技术研发 ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ 发电厂用电可靠的快切装置 刘 峰 （西山煤电集团有限责任公司发电分公司，山西太原０３００５３） 摘要：针对西山热电厂的厂用电运行方式和采用的快切装置，与其他的备用电源自投装置进行了分析比较，阐述了快 切装置的好处及其在西山热电厂的实际应用效果和碰到的问题。 关键词：发电厂；厂用电；备用电源；快切装置；实际应用 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１４．０８．０４９ １厂用电接线方式 西山热电公司１＃、２＃、３＃机组分别设置高压厂变，１＃、２｝｝机 组接入２２０ ｋＶ系统，３＃机组接人１１０ ｋＶ系统，１≠｝、２＃、３＃高压厂 变采用ＳＦ１０—２５０００／１０．５，１０．５／６．３ ｋＶ，２５ ＭＶＡ，Ａ／Ａ一０， 自然油循环风冷变压器，３台高压厂变采用相互备用的暗备用 接线方式。发电机出口１０．５ ｋＶ侧设断路器，厂用电由发电机 端引出，经高压厂用变压器降压为６ ｋＶ按机炉对应原则，分为 三段，向６ ｋＶ厂用电设备和３８０ Ｖ厂用变压器馈电。厂用６ ｋＶ Ｉ、Ⅱ、Ⅲ段互为备用，６ ｋＶ ＩＩ段通过６１０２开关给６ ｋＶ Ｉ段 备用，６ ｋＶ ＨＩ段通过６２０３开关给６ ｋＶⅡ段备用，６ ｋＶ Ｉ段通 过６３０１开关给６ ｋＶ １１Ｉ段备用。３台高厂变均不允许由系统反 送厂用电。Ｏ＃启备变作为我厂的应急／启动电源，通过３５ ｋＶ 电源接入我厂，然后带上６ ｋＶ ０段，作为３台机组公用段，为厂 用６ ｋＶ Ｉ、Ⅱ、Ⅲ段提供应急／启动电源。 ２问题的提出 厂用电系统常见的切换模式和启动方式，并联切换：按“先 合后断”的原则，先合上备用电源，两电源短时并列，然后发跳 闸指令，跳开工作电源。但是，如果在切换过程中，机组或工作 电源发生故障，由于电源的并列，将加剧故障，扩大事故范围， 因此，并联切换禁止使用于事故切换。串联切换：按“先断后 合”的原则，先跳工作电源，确认工作开关跳开后，再发合闸指 令，合上备用电源，串联切换时间长，一般都在１５０ ｍｓ以上，因 此切换对系统和设备造成的冲击较大。而且由于允许切换的 条件之一是工作电源的成功分闸，其辅助接点的可靠性很可能 是导致切换失败的因素之一。由于我厂３台发电机的出线取 的电压等级及系统都不一样，合环电流过大，不能并列运行，所 以在启、停机的正常厂用电切换中无法使用“先合后断”方式 来进行厂用电的切换。同时６ ｋＶ厂用电各段的电压及角度差 距都比较大，如使用“先断后合”的方式进行切换，传统的备自 投装置不具备再启动，停机过程中保证厂用电的不停电切换， 因为备自投装置大都采用工作电源的辅助接点直接（或经低压 继电器、延时继电器）起动备用电源投入。这种方式未经同步 检定，厂用电动机易受冲击。合上备用电源时，母线残压与备 用电源电压之间的相角差已接近１８０。，将会对电动机造成过大 的冲击。若经过延时待母线残压衰减到一定幅值后再投入备 用电源，由于断电时间过长，母线电压和电机的转速均下降过 大，备用电源合上后，电动机组的自起动电流很大，母线电压将 可能难以恢复，从而对电厂的锅炉、汽机系统的稳定性带来严 重的危害 ３快切装置介绍 微机型备用电源快速切换装置是专门为解决厂用电的安 全运行而研制的。采用快切装置后，可避免备用电源电压与母 线残压在相角、频率相差过大时合闸而对电机造成冲击，如失去 快速切换的机会，则装置自动转为同期判别或判残压及长延时 的慢速切换，同时在电压跌落过程中，可按延时甩去部分非重要 负荷，以利于重要辅机的自起动，提高厂用电切换的成功率。 快切装置的功能特点：快切装置一般包括快速切换、首次同 期点切换（也称同期捕捉切换）、残压切换和延时切换４项功能。 快速切换是当母线电源中断后，立刻同时发出断路器的 分、合闸指令，跳开工作电源，同时合上备用电源。厂用电快速 切换时，母线残压和备用电源电压之间的相位差拉开不超过 ３０。，系统实际无流时间仅为断路器合、分闸时间之差，一般不 超过１５ ｍｓ。快速切换可达到极短的切换时间，切换全过程不 超过１００ ｍｓ，完全满足系统对冲击电流的要求，安全性好。正 常运行情况下，由于快速切换装置连续监视厂用母线电压与备 用电源的电压、频率和相位，同时监视断路器的控制回路，当接 到启动命令时，若快切的逻辑条件满足要求，立即执行快切功 能，所以在实际应用中，快速切换的成功率几乎达到１００％。 首次同期点切换是当母线残压和备用电源电压相对旋转 一周又回到同期点，这时角差为０，差压也较小，若在这一时刻 合上备用电源，电气设备受到的冲击也较小，这种切换称为首 次同期点切换。切换装置根据采集的电压可计算母线残压向 量相对于备用电源电压向量旋转到第一个同期点的时间，并设 定备用电源合闸的导前时间。虽然冲击电流比快速切换增大 了许多，但还是在系统可接受的范围内。 残压切换是当母线残压衰减到低于设定值时合上备用电 源。一般来讲，当母线残压低于４０％的额定电压时进行切换， 冲击电流已降到可接受的范围内，但需要注意的是，不同的系 统容量和备用变压器容量都会影响冲击电流值。残压切换引 起的冲击电流较大。 延时切换是在发出切换指令并经过一定的延时后合上备 用电源的切换方式，一般可设定１．５ ｓ的等待时间。 需要注意的是残压切换和延时切换时的冲击电流都比较 大，所以使用时应根据本单位具体情况决定是否投用。 ４快切装置在西山热电公司的实际应用 综合以上分析，最后西山热电公司采用了国电南自产的 ＷＢＫＱ一６１Ｂ型快切装置作为厂用电切换装置。 （下转第８４页） 技术研发 ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ Ｖｏ１．２１，Ｎｏ．８，２０１４ 调整动作值外，具有可调动作时间的功能；一类开关仅给出开 关的反时限动作曲线，不具备调节动作时间的功能。整定过载 保护，具有可调时间的开关，可取１．１的配合系数；而对于不具 定容量，１０Ｉｅ时可靠动作；站用电过载保护取站用变在２０℃ 时，初始负载０．６Ｉｅ，站用变可允许带１．５倍Ｉｅ的负荷运行０．５ ｈ。 备调节动作时间的开关，可取１．３的配合系数。以仅给出反时 限动作曲线的开关为例，得出站用电进线开关过载保护整定值 ｊＬ＝１．５１ ／１．３１ 。 经计算： 变低过流Ⅱ段保护Ｉｓ＝ ｘ ６００×２５．１３／１．１×４００＝ １．７１３Ａ／０．６ Ｓ 另外，ＡＢＢ、施耐德等公司生产的低压开关，其部分产品所 标注的过载保护动作时间为６倍整定值情况下，在不知道开关 的动作曲线情况下，可用 ｔ．： 作时间。 ２馈线开关的保护整定 变低零序过流保护ｌｏ＝０．３２Ｉｅ／４００＝０．２３Ａ／１．５ ｓ 变低进线开关瞬时保护， ＝１０Ｉｅ／１．２Ｉｎ＝４ 变低开关过载保护， ＝１．５Ｉｅ／１．１Ｉｎ＝０．６３／３ Ｓ（开关上的 整定时间） ４结语 粗略估算整定值的实际动 站用电馈线网络繁杂，用电负荷种类多，应对馈线开关设 定一定的保护。当馈线支路发生故障时，可以及时切除故障， 有效提高站用电系统运行的可靠性。 一站用电保护是站用变保护的延伸，有效地与站用变保护相 配合，可以提高站用变及站用电的供电可靠性及稳定性。具体 的站用变保护整定应视具体变电站而定。譬如同为１ １０ ｋＶ的 两座变电站，一座变电站的站用变容量为２００ ｋＶＡ，另一座变 般来说，站用电经过站用电进线开关、馈线屏上开关、负 荷总开关、负荷支路开关为具体的用电负荷供电。每级开关间 的保护可以取１．３～１．５的配合系数，构成梯级保护，以实现馈 线网络的保护。 ３整定实例 电站的站用变容量为１００ ｋＶＡ，而两座变电站的站用电负荷基 本接近，那么站用变容量相对较小的站用电零序过流保护整定 系数就不可与站用变容量较大的站用电零序过流保护系数相同。 参考文献： 某１１０ ｋＶ变电站站用变容量为２００ ｋＶＡ，阻抗电压 ＝４％， ［１］ 中国国家标准化管理委员会．ＧＢ １４０４８．２／ＩＥＣ ６０９４７— ２：２００６低压开关设备和控制设备第２部分：断路器［Ｓ］． 北京：中国标准出版社，２００９． ［２］ 中国国家标准化管理委员会．ＧＢ １０９４．１１—２００７电力变 变高开关保护ＣＴ变比６００／１，变高零序保护ＣＴ变比１５０／１， ３８０ Ｖ侧中性点零序ＣＴ变比１５０／１（变高开关保护部分）；消防 水泵额定功率２２ ｋＷ，额定电流取４２．２Ａ；站用电进线开关 ＡＢＢ Ｓ５Ｎ型开关，进线开关额定容量６３０ Ａ，脱扣器为ＰＲ２１２／ Ｐ，站用电保护ＣＴ变比４００／１。站用变变比取２５．１３。 站用变变高保护定值如下： 压器第１ｌ部分：干式变压器［ｓ］．北京：中国标准出版 社．２００８． ［３］ 中国国家标准化管理委员会．ＧＢ １０９４．５—２００８电力变 压器第５部分：承受短路的能力［Ｓ］．北京：中国标准出 版社，２００９． 瞬时速断保护， ＝０．７２Ａ／０ｓ，过流Ⅱ段保护 ＝０．０５Ａ／ ０．９ｓ，３８０ Ｖ侧中性点零序电流保护ｌｏ ＝０．６４Ａ／２ｓ。 变低侧保护定值整定： ［４］ ＧＢ／Ｔ１７２１１—１９９８干式电力变压器负载导则［ｓ］．北京： 中国标准出版社，１９９８． ［５］ 冯星明．低压配电保护的选择性探讨［Ｊ］．湖北土建， ２０１２．７（１６）． 变低侧过流Ⅱ段保护与变高侧过流Ⅱ段保护配合，配合系 数取１．１；变低侧零序过流保护与变高侧３８０ Ｖ中性点零序过 流保护配合，取０．３２Ｉｅ；站用电瞬时保护取站用变变低１０倍额 （上接第８２页） 且切换条件满足时，合上备用电源开关。 ５实际应用中遇到的问题 该快切装置有两种启动方式：即手动启动和保护启动。 手动切换是指电厂正常工况时，手动切换工作电源与备用 电源。这种方式可由工作电源切换至备用电源，也可由备用电 源切换至工作电源。机组启停机过程的厂用电切换采用手动 启动方式，即由主控制室人为发出启动指令。手动切换可分为 并联切换及串联切换。 结合我厂的厂用电运行的实际情况，来自不同系统、不同 电压等级，电压差和角度偏差比较大。我厂选用了手动串联切 换作为我厂启停机过程中的厂用电切换方式。 采用该套装置后能完全满足我厂厂用电切换的需要，保证 了机组的稳定运行。但也曾经出现过一次问题，在一次西山热 电厂用电切换的过程中，当时我厂机组全停，准备启动１撑炉１拌 机，当时的厂用电运行方式为６００开关合上带上６ ｋＶ ０段，是 我厂的应急／启动电源，然后通过６２００开关带６ ｋＶⅡ段，然后 再过６１０２开关带至６ ｋＶ Ｉ段，１＃机启动运行正常后，此时准备 通过快切装置将６ ｋＶ Ｉ段的厂用电切换至６１１开关，由１＃机自 带厂用电。但是在切换过程中，由于１＃机属于２２０ ｋＶ系统， ６ ｋＶ ０段带过来的电源来自３５ ｋＶ系统，电压及角度差大，装 手动串联切换指手动起动切换，先跳开工作（备用）电源开 关，待切换条件满足后，再合上备用（工作）电源开关。 切换条件： 置未能及时快切，转入同期后也未成功，最后转为长延时切换， 导致６１１开关合闸时间长，ｌ≠｝机炉的电机转速下降过多，冲击 电流大，１＃机炉的电机停止运行。最后，我厂询问厂家后决定 退出了长延时功能。 ６结语 该切换有四种切换条件，快速、同期判别、残压及长延时， 快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。 事故情况下的切换采用保护启动方式，由机组或厂用工作 电源的主保护发送启动命令。在某些特殊条件下．厂用电系统 的切换也可由失压信号启动。该操作为单向操作，只能由工作 电源切向备用电源。事故切换只有串联切换一个模式，由保护 综上所述，ＷＢＫＱ一６１ Ｂ型快切装置兼有快速切换、同期捕 捉切换和残压切换功能，能够在保证安全的情况下缩短６ ｋＶ 母线失电时间，不但保证了机组的安全运行，而且一定程度上 提高了电厂的自动化水平。 接点起动，先跳开工作电源开关，在确认工作电源开关已跳开
