火電機組廠用電源異網(wǎng)問題探討

朱皓

(陜西能源趙石畔煤電有限公司，陜西 榆林 719000)

1 異網(wǎng)時廠用工作電源和備用電源電壓差

圖1 工作和備用電源電壓相量

2 廠用工作電源和備用電源的異網(wǎng)切換

2.1 未設發(fā)電機出口斷路器機組啟停時

如圖2所示，若發(fā)電機出口不設斷路器，送出電網(wǎng)和引接啟動備用變壓器(以下簡稱啟備變)電源的本地電網(wǎng)不在一個區(qū)域電網(wǎng)，廠用母線工作電源和備用電源無法并列切換，火電機組廠用供電又不能中斷，機組啟、停時只能利用發(fā)電機帶廠用電運行，作為中間環(huán)節(jié)進行廠用電源在兩個異網(wǎng)間的切換。需將廠用電工作電源和備用電源開關作為同期點接入同期回路，發(fā)電機需帶廠用電負荷孤網(wǎng)運行，對汽輪機調速系統(tǒng)要求高，且低負荷孤網(wǎng)運行情況下汽輪機、鍋爐熱力系統(tǒng)需穩(wěn)定運行。

以#1機組為例，1ZK開關分閘，啟機時廠用電由本地電網(wǎng)經(jīng)啟備變通過01A，01B開關供電，#1機組沖轉定速，發(fā)電機加勵磁升壓至額定電壓，分別選1A，1B開關作為同期點投入同期裝置，#1發(fā)電機和本地電網(wǎng)并列，將廠用1A，1B段倒至#1發(fā)電機經(jīng)#1高壓廠用變壓器(以下簡稱高廠變)帶廠用電孤網(wǎng)運行；再選1ZK開關作為同期點投入同期裝置，#1發(fā)電機和送出電網(wǎng)并列，合上1ZK開關，廠用1A，1B段由送出電網(wǎng)供電。停機時#1機組減負荷至與廠用負荷相當，拉開1ZK開關，#1發(fā)電機帶廠用電負荷孤網(wǎng)運行，再分別選01A，01B開關作為同期點投入同期裝置，#1發(fā)電機和本地電網(wǎng)并列，廠用1A，1B段倒至啟備變由本地電網(wǎng)帶。

2.2 設發(fā)電機出口斷路器機組啟停時

如圖2所示，若發(fā)電機出口設斷路器，機組啟、停無需在異網(wǎng)間切換廠用電。以#1機組為例，啟動前1ZK合閘、GCB1分閘，送出電網(wǎng)通過#1主變壓器(以下簡稱主變)、#1高廠變經(jīng)1A，1B開關向廠用1A，1B段供電，待#1發(fā)電機升壓后，選GCB1開關作為同期點投入同期裝置，#1發(fā)電機和送出電網(wǎng)并列機組運行。停機時只需斷開GCB1開關發(fā)電機和送出電網(wǎng)解列，廠用電仍由#1主變、#1高廠變給廠用母線供電。

圖2 發(fā)變組及廠用一次接線

2.3 事故情況下

如圖2所示，以#1發(fā)電機為例進行說明。若發(fā)電機出口設斷路器，#1發(fā)電機或熱機故障時跳開GCB1開關，機組和送出電網(wǎng)隔離，廠用電仍由送出電網(wǎng)倒送供電。僅在#1主變或#1高廠變故障時，需跳開1ZK，GCB1，1A，1B開關，快切裝置動作合上01A，01B開關由啟備變給廠用供電。若發(fā)電機出口不設斷路器，#1發(fā)電機或熱機、#1主變、#1高廠變故障時，均需跳開1ZK，1A，1B開關，快切裝置動作合上01A，01B開關由啟備變給廠用供電。結合實際運行經(jīng)驗，火電機組故障跳閘中，熱機故障跳閘占85%以上，變壓器為靜止設備，故障跳閘的幾率較低，故發(fā)電機出口設斷路器的機組發(fā)生快切裝置異網(wǎng)串聯(lián)切換的幾率相對也較低。

快切裝置事故串聯(lián)切換方式，按備用電源開關投入速度由快到慢分為快速切換、同期捕捉、殘壓、長延時4種方式。切換速度越慢對廠用負荷供電的影響越大，快切裝置究竟以何種方式完成切換不可控，與廠用工作電源開關跳閘前兩異網(wǎng)系統(tǒng)的相角差和頻率差有關，差值越小完成快速切換的可能性越大。結合大唐陽城發(fā)電有限責任公司[2]的經(jīng)驗，在異網(wǎng)下快切裝置多數(shù)完成同期捕捉切換，很少完成快速切換，也有進行殘壓切換的。

由此可見，在異網(wǎng)下快切裝置的事故切換，對廠用負荷的供電可靠性影響較大，為了保證機組設備安全，重要輔機，如引風機、空氣預熱器、主機交流潤滑油泵等，需對所配置的保護邏輯進行梳理，并對其他大功率電動機的低電壓定值正確整定，在廠用母線電壓[3]下降期間能快速恢復，保證重要輔機自啟動正常，確保機組能安全停機，防止發(fā)生設備損壞事故。

從上述分析可知，發(fā)電機出口不設斷路器，機組啟停時廠用電源在異網(wǎng)間的切換操作很復雜，且事故情況下廠用電源異網(wǎng)切換的頻次高，對廠用負荷供電的可靠性和安全性影響較大，不利于機組的安全運行；相對而言，發(fā)電機出口設斷路器[4]，對廠用工作和備用電源處于異網(wǎng)的機組優(yōu)點突出。

3 廠用系統(tǒng)異網(wǎng)運行防止非同期并列措施

3.1 廠用工作電源和備用電源開關異網(wǎng)運行

如圖2所示，廠用母線工作電源和備用電源分別來自兩個區(qū)域電網(wǎng)，為兩個差頻電源，一直處于異網(wǎng)運行狀態(tài)，一旦并列會出現(xiàn)非同期短路而損壞設備，以#1機組為例，可采取以下措施防止誤并列。

(1)在廠用工作電源1A(1B)開關分散控制系統(tǒng)(DCS)手動合閘回路增加備用電源01A(01B)開關的常閉輔助接點，只有在備用電源01A(01B)開關在分閘狀態(tài)時，方可在DCS上手動合上工作電源1A(1B)開關；同理，在廠用備用電源01A(01B)開關DCS手動合閘回路增加工作電源1A(1B)開關的常閉輔助接點。

(2)廠用工作電源1A(1B)開關DCS合閘邏輯中設備用電源01A(01B)開關在分位合允許；同理，在廠用備用電源01A(01B)開關DCS合閘邏輯中設工作電源1A(1B)開關在分位合允許。

(3)廠用母線的快切裝置手動切換和事故切換方式控制字均選串聯(lián)方式。

(4)廠用工作電源1A(1B)開關快切合閘回路也經(jīng)備用電源01A(01B)開關常閉接點閉鎖；同理，廠用備用電源01A(01B)開關快切合閘回路也經(jīng)工作電源1A(1B)開關常閉接點閉鎖。

(5)廠用工作1A(1B)和備用電源01A(01B)開關，保證僅在試驗位可就地開關柜合閘，工作位就地開關柜無法合閘，只能通過DCS合閘。

(6)取消廠用工作1A(1B)和備用電源01A(01B)開關合閘回路的同期閉鎖繼電器，按設計規(guī)程[5]，同網(wǎng)情況下要求設計同期閉鎖的手動切換回路，對于異網(wǎng)的情況不適用。

以上措施保證了在開關柜合閘、DCS合閘、快切裝置合閘時，廠用工作和備用電源開關不會出現(xiàn)非同期誤并列事故。

3.2 廠用380 V動力中心(PC)進線開關和母聯(lián)開關異網(wǎng)運行

當一臺機組的高壓廠用母線由高廠變帶，另一臺由啟備變帶時，分別從兩臺機組引接電源的兩段PC母線來自兩個差頻電源，兩進線開關和母聯(lián)開關均有誤并列的可能，必須采取防止異網(wǎng)并列的措施。當同臺機組的一段高壓廠用母線由高廠變帶，另一段由啟備變帶時，從同臺機組兩段高壓廠用母線引接電源的PC母線來自兩個差頻電源，兩進線開關和母聯(lián)開關均有誤并列的可能，也需要采取防止異網(wǎng)并列的措施。

(1)在PC兩進線開關和母聯(lián)開關框架斷路器本體合閘按鈕處加裝機械鎖，防止開關本體誤合而發(fā)生非同期短路。

(2)在PC兩進線開關和母聯(lián)開關柜就地電動合閘回路加裝輔助接點閉鎖，3個開關中，另兩個開關只要有一個在分閘狀態(tài)可合本開關，防止在開關柜上電動合閘發(fā)生非同期短路事故。

(3)在PC兩進線開關和母聯(lián)開關DCS合閘脈沖設合允許，3個開關中，另兩個開關只要有一個在分位可合本開關。

(4)兩進線開關和母聯(lián)開關在DCS并列合閘時，需經(jīng)過DCS同網(wǎng)判斷邏輯，同網(wǎng)時方可發(fā)出合閘脈沖。

411A，411B，011A開關DCS合閘回路需設本機同網(wǎng)判斷邏輯：兩段高壓廠用母線的工作電源1A，1B開關均在合位且備用電源01A，01B開關均在分位，或工作電源1A，1B開關均在分位且備用電源01A，01B開關均在合位，為本機兩段高壓廠用母線同網(wǎng)狀態(tài)。

412A，412B，012A開關DCS合閘回路需設兩機同網(wǎng)判斷邏輯：兩機高壓廠用母線工作電源1A，2A開關均在合位且備用電源01A，02A開關均在分位，或工作電源1A，2A開關均在分位且備用電源01A，02A開關均在合位，為兩機高壓廠用母線同網(wǎng)狀態(tài)。

以上措施保證了PC進線和母聯(lián)開關僅在檢修時打開機械鎖，開關投運后嚴禁使用開關本體合閘按鈕合開關；就地開關柜電動合閘，只能在3個開關中僅合1個或2個開關時使用，防止發(fā)生誤并列合閘；DCS合閘既能滿足同網(wǎng)情況下兩段PC母線并列的要求，又能保證3個開關中僅合1個或2個開關的需求。

3.3 雙電源異網(wǎng)供電的380 V 就地控制中心(MCC)

對于雙電源供電的MCC，其電源分別從PC段上引接，上級電源有異網(wǎng)的可能，故雙電源供電的MCC電源開關須采用單刀雙擲的刀閘，或不會引起兩路電源并列的雙電源自動切換開關，保證在任何情況下不會引起上級兩路電源非同期并列。

3.4 其他情況

對于雙路電源供電的就地箱或就地柜，必須保證上級兩路電源不能并列。就地雙路電源供電的設備嚴禁采用環(huán)網(wǎng)設解列點的供電方式。

4 結束語

對于廠用工作和備用電源處于異網(wǎng)的火電機組，設計時應考慮廠用電源在異網(wǎng)間切換所存在的困難，宜采用發(fā)電機出口配置斷路器的方案，有利于機組的安全運行。對于高、低壓廠用系統(tǒng)存在非同期并列的問題，廠用高壓工作和備用電源開關因一直處于異網(wǎng)狀態(tài)，必須在開關合閘回路加輔助接點閉鎖，保證任何情況下都不會出現(xiàn)非同期并列；廠用380 V系統(tǒng)，因上級電源系統(tǒng)運行方式變化，可能會出現(xiàn)異網(wǎng)并列的開關，開關本體合閘按鈕加機械鎖，就地電動合閘回路必須加輔助接點閉鎖，DCS合閘回路并列操作時加同網(wǎng)判據(jù)邏輯，DCS合閘回路不并列操作時采取“3開關合2個或3開關合1個”的閉鎖邏輯，既能滿足系統(tǒng)的并列需求，又能防止發(fā)生非同期并列損壞設備、危及人身安全等惡性事故。