切换，必须具备以下3个条件：
（1）应具备源于同一系统的两个独立的供电电源：工作电源和备用电源。正常运行情况下两个电源电压之间允许有一定的相角差，但一般不宜大于20°。
（2）快速断路器。少油式断路器因其合分闸时间较长，不适合应用于厂用电系统的切换，目前广泛使用的真空断路器，其合、分闸时间一般在40～80ms左右，均适用于厂用电系统的切换。该厂使用的是VD4型真空断路器，其合闸时间约70ms，分闸总时间约60ms。
（3）发电机组和厂用工作电源应配备快速动作保护。 快切装置在正常运行时，应注意以下几点：①每班接班后应对快切装置进行检查，应无报警，无故障信号。②每班应对快切装置进行试验，通过试验检验快切装置及通道是否正常。（试验期间，如遇事故，装置自动退出试验转至事故切换状态。）
快切装置在事故情况时，应注意以下几点：①事故情况下，切换成功后，应检查母线电压是否正常，保护动作情况以及母线上所带负荷的供电情况。②事故情况下，装置动作但备用电源开关拒动，可手动抢合备用开关一次，不成功应立即工作电源开关跳闸原因及开关拒动原因，尽快恢复备用电源开关。如工作电源开关确属人员误碰，可立即合上工作电源开关。③事故情况下，工作电源开关跳闸而快切装置没动作，应尽快检查保护的动作情况及快切装置未启动原因，如确定快切装置应动作而未动作，可手动抢合备用电源开关一次。在处理以上事故情况下快切装置可能出现的问题时，犹需注意的是，备用电源开关不能随意抢合，只有确定工作电源开关跳闸原因是非电流型保护动作时，即快切装置未被闭锁。
快切装置闭锁的原因有：PT小车摇出；工作和备用电源开关全合或全分；装置自检异常或故障；母线故障保护动作；母线PT断线；分支过流保护动作；备用电源失去；外部出口闭锁；装置切换完毕未复归。
三、运行中出现的事故分析
事例1：某日晚，在机组停机操作过程中，某段厂用电切换装置来回反复切换约30次，中止动作。电气检修人员随即对快切回路进行了详细检查，并未发现故障原因；因当时停机时间紧，随即再次尝试进行切换操作，结果切换正常。
分析：运行人员发出启动切换指令后，由于某种未知原因（通讯或模件故障、厂用电快切装置故障或输入信号中间继电器卡）造成“快切切换命令始终存在”，即当工作段母线两路电源开关上口电压均满足切换条件且切换命令一直保持时，快切装置就会自动来回切换，直到命令消失或切换条件不满足才会停止。运行人员应根据情况进行适当干预，防止开关频繁动作损坏，并做好厂用电失电的事故预想。以后若遇类似异常且长时间切换不停止，在确认切换时间间隔足够后， 当切换到备用开关运行，工作电源开关热备用后，一人在盘前监视，一人在切换装置前准备好，通过口头喊话，停用故障段厂用电快切装置操作电源，使异常切换终止，避免长时间切换损坏设备。
事例2：某日某机组母线工作段进线开关跳闸，快切装置未动作，备用电源开关未自投，造成该段母线失电，检查保护为母线失灵保护动作。
分析：对于失灵保护动作条件及备用开关CRT上合不上原因分析如下：
该厂母线配置失灵保护，任一开关失灵保护动作条件为：①开关在合闸位；②保护动作并保持；③开关在运行位置。当以上条件全部满足时，母线上任一开关拒动将启动失灵保护，跳进线开关，闭锁高压快速切换装置备用开关自投，所以该段母线失电后。开关室就地检查保护，发现进线开关无保护动作，进线PT柜母线失灵保护动作。经对该段母线停电后，测母线三相对地绝缘良好，相间无短路现象。CRT上释放备用开关合闸条件，发现备用开关合不上，就地对备用开关柜检查发现有故障告警信号，且复位不掉。后经试验发现在PT柜断开控制电源MCB小开关后，备用开关故障告警信号方可复位。CRT手动启动快切装置合备用开关成功，检查高速切换装置各运行指示灯状态正常。以后再遇类似情况，应首先考虑到在母线保护故障情况下快切装置被闭锁的条件，尽量缩短事故处理时间。
四、结论
厂用电切换的快速性和可靠性对于现代大型机组而言是极其重要的，尤其是事故情况下的自动快速切换。因为电动机启动电流倍数与备用电源切换时间有关，断电时间越短，相应自启动电流倍数增加越不显著，快速切换的成功率越高。另外，快速切换厂用电源还可以减少厂用电负荷的丢失，缩小事故范围，缩短跳闸后机组的重新启动时间，是体现大型机组运行可靠性的一项重要指标。厂用电的安全可靠直接关系到发电机组电厂乃至整个电力系统的安全运行。厂用电快切装置是实现发电厂厂用母线电源快速切换的关键设备。在事故情况下，厂用电系统安全快速切换对减少事故损失，保护人身与设备安全至关重要。
参考文献：
[1]ABB SUE3000厂用电快速切换装置用户手册
[2]侯书海.火电厂厂用电切换新理念的分析及应用
作者简介：
毛卫东（1983～）男，江苏南通人，本科，助理工程师，从事发电厂集控运行。