無擾動快切技術(shù)在發(fā)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

虎耀森

（國家能源集團神華寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，寧夏 靈武 750011）

隨著供電技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)對供電安全、可靠的要求，無擾動快切已逐步替代傳統(tǒng)備自投技術(shù)。無擾動快切裝置由于其自身準確且豐富的切換邏輯和可靠地故障判別功能，使其在工業(yè)可靠連續(xù)不間斷供電系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。但工業(yè)供電方式是復(fù)雜多樣的，這就要求無擾動快切裝置面對不同的工況，應(yīng)采取不同的切換準則。尤其是在發(fā)用電平衡系統(tǒng)中，要切換帶有發(fā)電機的母線，必須有一套完整可靠的切換方案，否則無擾動快切將會給生產(chǎn)運行帶來不可預(yù)知的安全事故。本文通過介紹某化工企業(yè)在自備發(fā)電廠的供配電系統(tǒng)中使用的SID-40B-T 型快速無擾動備用電源控制系統(tǒng)。保證母線帶發(fā)電機工況情況下，發(fā)電和供配電系統(tǒng)整體實現(xiàn)無擾動切換的方案提出和響應(yīng)的邏輯升級改造方案。

1 某化工企業(yè)的35KV 供用電系統(tǒng)現(xiàn)狀

該廠35kV 供電系統(tǒng)為單母線分段系統(tǒng)，正常運行方式為：Ⅰ段進線斷路器301 合位、1#發(fā)變組斷路器3001 合位、Ⅱ段進線斷路器302 合位、2#發(fā)變組斷路器3002 合位、Ⅰ、Ⅱ母聯(lián)3100 分位；Ⅲ段進線斷路器303 合位、3#發(fā)變組斷路器3003 合位、Ⅳ段進線斷路器304 合位、4#發(fā)變組斷路器3004 合位、Ⅲ、Ⅳ母聯(lián)3200 分位。主接線圖見圖1。在事故狀態(tài)下各進線與母聯(lián)間切換由35kV 備自投裝置完成。

圖1 快切裝置主接線示意圖

2 35kV 供配電系統(tǒng)應(yīng)用無擾動自動切換裝置的原因

在某化工企業(yè)35kV 發(fā)用電平衡，進線無電壓互感器的供配電系統(tǒng)，原設(shè)計為備自投裝置。備自投自動切換裝置在切換過程中出現(xiàn)母線短時失電，造成化工廠內(nèi)生產(chǎn)裝置停車。在高溫高壓、易燃易爆、有毒有害的化工生產(chǎn)企業(yè)，對供配電電力系統(tǒng)的要求比較高，由于備自投裝置自身功能的限制已不能滿足廠內(nèi)供配電的要求。具體問題如下：

2.1 母聯(lián)備自投誤動作

當進線301 無流，母線電壓異常（PT 空開跳閘、PT 斷線）時引起備自投切換裝置誤動，切除進線301、該段母線電容器、該段所帶發(fā)電機后合母聯(lián)斷路器，將會使35kV 該段母線短暫失電。

2.2 母聯(lián)備自投正常動作

當母聯(lián)備自投正常動作后，等待進線301、該段母線電容器、該段所帶發(fā)電機斷路器分閘位置節(jié)點返回，且Ⅰ段母線電壓達到定值，延時合上母聯(lián)斷路器，將會使35kV 該段母線短暫失電。

2.3 應(yīng)用常規(guī)快切存在的問題

（1）常規(guī)快切是進線母聯(lián)快切模式，未判斷發(fā)電機運行狀況，當常規(guī)快切應(yīng)用于該發(fā)用電平衡，進線無電壓互感器的35kV 供配電系統(tǒng)時，出現(xiàn)進線無流二次母線無壓（母線三相無電壓）將啟動快切，快切按照四種切換準則，快速切換、首次同相、殘壓、長延時切換，在殘壓及長延時這兩種切換模式下，切換過程中存在發(fā)電機非同期合閘，非同期合閘電流可能會引起系統(tǒng)振蕩，這對所有電氣一二次設(shè)備和保護裝置有沖擊較大，如果非同期合閘沖擊電流非常大，會直接沖擊到發(fā)電機的主軸，由于大電流產(chǎn)生的大扭矩，嚴重的可能直接會導(dǎo)致主軸的變形或者燒毀。

（2）當上級電源失電（110kV 失電）時，35kV 由于發(fā)用電平衡母線電壓不能突變，導(dǎo)致快切無法第一時間啟動，母線電壓達到定值時模擬量啟動快切裝置，快切切換過程中不判斷發(fā)電機運行狀態(tài)，存在發(fā)電機的非同期合閘。

（3）常規(guī)快切取用開關(guān)的單位置節(jié)點判斷開關(guān)狀態(tài)，當進線開關(guān)節(jié)點異常時啟動快切，快切按照四種切換準則進行切換，快切切換過程中不判斷發(fā)電機運行狀態(tài)，存在發(fā)電機的非同期合閘。

（4）保護啟動常規(guī)快切，快切切換過程中同樣存在發(fā)電機的非同期合閘。通過上述問題分析與廠家交流，由廠家針對該化工企業(yè)的供電系統(tǒng)的要求，設(shè)計了一款適用于該化工企業(yè)的無擾動快切裝置，該裝置解決了上述存在問題。將升級后的無擾動切換裝置代替原備自投裝置，以確保供電系統(tǒng)可靠性及快速恢復(fù)性。

3 無擾動快切啟動方式分析

（1）保護啟動（降壓變差動保護、降壓變非電量保護）：裝置檢測到301 保護啟動開入，快切裝置接受到保護啟動，則立即啟動快速切換，跳開進線低壓側(cè)301 開關(guān)、合上母聯(lián)開關(guān)3100。

（2）開關(guān)位置啟動（降壓變高壓側(cè)位置，降壓變低壓側(cè)位置）：快切裝置具備開關(guān)誤跳啟動功能，快切裝置接受到開關(guān)301 位置變化，則立即啟動快速切換，跳開進線低壓側(cè)開關(guān)301、合上母聯(lián)開關(guān)3100。

（3）模擬量啟動：裝置在檢測到301 進線無流且母線失壓時，啟動失壓切換，跳開301 開關(guān)，合上母聯(lián)3100 開關(guān)。

（4）為實現(xiàn)母線帶發(fā)電機工況的無擾動切換，對SID-40B 快切裝置提出了以下幾點要求：①保護啟動：優(yōu)先按照快速切換和同期捕捉切換來進行判斷是否合母聯(lián)，如果上述兩個判斷準則都沒有捕捉到，母線電壓下降至殘壓切換區(qū)間時，裝置應(yīng)聯(lián)切掉發(fā)電機后再合母聯(lián)開關(guān)。通過采集3001和3002 位置及CT 電流信號來判斷發(fā)電機的運行狀態(tài)。②開關(guān)位置啟動：判據(jù)應(yīng)該為降壓變高壓側(cè)位置和發(fā)變組開關(guān)位置均分位時，或者降壓變低壓側(cè)位置和發(fā)變組開關(guān)位置均分位時，裝置啟動開關(guān)位置誤跳進行切換。要求發(fā)電機在合位運行時開關(guān)偷跳不啟動，進線開關(guān)分位時報警異常，但僅報警不閉鎖，考慮發(fā)電機調(diào)整失敗時跳閘后啟動切換。③模擬量啟動：采集發(fā)電機電流，當3001 開關(guān)側(cè)無流時301 進線無流母線無壓，或3002 開關(guān)側(cè)無流時302 進線無流母線無壓。啟動失壓切換，跳開301（302）開關(guān)，合上母聯(lián)3100 開關(guān)。

4 快切裝置發(fā)用電平衡系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）無擾動快切裝置采集四路電流，分別為兩條進線電流IL1 和IL2，兩條發(fā)變組進線電流IL3 和IL4。

（2）無擾動快切裝置采集四路電壓，分別為兩條進線單相電壓和兩段母線三相電壓，由于進線PT 已拆除，現(xiàn)場直接從母線PT 上并列取進線電壓。

（3）主要開入量為兩臺降壓變高、低壓側(cè)斷路器雙位置節(jié)點、母聯(lián)斷路器、1#發(fā)電機出口斷路器及2#發(fā)電機出口斷路器位置節(jié)點，降壓變差動、非電量保護及低后備保護動作節(jié)點，母線差動動作節(jié)點。

（4）主要開出為分合301 斷路器、分合302 斷路器、分合母聯(lián)3100 斷路器、分1#發(fā)電機出口斷路器及分2#發(fā)電機出口斷路器命令節(jié)點。

（5）在設(shè)計無擾動快切的判斷邏輯上增加了發(fā)電機運行開入檢測信號，當發(fā)電機處于運行狀態(tài)時，對應(yīng)的無擾動切換就按照捕捉同期準則切換；如果發(fā)電機處于檢修狀態(tài)，此時快切裝置將進行快速切換、耐受電壓切換、捕捉同期切換、殘壓切換和長延時切換，進行順序判斷。

5 測試驗證

通過試驗對手動啟動快切切換、保護啟動切換、開關(guān)位置啟動切換、母線失壓切換、頻壓品質(zhì)切換、頻差無流切換、保護閉鎖快切、母線、進線TV 斷線、發(fā)電機運行狀態(tài)變化快切切換準則的試驗，各項功能均能正常切換。

6 結(jié)語

當前，電力發(fā)電及供配電系統(tǒng)中，大量的應(yīng)用無擾動快切技術(shù)及相對應(yīng)的快速切斷裝置，可靠有效的使用這項技術(shù)，在化工廠有自備電廠的供配電系統(tǒng)中更加能夠凸顯其重要性。這一技術(shù)的應(yīng)用，也能解決當國網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自備電廠準確快速地投入供電，保證工廠各種裝置、壓縮機及各類機泵連續(xù)運行，保證整個生產(chǎn)線的長周期運行都起到非常重要的作用。本次通過改造升級無擾動快切裝置的邏輯，優(yōu)化后兼顧了同期裝置和快切裝置的雙重功能。這種優(yōu)化讓化工企業(yè)供電的負荷連續(xù)不間斷供電提供了安全、可靠的保障。這次技術(shù)改造也可以推廣到同一類型的發(fā)電平衡供配電系統(tǒng)，解決因為線路故障或者變壓器故障造成的系統(tǒng)停電有一定的借鑒作用。