600MW機(jī)組6KV廠用電切換問題分析及對策

摘要：隨著機(jī)組容量增大，在電力系統(tǒng)中的作用也非常重要，對廠用電可靠性的要求也越高。因此傳統(tǒng)的備用電源自投裝置多不能適應(yīng)大容量機(jī)組廠用電切換。本文從對發(fā)電設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的觀點(diǎn)出發(fā)，分析了高壓廠用電自動切換采用傳統(tǒng)的 BZT 所存在的問題，提出了相應(yīng)的解決方法。

關(guān)鍵詞：600MW機(jī)組；6KV；用電切換

目前，廠用電 BZT 切換方式是延時切換和串聯(lián)切換，經(jīng)工作電源開關(guān)輔助接點(diǎn)（或經(jīng)低電壓繼電器、延時繼電器）起動備用電源投入。當(dāng)廠用電母線故障時，由于BZT自投，擴(kuò)大了故障范圍。這類事故在大型電廠高壓廠用電事故中屢見不鮮。另外，備用電源自投裝置及回路故障率較高，廠用電切換成功率較低。此外隨著機(jī)組容量增大，廠用電容量不斷增大，其中多為感性負(fù)載，切換過程中母線電壓由于反饋電勢的存在而衰減較慢，切換時必須考慮到反饋電壓與備用電源電壓間的壓差引起電流電壓沖擊問題，造成備用電源跳閘廠用電中斷、設(shè)備損壞或壽命縮短的后果，給廠用電穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行帶來了不利的因素。同時大容量機(jī)組對廠用電運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性、可靠性要求越來越高，廠用電切換時不應(yīng)造成運(yùn)行中斷或設(shè)備沖擊損壞。因此，廠用電切換直接關(guān)系到大型電廠及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1、600MW機(jī)組6KV廠用電切換存在的問題

600MW機(jī)組普遍采用傳統(tǒng)的BZT裝置對高壓廠用電進(jìn)行切換。為了防止開關(guān)偷跳或誤拉工作電源開關(guān)，采用工作電源輔助接點(diǎn)起動BZT出口中間繼電器，瞬時合上備用電源開關(guān)。長期的運(yùn)行實(shí)踐證明，用這種方式進(jìn)行廠用電切換，弊大于利。主要存在以下幾方面問題。

1.1 切換時間過長

廠用電工作電源以及電動機(jī)過流保護(hù)動作時間一般為0.5～1.5s，所以BZT 延時切換時間為1～2s（某發(fā)電廠600MW機(jī)組廠用電BZT延時2s）。BZT 切換時間過長產(chǎn)生以下不利影響。

1.1.1 對機(jī)、爐輔機(jī)電動機(jī)不利因?yàn)殡妱訖C(jī)自起動時間長，電機(jī)容易發(fā)熱。

1.1.2 對鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行不利

因?yàn)榍袚Q時間長，鍋爐輔機(jī)轉(zhuǎn)速明顯下降，如磨煤機(jī)和排粉機(jī)轉(zhuǎn)速下降到一定程度，不能保證風(fēng)粉比，不能維持鍋爐的正常燃燒，若此時 BZT 自投成功，廠用電恢復(fù)，未燃的燃料吹進(jìn)爐膛，會造成嚴(yán)重的爆炸事故。目前，大多數(shù)電廠為了防止此類事故發(fā)生，母線低電壓保護(hù) 0.5s跳送風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)開關(guān)，并由制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖動作，把其中一側(cè)的制粉系統(tǒng)停下來，這有利于 BZT 自投，提高母線電壓恢復(fù)速度；但機(jī)組的出力將下降，影響機(jī)組的帶負(fù)荷能力。

1.2 廠用電母線故障 BZT 自投使故障范圍擴(kuò)大

當(dāng)廠用電母線故障時，工作電源開關(guān)過流保護(hù)動作，切除故障。分析多次廠用電母線發(fā)生的故障，多數(shù)是永久性故障。由于600 MW 機(jī)組6kV廠用電系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，一旦母線發(fā)生單相接地故障，中心點(diǎn)電位偏移，非故障相電壓抬高，母線絕緣薄弱部分容易被擊穿，從而發(fā)展為兩相接地故障。由于廠用電母線故障無保護(hù)，只能靠工作電源開關(guān)過流保護(hù)延時切除故障，這樣母線拉弧，產(chǎn)生游離碳化物，形成了永久性相間接地短路。工作電源開關(guān)由過流保護(hù)跳開后，BZT 動作，合備用電源開關(guān)，等于向故障點(diǎn)又送了一次故障電流，備用電源開關(guān)經(jīng) BZT 后加速跳閘，切除故障，導(dǎo)致備用電源開關(guān)超出額定短路容量（油開關(guān)）而爆炸。更嚴(yán)重的是備用電源開關(guān)拒分（控制保險熔斷），只能由備變后備保護(hù)切除故障，使故障范圍擴(kuò)大。

1.3 沖擊電流大

為了防止誤拉工作電源開關(guān)或開關(guān)偷跳，傳統(tǒng)的 BZT 裝置中設(shè)計(jì)了快速串聯(lián)切換方式。工作母線正常運(yùn)行時，若工作電源開關(guān)跳閘（非故障跳閘），只要備用電源有電壓，BZT 即瞬時出口，此時的切換時間是工作電源開關(guān)固有跳閘時間和備用電源開關(guān)固有合閘時間。當(dāng)廠用電突然消失時，由于電動機(jī)的空氣隙磁場和其轉(zhuǎn)動慣量儲能的存在，使母線產(chǎn)生了殘壓。在工作母線斷電瞬間，由于母線上電動機(jī)各不相同，它們要進(jìn)行能量交換，其中一部分電動機(jī)以“感應(yīng)發(fā)電機(jī)” 方式運(yùn)行，其它電動機(jī)以電動機(jī)方式運(yùn)行，因此，殘壓的大小和頻率隨時間而變化。尤其是大型電廠，廠用電動機(jī)儲存的電磁能和機(jī)械能相當(dāng)可觀，殘壓的衰減速度十分緩慢，根據(jù)現(xiàn)場錄波，6 kV 母線在最大運(yùn)行方式時，突然跳開工作電源開關(guān)，其殘壓經(jīng) 0.6 s 以后，才能降至額定電壓的 25% 左右。根據(jù)理論分析，如果在0.3～ 0.5 s 時間間隔內(nèi)，合上備用電源，殘壓與備用電源電壓之間的角差接近 180°，此時電動機(jī)所承受的沖擊電流最大。當(dāng)電動機(jī)受到大的沖擊時，由于電磁應(yīng)力的影響，有可能造成電動機(jī)繞組從槽中移位，使電動機(jī)在運(yùn)行時損壞。同時，由于機(jī)械慣量的存在，電動機(jī)軸受扭力過大，造成電動機(jī)軸扭曲。

2、600MW機(jī)組6KV廠用電源的切換問題解決對策

廠用電源的切換方式，除按操作控制分手動與自動外，還可按運(yùn)行狀態(tài)、斷路器的動作順序、切換的速度等進(jìn)行區(qū)分。

2.1按運(yùn)行狀態(tài)區(qū)分

a.正常切換。在正常運(yùn)行時，由于運(yùn)行的需要（如開機(jī)、停機(jī)等），廠用母線從 1 個電源切換到另1個電源，對切換速度沒有特殊要求。

b.事故切換。由于發(fā)生事故（包括單元接線中的高廠變、發(fā)電機(jī)、主變壓器、汽輪機(jī)和鍋爐等事故），廠用母線的工作電源被切除時，要求備用電源自動投入，以實(shí)現(xiàn)盡快安全切換。

2.2按斷路器的動作順序區(qū)分

a.并聯(lián)切換。在切換期間，工作電源和備用電源是短時并聯(lián)運(yùn)行的，它的優(yōu)點(diǎn)是保證廠用電連續(xù)供給，缺點(diǎn)是并聯(lián)期間短路容量增大，增加了斷路器的斷流要求。但由于并聯(lián)時間很短（一般在幾秒內(nèi)），發(fā)生事故的機(jī)率低，所以在正常的切換中被廣泛采用。但應(yīng)注意觀測工作電源與備用電源之間的電壓差和相角差。

b.斷電切換（串聯(lián)切換）。其切換過程是：1個電源切除后，才允許投入另1個電源，一般是利用被切除電源斷路器的輔助觸點(diǎn)去接通備用電源斷路器的合閘回路。因此廠用母線上出現(xiàn)1個斷電時間，斷電時間的長短與斷路器的合閘速度有關(guān)。其優(yōu)缺點(diǎn)與并聯(lián)切換相反。

c.同時切換。在切換時，切除1個電源和投入另1個電源的脈沖信號同時發(fā)出。由于斷路器分閘時間和合閘時間的長短不同以及本身動作時間的分散性，在切換期間，一般有幾個周波的斷電時間，但也有可能出現(xiàn)1～2 周波兩個電源并聯(lián)的情況。所在廠用母線故障及在母線供電的饋線回路故障時應(yīng)閉鎖切換裝置，否則投入故障供電網(wǎng)會因短路容量增大而有可能造成斷路器爆炸的危險。

2.3按切換速度區(qū)分

a.快速切換。一般是指，在廠用母線上的電動機(jī)反饋電壓（即母線殘壓）與待投入電源電壓的相角差還沒有達(dá)到電動機(jī)允許承受的合閘沖擊電流前合上備用電源。快速切換回路。采用并聯(lián)切換方式切換，先合備用電源開關(guān)，再跳工作電源開關(guān)，使高壓廠用電進(jìn)行無間斷切換，其邏輯關(guān)系如圖1所示。這種切換方式用于廠用電正常切換以及熱力系統(tǒng)故障（如 MFT 動作、汽機(jī)保護(hù)動作等）。而發(fā)電系統(tǒng)電氣主設(shè)備故障（如發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓廠用電母線等），其相應(yīng)的繼電保護(hù)動作，應(yīng)閉鎖并聯(lián)切換，其目的是為了減小故障電流對電氣主設(shè)備的沖擊。如高壓廠變內(nèi)部故障（見圖2），高壓廠變主保護(hù)動作跳機(jī)組，切除故障電流。

b.慢速切換。是指殘壓切換，即工作電源切除后，當(dāng)母線殘壓下降到額定電壓的20%～40%后合上備用電源。殘壓切換雖然能保證電動機(jī)所受的合閘沖擊電流不致過大，但由于停電時間較長，對電動機(jī)自起動和機(jī)、爐運(yùn)行工況產(chǎn)生不利影響。慢速切換通常作為快速切換的后備切換。國內(nèi)在大容量機(jī)組廠用電源的切換中，廠用電電源的正常切換，一般采用并聯(lián)切換。事故切換，一般采用斷電切換，而且切換過程不進(jìn)行同期檢定，在工作電源斷路器跳閘后，立即聯(lián)動合上備用電源斷路器。這是1種快速斷電切換，但實(shí)現(xiàn)安全快速切換的1個條件是：廠用母線上電源回路斷路器必須具備快速合閘的性能，斷路器的固有合閘時間一般不要超過5個周波（0.1s）。符合此條件的只有真空斷路器。

3、結(jié)論

600 MW機(jī)組高壓廠用電自動切換問題，是關(guān)系到發(fā)電廠主設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的問題，它直接影響著運(yùn)行設(shè)備的等效可用時間。如果采用硬接線繼電器邏輯，二次回路繁瑣復(fù)雜，其回路的可靠性也得不到保證。通過對600MW機(jī)組的高壓廠用電的應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

a.高壓廠用電自動切換時，備用電源電壓與母線殘壓之間的角差小，從而對電動機(jī)繞組沖擊明顯減小。

b.縮短切換時間，有利于廠用母線電壓的恢復(fù)和高壓電機(jī)自起動，這對鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行有利。廠用電切換方式不僅僅如此，根據(jù)不同類型的電廠以及高壓廠用電一次接線方式不同，對廠用電自動切換的要求也各不相同，如何以最合適的方式進(jìn)行廠用電切換，值得進(jìn)一步深入探討。