關(guān)于廠用電快切裝置功能的探討

羅艷

(大唐石門發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南常德415300)

關(guān)于廠用電快切裝置功能的探討

Discussion on auxiliary power fast cutting device function

羅艷

(大唐石門發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南常德415300)

重點介紹PCS－9655型廠用電快切裝置的功能及原理，在分析廠用母線工作電源和備用電源斷路器切換原理的基礎(chǔ)上，敘述了快切裝置現(xiàn)有功能的不足，以及在使用過程中出現(xiàn)的問題及解決方法，并提出了解決的思路。

廠用電；快速切換；去耦合功能；分閘時間；PCS－9655

廠用電電源的安全可靠將直接關(guān)系到電廠的安全運行。在啟動、停機、消缺、解列以及工作電源故障等情況下，成功、快速地進行廠用電切換，是確保廠用電系統(tǒng)乃至整個發(fā)電機組安全的重要環(huán)節(jié)之一。廠用電快切裝置迅速發(fā)展，充分顯示出它在生產(chǎn)實際運行中的優(yōu)越性。如果廠用電的供電電源因某種原因中斷時，廠用電母線失電，連接于上面的負(fù)荷將失去電源而停運，極有可能造成發(fā)電廠鍋爐MFT，機組降負(fù)荷，甚至更為嚴(yán)重的后果。

大唐石門發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱石門電廠)2臺300 MW機組均采用擴大單元接線，其6 kV廠用系統(tǒng)裝設(shè)了4套某公司生產(chǎn)的PCS－9655廠用電快速切換裝置，分別對應(yīng)6 kV廠用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段系統(tǒng)。自投運以來，裝置運行狀況雖然較好，切換成功率幾乎是100%，可以說基本安全可靠。然而，近幾次曾發(fā)生因斷路器本體原因，廠用電切換失敗，而導(dǎo)致的廠用電失壓事件。以下結(jié)合PCS－9655廠用電快切裝置的功能、原理，對故障情況進行分析。

1 PCS－9655快切裝置功能說明

1.1 正常切換操作

正常切換是指正常情況下進行的廠用電源切換。正常切換是雙向的，切換過程主要有:

1)并聯(lián)自動切換:手動啟動切換，當(dāng)并聯(lián)切換條件滿足，先合上廠用電備用(工作)電源，經(jīng)延時定值，并確認(rèn)合閘成功后，再自動跳開廠用電工作(備用)電源。

2)并聯(lián)半自動切換:手動啟動切換，當(dāng)并聯(lián)切換條件滿足，先合上廠用電備用(工作)電源，而跳開工作(備用)電源的操作交人工完成。

3)串聯(lián)切換:手動啟動切換，先跳開工作(備用)電源斷路器并確認(rèn)后，切換條件滿足時，再合上備用(工作)電源。

4)同時切換:手動啟動切換，跳開工作(備用)電源斷路器，經(jīng)延時定值，無論工作(備用)電源是否已經(jīng)跳開，切換條件滿足時再合上備用(工作)電源斷路器。

1.2 事故切換

事故切換亦是屬于單向操作，分為串聯(lián)切換和同時切換，只由工作電源切向備用電源，主要是工作電源故障，由保護啟動的切換。

1.3 不正常切換

分串聯(lián)切換和并聯(lián)切換兩種方式，屬于單向切換，只能由工作電源切向備用電源，通常是指廠用母線失壓起動的切換或是工作電源斷路器偷跳，裝置自動投入備用電源。

1.4 去耦合功能

去耦合功能是快切裝置的必備功能之一，一般是同時切換或者是并聯(lián)切換過程中，快切裝置啟動切換時，應(yīng)該跳開的斷路器沒有跳開，而該合上的斷路器已經(jīng)合上，兩電源并列運行，在這種情況下，快切裝置去耦合功能起動，經(jīng)一定延時后，跳開后合上的斷路器，使得母線上只有一個進線電源，這整個過程就稱為去耦合。

1.5 低壓減載功能

在快切裝置切換過程中，當(dāng)廠用母線三相電壓持續(xù)低于設(shè)定定值，經(jīng)延時出口，切除次要輔機，以保障重要輔機可靠自啟動。

1.6 后加速保護功能

一般應(yīng)用于廠用電分支開關(guān)沒有配置保護的場合?？烨醒b置切換時，若目標(biāo)電源誤投故障母線，則立即跳開目標(biāo)電源側(cè)開關(guān)，快速切除故障。

2 問題的提出

2.1 事故的經(jīng)過

石門電廠2號機組6 kV廠用Ⅲ段快切裝置接線圖如圖1所示。2號機組6 kV廠用系統(tǒng)分為2段(Ⅲ段和Ⅳ段)，每段母線有2路電源，正常情況下，Ⅲ段母線由工作電源高廠變分支2301斷路器供電，備用電源高備變分支2003斷路器處于備用狀態(tài)；Ⅳ段母線由工作電源高廠變分支2401斷路器供電，備用電源高備變分支2004斷路器處于備用狀態(tài)。6 kV廠用Ⅲ段工作電源及備用電源均為真空開關(guān)，其跳閘時間為33～45 ms，合閘時間為55～67 ms。

圖1 石門電廠廠用電快切裝置接線示意圖

石門電廠6 kV廠用電快切裝置正常切換方式為并聯(lián)自動切換，事故切換與失壓切換方式均為串聯(lián)切換，偷跳切換、快速切換、殘壓切換及越前時間切換投入，越前相角、低壓減載、長延時切換與后加速保護功能退出。

2015年1月4日22時10分，廠用6 kVⅢ段系統(tǒng)A相單點接地，綜合自動化系統(tǒng)監(jiān)控畫面發(fā)報警信號。由于接地部分高壓電纜穿入零序TA方式不正確，小電流接地檢測裝置不能判別出接地間隔，運行人員進行負(fù)荷拉閘查找接地支路未果，懷疑2號高廠變分支有接地故障，遂決定倒換廠用電。1月5日00時40分，起動6 kVⅢ段快切裝置正常并聯(lián)自動切換，將6 kVⅢ段由工作電源切備用電源供電，因工作電源斷路器拒動，切換失敗，6 kVⅢ段失壓。保安段自投成功，電除塵低壓段自投成功，2號機降負(fù)荷至130 MW。6 kVⅢ段由01高壓啟備變帶，逐步復(fù)電，此時6 kVⅢ段接地報警信號消失，2號機組逐步恢復(fù)正常運行方式。

2.2 原因分析及解決辦法

2.2.1 情況分析

根據(jù)PCS－9655快切裝置原理可知，在進行廠用電切換過程中(包括正常切換、事故切換和不正常切換)，若快切裝置發(fā)出斷路器跳(合)閘命令，因斷路器本體機構(gòu)原因，造成斷路器分(合)閘時間過長，或是斷路器輔助接點不可靠，快切裝置未收到應(yīng)跳斷路器的跳(合)位開入接點，都將判斷為斷路器拒動。另外，對于無操作箱回路的斷路器，斷路器實際未合上或未跳開的情況下，裝置輸出的合(跳)閘命令盲目返回將會引起拉弧，甚至于燒損裝置輸出接點或繼電器。因此，快切裝置的跳(合)閘命令在未檢測到斷路器實際跳開(合上)之前，將一直保持不返回。

經(jīng)過仔細(xì)檢查，以及對6 kVⅢ段工作電源2301斷路器分合閘時間的測試，發(fā)現(xiàn)其三相分閘時間均在700 ms以上?？梢酝茢啵?dāng)時啟動快切裝置并聯(lián)切換，將廠用電從工作電源切向備用電源時，快切裝置首先將6 kVⅢ段備用電源2003斷路器合上，500 ms后，再對工作電源2301斷路器發(fā)跳閘命令，由于6 kV廠用Ⅲ段工作電源2301斷路器分閘時間過慢(大于700 ms，正常時應(yīng)不大于55 ms)，使得工作電源和備用電源并列運行，快切裝置等待200 ms未檢測到2301斷路器跳位開入接點，判斷2301斷路器拒動，通過去耦合功能跳開備用電源2003斷路器。備用電源跳開后約500 ms左右，工作電源也相繼跳開，導(dǎo)致6 kV廠用Ⅲ段母線失壓。從整個過程看，裝置此次動作屬于誤動，而僅就裝置本身而言，則屬于正確動作。通過動作報文、錄波功能查詢以及比較DCS中的歷史記錄，其動作情況與檢查分析結(jié)果相符。

顯而易見，工作電源斷路器分閘時間過長是此次廠用電切換失敗的直接原因，快切裝置在合上備用電源后發(fā)出跳工作電源命令，而后又通過去耦合功能跳開備用電源，整個過程中，快切裝置發(fā)出的跳工作電源命令一直保持不返回，導(dǎo)致兩電源全跳，切換失敗。

由于石門電廠2號高壓廠用工作變壓器和01號起動/備用變壓器的引接方式不同，它們之間存在者不同數(shù)值的阻抗，當(dāng)兩臺變壓器分別帶上負(fù)荷時，兩路電源之間的電壓將存在一定的相差，這個相差通常被稱為“初始相角”。因為初始相角的存在，快切裝置啟動正常并聯(lián)切換時，兩臺變壓器之間就會產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流的數(shù)值過大時，對變壓器是十分有害的。因此，該裝置設(shè)有去耦合功能，且固話與程序軟件中默認(rèn)投入，當(dāng)兩電源并列運行超過200 ms，則跳開剛合上的斷路器?？梢钥闯觯瑹o論是退出該項功能還是延長“去耦合延時”，對廠用電系統(tǒng)的安全運行都會帶來不利的影響，故去耦合功能是快切裝置必不可少的一部分。

查出問題的關(guān)鍵后，檢修人員立即對工作電源2301斷路器的本體機構(gòu)進行徹查，發(fā)現(xiàn)其跳合閘機構(gòu)存在動作不干脆、彈簧壓力改變的現(xiàn)象。更換了斷路器相關(guān)部件，再次進行跳合閘測試，其三相分閘時間分別為:A相46.1 ms，B相46.5 ms，C相45.7 ms，結(jié)果正常。重復(fù)多次進行廠用電切換試驗，切換正常。

2.2.2 事故反思

通過此次事故，一用一備原則設(shè)計的廠用供電方式并非完全可靠，當(dāng)開關(guān)本體機構(gòu)發(fā)生故障無法滿足快切邏輯時，廠用電系統(tǒng)的可靠性受到威脅。當(dāng)電氣設(shè)備(包括斷路器、接觸器、電纜和電氣保護等等)質(zhì)量可靠性差時，可以考慮改進廠用電系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)實際優(yōu)化運行方式，提高供電可靠性。主要方法有:

1)因石門電廠2號機組6 kV廠用電系統(tǒng)采用Ⅲ、Ⅳ段分段設(shè)計，可以在兩段母線之間采用聯(lián)鎖開關(guān)自動投入，一旦某段母線出現(xiàn)故障(如失壓等)，自動投入聯(lián)鎖開關(guān)將非故障母線投入繼續(xù)供電。此類設(shè)計應(yīng)在聯(lián)鎖條件、邏輯判別以及出口時間上和快切裝置配合使用，避免沖突。

2)對主要的輔機設(shè)備，均要求有備用，同一類輔機設(shè)備、電源應(yīng)接在不同廠用電母線上。

2.2.3 在使用快切裝置時，建議著重考慮兩點:

1)斷路器執(zhí)行機構(gòu)動作不干脆或斷路器輔助接點不可靠是造成快切裝置誤動(或拒動)的直接原因。廠用電電源斷路器應(yīng)統(tǒng)一采用機構(gòu)性能優(yōu)良的產(chǎn)品，保證分合閘時間的快速性；此外，還需定期對廠用電電源斷路器進行整體大修，提高斷路器使用可靠性及延長斷路器壽命，重點檢查斷路器跳合閘機構(gòu)、輔助接點等相關(guān)部件。

2)對于無法確保斷路器本體機構(gòu)快速動作，且對快速切換要求不高的用戶，在進行并聯(lián)切換時，可將正常切換方式由并聯(lián)自動切換改為并聯(lián)半自動切換或同時切換。并聯(lián)半自動切換如前所述，即快切裝置在滿足并聯(lián)條件時，先合上備用(工作)電源，再由運行操作人員在就地手動跳開工作(備用)電源，采用此種切換方式時，若經(jīng)30 s工作(備用)電源仍未跳開，裝置閉鎖，并發(fā)出告警信號；而同時切換，即是快切裝置在啟動切換時同時發(fā)出跳工作(備用)電源開關(guān)命令和合備用(工作)電源開關(guān)命令，切換條件包括快速切換、越前時間切換、殘壓切換等等。

3 改進設(shè)想

PCS－9655快切裝置在切換過程中，將電源斷路器的輔助接點狀態(tài)作為斷路器狀態(tài)判斷的唯一依據(jù)，并按照固有邏輯而保持出口命令，執(zhí)行切換程序。這種程序設(shè)計雖然簡單但可靠性太低，是個安全隱患。

針對以上情況，可以進一步完善快切裝置邏輯，使之具備更強大的容錯能力。斷路器本體故障造成開關(guān)拒動，從而引起母線失壓的根本原因，就在于RCS－9655快切裝置去耦合使得兩路電源均跳開，造成母線失壓后沒有防誤程序執(zhí)行失壓起動邏輯。故而，針對石門電廠6 kV廠用電系統(tǒng)，有以下幾個方面的改進建議:

1)優(yōu)化廠用電系統(tǒng)設(shè)計。如前所述，分段母線之間采用聯(lián)鎖互備方式，主要輔機設(shè)備實現(xiàn)冗余備用。

2)快切裝置增設(shè)母線失壓自動投入備用電源邏輯。當(dāng)切換廠用電過程中發(fā)生兩路電源全跳開，母線失壓的情況下，快切裝置應(yīng)立即動作，有選擇性的強合備用電源，保證廠用電供電的可靠性。當(dāng)然，這里的“強合”并不是一種最好的選擇，而只是一種“兩弊相權(quán)取其輕”的選擇。上述事件中，裝置起動去耦合功能，跳開2003后，原先跳工作電源的命令一直保持，經(jīng)過500 ms又將工作電源跳開，最終導(dǎo)致母線失壓，這個過程完全可以列入諸如不正常切換的邏輯，裝置可以再合上備用電源開關(guān)，保證廠用電供電正常。

3)完善快切裝置去耦合邏輯。

首先，在并聯(lián)切換去耦合邏輯中增加有流判據(jù)。如圖1中，并聯(lián)切換啟動后，合2003，2003位置接點合位后延時跳2301，若在200 ms內(nèi)2301仍有流，則起動去耦合跳開2003。

其次，取消快切裝置出口保持功能?？烨醒b置去耦合跳開備用電源后，立即將原跳工作電源的命令返回，工作電源斷路器跳閘線圈無法繼續(xù)勵磁，無法跳閘，完全可以防止兩路電源全跳開的情況發(fā)生。這種情況下，必須保證在開關(guān)實際未跳開或者未合上時，裝置出口接點直接返回引起拉弧而不被燒損，或者裝置元器件不被燒壞。這也對快切裝置的硬件提出了更高的要求，裝置的造價也必然會更加昂貴。

當(dāng)然，要改進裝置硬件質(zhì)量，細(xì)化裝置軟件判據(jù)，還要保證裝置的切換速度，對裝置的設(shè)計和制造方面都存在一定的難度，從而提高了裝置的造價。但是，考慮廠用系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，這樣的改進還是值得去研究的。

〔1〕國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護培訓(xùn)教材:電力系統(tǒng)安全自動裝置〔M〕.北京:中國電力出版社，2009.

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B

1008-0198(2016)01-0060-03

羅艷(1980)，女，漢族，湖南衡南人，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事繼電保護及自動裝置的檢修維護工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.017

2015-05-11 改回日期:2015-06-04