火力發(fā)電廠廠用電切換新理念的分析及應(yīng)用

引言火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一般都具有兩個(gè)電源：即廠用工作電源和備用（啟動(dòng)）電源，其典型接線如圖1所示。目前絕大多數(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(shí)機(jī)組廠用電由單元機(jī)組供電，停機(jī)狀態(tài)由備用電源供電，機(jī)組在啟動(dòng)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(shí)，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(dòng)、停機(jī)過程的正常切換和故障情況下的事故切換。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(dòng)機(jī)的容量大且數(shù)量較多，當(dāng)廠用電源中斷時(shí)，由于高壓電機(jī)及負(fù)載的機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)將維持較長時(shí)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(shí)間內(nèi)會(huì)維持一定的殘壓并緩慢衰減，頻率也會(huì)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(shí)機(jī)不當(dāng)，將產(chǎn)生很大的沖擊電流，直接作用于電動(dòng)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(shí)機(jī)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，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(shí)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以內(nèi)。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)荷情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(gè)條件：應(yīng)具備源于同一系統(tǒng)的兩個(gè)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(gè)電源電壓之間允許有一定的相角差，但一般不宜大于20°?？焖贁嗦菲鳌Ｉ儆褪綌嗦菲饕蚱浜戏珠l時(shí)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(shí)間一般在40～80ms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(shí)間約70ms，分閘總時(shí)間約60ms。發(fā)電機(jī)組和廠用工作電源應(yīng)配備快速動(dòng)作保護(hù)繼電器，目前廣泛使用的微機(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(dòng)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(shí)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)大事故范圍，因此，并聯(lián)切換禁止使用于事故切換，但是手動(dòng)切換過程中仍可能存在上述風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)間長，一般都在150ms以上，因此切換對系統(tǒng)和設(shè)備造

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(jì)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(shí)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，切換裝置的所有4種切換模式是在同一時(shí)刻同時(shí)啟動(dòng)的，即4種不同的邏輯程序同時(shí)運(yùn)行。表1為典型機(jī)組在不同切換摸式下的切換總時(shí)間。表1切換方式切換總時(shí)間快速切換30－100ms首次同相切換250－500ms殘壓切換400－1200ms延時(shí)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(shí)切換等后備切換方式有機(jī)地和快切功能設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，ABB快切裝置在世界范圍已經(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快切裝置具備以下特點(diǎn)：裝置按雙向?qū)ΨQ進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(dòng)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(dòng)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(tái)綜合自動(dòng)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(dòng)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(shí)，裝置在快切失敗后將執(zhí)行自動(dòng)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(gè)模擬量以及可根據(jù)用戶定義的32個(gè)開關(guān)量。切換裝置具備在線監(jiān)視和測試功能，所有功能均可通過靈活的編程方式實(shí)現(xiàn)。用戶界面友好、簡單，且能動(dòng)態(tài)反映開關(guān)狀態(tài)及各種信號，測量值。參考文獻(xiàn)：《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊》能源部