火力發(fā)電廠廠用電切換新理念的分析及應(yīng)用

1、引言火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一般都具有兩個電源：即廠用工作電源和備用（啟動）電源，其 典型接線如圖1所示。L1前絕大多數(shù)大型機(jī)組火力發(fā)電廠都采用單元接線，正常運(yùn)行時機(jī)組 廠用電山單元機(jī)組供電，停機(jī)狀態(tài)山備用電源供電，機(jī)組在啟動和停機(jī)過程都必須帶負(fù)荷進(jìn) 行廠用電切換。另外，當(dāng)機(jī)組或廠用工作電源發(fā)生故障時，為了保證廠用電不中斷及機(jī)組安 全有序地停機(jī)，不擴(kuò)大事故，必須盡快把廠用電電源從工作電源切換到備用電源。廠用電系 統(tǒng)切換分為兩類：即機(jī)組啟動、停機(jī)過程的正常切換和故障情況下的事故切換。p CB2圖1常見廠用電系統(tǒng)簡圖廠用母線殘壓特性對于大容量火力發(fā)電廠，尤其是300MW及以上的機(jī)組，廠用電高壓電動機(jī)的

2、容量大且數(shù) 量較多，當(dāng)廠用電源中斷時，山于高壓電機(jī)及負(fù)載的機(jī)械慣性，電動機(jī)將維持較長時間繼續(xù) 旋轉(zhuǎn)，且將轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)運(yùn)行工況，因此廠用電母線在一段時間會維持一定的殘壓并緩 慢衰減，頻率也會隨著轉(zhuǎn)速降低而緩慢下降。圖2為典型的廠用母線電壓衰減曲線。從圖中 可以看出，在廠用電源中斷瞬間，母線殘壓的衰減量還不大，但殘壓與備用電源電壓的矢量 角差已開始拉開，如果備用電源投入的時機(jī)不當(dāng)，將產(chǎn)生很大的沖擊電流，直接作用于電動 機(jī)，這不但影響了電機(jī)的使用壽命，甚至可能導(dǎo)致切換失敗造成廠用電中斷，其后果是十分 嚴(yán)重的。因此，廠用電切換必須根據(jù)系統(tǒng)的殘壓衰減特性，選擇合適的切換時機(jī)。根據(jù)實(shí)際 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，

3、為保證廠用電的成功切換且不產(chǎn)生大的沖擊電流，備用電源斷路器最合適的 合閘時刻是廠用母線殘壓與備用電源電壓的相角差不超過30。，即廠用電系統(tǒng)切換全過程在 100ms 以。270HPM)3501701002s圖2極坐標(biāo)下的母線殘壓向量圖Vs備用電源電壓Vd廠用母線殘壓DU差拍電壓A-A'與B-B'為不同負(fù)荷悄況下允許電源切換的邊界廠用電切換必須具備的外部條件為能成功地進(jìn)行廠用電系統(tǒng)的切換，必須具備以下3個條件：應(yīng)具備源于同一系統(tǒng)的兩個獨(dú)立的供電電源：工作電源和備用電源。正常運(yùn)行情況下兩 個電源電壓之間允許有一定的相角差，但一般不宜大于20°?？焖贁嗦菲?。少油式斷路器因其合

4、分閘時間較長，不適合應(yīng)用于廠用電系統(tǒng)的切換，目 前廣泛使用的真空斷路器，其合、分閘時間一般在4080ms左右，均適用于廠用電系統(tǒng)的切 換。如ABB公司生產(chǎn)的VD4型真空斷路器，其合閘時間約70ms,分閘總時間約60ms。發(fā)電機(jī)組和廠用工作電源應(yīng)配備快速動作保護(hù)繼電器，U前廣泛使用的微機(jī)保護(hù)繼電器 均可使用。廠用電系統(tǒng)常見的切換模式和啟動方式并聯(lián)切換：按“先合后斷”的原則，先合上備用電源，兩電源短時并列，然后發(fā)跳閘指 令，跳開工作電源，但是如果在切換過程中，機(jī)組或工作電源發(fā)生故障，由于電源的并列， 將加劇故障，擴(kuò)大事故圍，因此，并聯(lián)切換禁止使用于事故切換，但是手動切換過程中仍可 能存在上述風(fēng)險。

5、串聯(lián)切換：按“先斷后合”的原則，先跳工作電源，確認(rèn)工作開關(guān)跳開后，再發(fā)合閘指 令，合上備用電源，串聯(lián)切換切換時間長，一般都在150ms以上，因此切換對系統(tǒng)和設(shè)備造 成的沖擊較大，而且山于允許切換的條件之一是工作電源的成功分閘，其輔助接點(diǎn)的可靠性 很可能是導(dǎo)致切換失敗的因素之一。快速切換：按“同時斷合”的原則，同時發(fā)出斷路器的分、合閘指令，系統(tǒng)實(shí)際無流時 間僅為斷路器合.分閘時間之差，一般不超過15ms,所以快速切換可達(dá)到極短的切換時間， 滿足系統(tǒng)對沖擊電流的要求，切換成功率高，安全性好。快速切換一般有兩種啟動方式：即手動啟動和保護(hù)啟動。機(jī)組開停機(jī)過程的廠用電切換 采用手動啟動方式，即山主控制室

6、人為發(fā)出啟動指令；事故情況下的切換釆用保護(hù)啟動方式, 山機(jī)組或廠用工作電源的主保護(hù)發(fā)送啟動命令。在某些特殊條件下，廠用電系統(tǒng)的切換也可 山失壓信號啟動?？烨醒b置的功能特點(diǎn)快切裝置一般包括快速切換、首次同期點(diǎn)切換（也稱同期捕捉切換）、殘壓切換和延時 切換4項(xiàng)功能?？焖偾袚Q是當(dāng)母線電源中斷后，立刻同時發(fā)出斷路器的分、合閘指令，跳開工作電源， 同時合上備用電源。廠用電快速切換時，母線殘壓和備用電源電壓之間的相位差拉開不超過 30° ,系統(tǒng)實(shí)際無流時間僅為斷路器合、分閘時間之差，一般不超過15ms?？焖偾袚Q可達(dá)到 極短的切換時間，切換全過程不超過100ms,完全滿足系統(tǒng)對沖擊電流的要求，安全

7、性好。正常運(yùn)行情況下，山于快速切換裝置連續(xù)監(jiān)視廠用母線電壓與備用電源的電壓、頻率和 相位，同時監(jiān)視斷路器的控制回路，當(dāng)接到啟動命令時，若快切的邏輯條件滿足要求，立即 執(zhí)行快切功能，所以在實(shí)際應(yīng)用中，快速切換的成功率兒乎達(dá)到100敘 圖3表示采用快速切 換模式進(jìn)行切換的波形圖，從圖中可以看到，廠用電母線的實(shí)際無流時間為12. 5ms,且電氣 設(shè)備實(shí)際所受的沖擊電流兒乎可忽略。Fast Transfer譯線電壓備用電漓工作電濾圖3快速切換錄波圖首次同期點(diǎn)切換是當(dāng)母線殘壓和備用電源電壓相對旋轉(zhuǎn)一周乂回到同期點(diǎn)，這時角差為0,差圧也較小，若在這一時刻合上備用電源，電氣設(shè)備受到的沖擊也較小，這種切換稱為

8、首次同期點(diǎn)切換。切換裝置根據(jù)采集的電壓可計算母線殘壓向量相對于備用電源電壓向量旋轉(zhuǎn) 到第一個同期點(diǎn)的時間，并設(shè)定備用電源合閘的導(dǎo)前時間。圖4為首次同期點(diǎn)切換的錄波圖。 從波形圖我們看到，沖擊電流比快速切換增大了許多，但還是在系統(tǒng)可接受的圉。Busbar Voltage毎線電壓U Diff.直壓Current In8m1 工作電漁Currcnt In8m2 色卻電漁圖4首次同相切換錄波圖殘壓切換是當(dāng)母線殘壓衰減到低于設(shè)定值時合上備用電源。一般來講，當(dāng)母線殘壓低于 40%的額定電圧時進(jìn)行切換，沖擊電流已降到可接受的圉，但需要注意的是，不同的系統(tǒng)容 量和備用變壓器容量都會影響沖擊電流值。圖5為殘壓切

9、換的錄波圖。從波形圖中可看到， 差壓包絡(luò)線的周期逐漸減小，反映了電動機(jī)減速的過程，殘壓切換引起的沖擊電流較大。延 時切換是在發(fā)出切換指令后經(jīng)過一定的延時后合上備用電源的切換方式，一般可設(shè)定1. 5s的 等待時間。BuRarX/olta g 已璋線電壓UDiff.Currervt hwmer 1工作電添Curerrt Incomer 2備用電源圖5殘壓切換的錄波圖綜合以上四種切換模式的分析，切換裝置設(shè)計的基本原則是盡量減小切換過程產(chǎn)生的沖 擊電流，其中最主要而且最理想的是快速切換，所以機(jī)組正常啟停的切換以及故障時的切換 必須首先采用快速切換，除非快切失敗，才繼續(xù)執(zhí)行備用切換模式。需要特別指出的是

10、，切 換裝置的所有4種切換模式是在同一時刻同時啟動的，即4種不同的邏輯程序同時運(yùn)行。表 1為典型機(jī)組在不同切換摸 式下的切換總時間。表1切換方式切換總時間快速切換30100ms首次同相切換250 500ms殘壓切換400-1200ms延時切換>1700msABB公司推出的SUE3000是ABB公司于1960年代研制成功并經(jīng)不斷改進(jìn)的新一代廠用電 快切裝置，采用了最新的快切理念及完整的保護(hù)邏輯，并將首次同期點(diǎn)切換，殘壓切換和延 時切換等后備切換方式有機(jī)地和快切功能設(shè)計成一個整體，ABB快切裝置在世界圍已經(jīng)具備 多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，至今已投入運(yùn)行的裝置超過1600套。SUE3000快切裝置具備以

11、下特點(diǎn)：裝置按雙向?qū)ΨQ進(jìn)行設(shè)計，即可從工作電源切換到備用電源，也可以從備用電源切換到 工作電源。切換裝置具備自動解列功能，在切換過程中，如出現(xiàn)工作斷路器拒跳而導(dǎo)致兩電源并列, 將自動解列系統(tǒng)。切換裝置提供遠(yuǎn)方、就地的投退功能，并可通過通信接口與后臺綜合自動化系統(tǒng)連接， 支持國際通用的通信規(guī)約，如MODBUS等，為系統(tǒng)綜合自動化提供便利。切換裝置具有完全靈活的PLC功能，改變功能簡單方便。當(dāng)系統(tǒng)容量太大時，裝置在快切失敗后將執(zhí)行自動減載功能，甩掉一些次要的負(fù)荷，降 低產(chǎn)生的沖擊。切換裝置采用雙位信號方式，確保輸入信號的可靠。切換裝置具有錄波功能，可錄制切換過程的母線電壓、工作電源與備用電源的電壓、工 作電源及備用電源的電流等8個模擬量以及可根據(jù)用戶定義的32個開關(guān)量。切換裝置具備在線監(jiān)視和測