微机快速切换装置在自备电厂的应用

微机快速切换装置在自备电厂的应用

刘志文

东莞市三联热电有限公司广东东莞523000

摘要：文章介绍了东糖集团三联热电有限公司厂用电接线方式，微机快速切换装置的切换原理、方式，分析了以往厂用电切存在的问题；结合厂用电切换的特点及运行情况进行分析、比较了各种切换方式的优缺点及实际应用情况，提出了快切发展方向的考虑。

关键字：微机切换装置厂用电切换方式考虑

1引言

东糖三联热电有限公司#2机（150MW）发电机组采用单元接线，升压后经110KV母线向系统供电，设有一台20MW高厂变，直接由发电机出口引接电源。#1、#2机组共用1台20MW启动/备用变压器，电源由升压站110KV母线引接。每台机组设两段6KV公用母线，正常#1机由6KVIA、IB段母线供电，#2机由6KVIIA、IIB段母线供电，6KV工作母线的工作电源与备用电源之间采用南京东大金智公司的MFC2000-2型微机厂用电快切装置，与传统的厂用电切换方式相比，该装置更加快速、安全、可靠。

2以往厂用快切存在的问题

以往厂用电切换方式主要采用以下几种方式：

a：以工作开关辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入；

b：在合闸回路中加延时以图躲过180°反相点合闸（短延时切换）；

c：在合闸回路中另串普通机电式或电子式同期检查继电器；

d：合闸回路中串残压检定环节，即残压切换。

根据有关资料统计，以上几种厂用电切换方式都不能很好地满足安全性、可靠性的要求，导致停机、停炉、设备冲坏等。厂用电切换引起的问题有些是明显的、突发的，而有些是渐变的。譬如：电动机或者备用变受一两次冲击并不一定马上就损坏，厂用电的切换过程与很多因素有关，较长时间未发生问题并不意味着不存在安全隐患。

3微机快速切换装置切换原理

3.1快速切换

正常运行时，厂用电母线由工作电源供电，当工作电源侧发生故障时，断开工作电源开关，备用电源投入，备用电源投入后的等值电路，以极坐标形式绘出6KV厂用电母线残压相量变化轨迹。

微机快速切换装置在工作电源断开后，通过检测备用电压vs与母线残压vd的相角位，在安全区域（及允许的相位角差和频差内）发合闸脉冲，或者两个源网络之间的检同期并列（或称同期捕捉），实现安全的切换。

3.2同期捕捉切换

图1母线残压特性示意图

图1中，过B点后BC段为不安全区域，不允许切换。在C点后至CD段实现的切换以前通常称为“延时切换”“短延时切换”。前面已分析过，用固定延时的方法并不可靠。最好的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到在反馈电压与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸，这就是所谓的“同期捕捉切换”。以图1为例，同期捕捉切换时间约为0.6s，对于残压衰减较快的情况，该时间要短得多。若能实现同期捕捉切换，特别是同相点合闸，对电动机的自起动也很有利，因此时厂母电压衰减到65%～70%，电动机转速不至于下降很大，且备用电源合上时冲击最小。

同期捕捉切换之“同期”与发电机同期并网之“同期”有很大不同，同期捕捉切换时，电动机相当于异步发电机，其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场，而转子不存在外加原动力和外加励磁电流。因此，备用电源合上时，若相角差不大，即使存在一些频差和压差，定子磁场也将很快恢复同步，电动机也很快恢复正常异步运行。所以，此处同期指在相角差零点附近一定范围内合闸(合上)。

3.3残压切换

当残压衰减到20%～40%额定电压后实现的切换通常称为“残压切换”。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。如图1情况，残压衰减到40%的时间约为1s，衰减到20%的时间约为1.4s。而对另一机组的试验结果表明，衰减到20%的时间为2s。

4厂用电切换方式

4.1厂用电源切换的方式可按开关动作顺序分，也可以按启动原因分，还可以按切换速度进行分类：

4.1.1按开关动作顺序分类（动作顺序以工作电源切向备用电源为例）

a：并联切换。先合上备用电源，两电源短时并联，再跳开工作电源。这种方式多用于正常切换。

b：串联切换。先跳开工作电源，确定工作开关跳开后，再合备用电源。母线断电时间至少为备用开关合闸时间。此方式多用于事故切换。

c：同时切换。这种方式介于并联切换与串联切换之间。合备用命令在跳工作命令发出之后、工作开关跳开之前发出。母线断电时间大于0ms而小于备用开关合闸时间，可设置延时来调整。这种方式即可用于正常切换，也可用于事故切换。

4.1.2按启动原因分类

a：正常手动切换。由运行人员手动操作起动，快切装置按事先设定的手动切换方式（并联、同时）进行合闸操作。

b：事故自动切换。由保护接点启动。发变组、厂变和其他保护出口跳工作电源开关的同时，起动快切装置进行切换，快切装置按事先设定的自动切换方式（串联、同时）进行分合闸操作。

c：不正常情况自动切换。有两种不正常情况，一是母线失压。母线电压低于整定电压达整定延时后，装置自动启动，并按自动方式进行切换。二是工作电源开关误跳，由于工作开关辅助接点启动装置，在切换条件满足时合上备用电源。

4.3东莞三联热电厂切换方式及特点

4.3.1正常切换—并联切换方式

a：厂用电切换由电气值班员在DCS上手动发出切换命令，由DCS顺控逻辑进行切换；

b：备用状态开关在同期满足后自动合闸，运行状态开关在得到备用状态开关合闸反馈信号后自动分闸；

c：并联切换中，若跳开的开关未能跳开，此时装置将执行耦合功能，跳开合上开关。

4.3.2事故切换—快速串联切换方式

当发变组任一不涉及6kV母线故障的保护动作后，启动发变组保护总出口停机(关主汽门解列灭磁跳厂用电)，同时启动快速串联切换。切换装置在发出工作进线开关跳闸命令后，以及发出备用电源开关合闸命令前瞬间将实测值与整定值进行比较，如满足合闸条件，则发出备用进线开关合闸命令。

4.3.3同期捕捉

当上述快切不成功时采取最佳后备方案—同期捕捉。

5对于切换方式的考虑

电厂从厂用电系统安全考虑，在手动切换时一般采用半自动或并联全自动方式，即先将备用（工作）电源合上，然后通过手动或者装置将另一侧电源跳开。事故或非正常切换一般采用串联方式进行切换，很少采用同时方式进行切换，而在国外的事故及非正常切换中普遍采用同时切换方式，这固然与国外开关特性较好有关，但也不能不考虑这种切换方式对厂用电的安全可靠运行所带来的好处：这种切换是先发跳工作分支开关命令，在快切条件满足时同时发合备用开关命令，如工作分支开关的跳闸固有时间大于备用开关的合闸固有时间，则可加一适当的延时再发合备用开关命令以躲过两开关的搭接时间，此时厂用电如能实现快速切换，则厂用母线的失电时间可控制在20-40ms以内，如快切条件不能满足要求而转入同期判别、残压判别或长延时切换时该方式等同于串联切换。随着国内大机组及新型开关或进口开关的使用，这种切换方式也越来越显示出其切换的优越性，也将成为厂用电切换的优选方案。

6结束语

微机快切装置的使用，提高了我厂机组自动化水平；减少了运行人员的操作程序，减少了误操作几率；减轻了启备变、电动机等辅机受到的冲击，延长了使用寿命。由于我厂采用机、炉、电单元集控方式，其厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运行安全、可靠性有着相当重要的影响，微机厂用快切的切换换则是整个厂用电系统的一个重要环节。

参考文献：

[1]李经升，韩学义.厂用电快切装置的应用研究[J].继电器，2002.30（7）：37-39

[2]郭伟，胡敏、叶留金.厂用电切换方法的研究及应用[J].电力系统自动化，1999，23（15）：26-29

[3]单正阜.厂用电切换安全可靠性探讨[J].电力安全技术，2001，3：28-30