摘要：火力发电厂厂用电电源正常切换是保证机组及设备安全稳定的基础，通过对一起由于6kV 开关故障而导致的厂用电正常切换失败的事件剖析，分析了厂用电快切装置原理上的欠缺，提出了装置判据中应增加的应对方法，以提高快切装置在开关设备异常情况下的可靠性。
关键词：厂用电开关故障；厂用电切换；快切装置
1 前言
发电厂厂用电切换方式分为正常切换和事故切换。正常切换由手动起动，在控制台、DCS 系统或装置面板上均可进行，根据远方就地控制信号进行控制。正常切换是双向的，可以由工作电源切向备用电源，也可以由备用电源切向工作电源。在通常情况下，正常切换采用并联自动方式，即手动起动，若并联切换条件满足，切换装置将先合备用（工作）开关，经一定延时后再自动跳开工作（备用）开关，如在这段延时内，刚合上的备用（工作）开关被跳开（如保护动作跳闸），则装置不再自动跳工作（备用），以免厂用电失电。若起动后并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并进入等待人工复归状态。但若切换装置中没有设定并联延时，则当合上的开关又跳开时，就会造成厂用电源失去的事故。
2 快切装置构件
目前华东电网发电厂较多采用 MFC2000 系列微机厂用电快速切换装置，该装置解决了以往厂用电切换速度慢、切换成功率低或根本无法实现快速切换等问题，但现场仍会出现异常情况，影响快切装置自身的安全运行。MFC2000 快切装置由以下几个模件组成。
（1）电源板（MPW-400）。该模件将 DC 220 V/DC 110 V/AC 220 V 电压转换成 +5 V，±15 V 和+24 V 电源，供装置内部使用。插件内特制的电压延时电路可以保证在装置上下电过程中不会引起误动作或误发信。
（2）交流模件（MAI-400）。该模件将现场 PT二次输出电压和 CT 二次输出电流隔离变换成小信号送主CPU模块。PT，CT均为高精度电流输出型。
（3）开入模件（MDI-400）。该模件将来自控制台、保护回路和其他控制设备的开关量（空接点）经继电器和光电 2 级隔离后供 CPU 板测量判断。
（4）DCS 信号模块（MSO-400）、中控信号模块（MSO-401）。开关量以空接点方式输出，可接光字牌、DCS 系统或其他设备。接点保持。
（5）出口模块 1（MSO-400）、出口模块 2（MSO-400）。出口转换插件CPU发出的出口跳合闸指令，由该插件逻辑组合并经光电隔离和中间继电器隔离放大后送至出口继电器插件，该插件的出口命令通常保持 0.5 s 左右。
（6）主 CPU 模块（MCPU-400）。该模块主要完成模拟量及开关量测量、计算判断、出口动作等主要功能。
（7）从 CPU 模块（也称管理模块 MCPU-401）。该模块主要完成液晶显示、键盘操作、通信、打印等功能。
（8）调试试验模块（MTEST-400）。该模件完成人机交互界面，显示各种模拟量、开关状态量、信号量、动作信息、事件信息等，并完成装置对外的通信功能。具体各模件间联系如图 1 如。
3 厂用电切换原理介绍
型厂用电快切装置通常将厂用电源切换分为正常切换、事故切换、不正常切换 3 种方式下的功能。
（1）正常切换：正常切换是指机组运行正常情况下进行的厂用电源切换。通过控制台开关手动起动装置，完成从工作电源到备用电源，或由备用电源到工作电源的双向切换。正常切换分为串联切换和并联切换两种方式。
（2）事故切换：事故切换是指由于厂用工作电源故障而引起的切换。它是单向的，只能由工作电源切至备用电源。事故切换也分为串联切换和并联切换两种方式。
（3）不正常切换：不正常切换是由母线非故障性低压引起的切换，它是单向的，只能由工作电源切换至备用电源。包括母线三相低电压超过设定时限或开关误跳。本次事件发生在正常切换期间，厂用电切换正常过程为：运行人员启动由备用 - 工作的切换按钮，由快切装置进行逻辑判断，发出工作进线开关合闸指令，在装置接收到工作进线开关合上的反馈信号后，同时发出备用电源进线开关跳闸指令，快切装置闭锁，完成一次切换。由此看出该型装置原理中不存在两开关的短时并列判断过程。
4 异常情况分析
为查找原因，分析此异常现象是否影响装置运行，相关运行人员进行了以下分析。
（2）有“装置失电”信号发出，说明此装置有异常情况报警时，仍有异常信号从 DCS 中，从DCS 信号模块（MSO-400）、中控信号模块（MSO-401）中发至 DCS。从 CPU 模块的流程如图 2 所示。从 CPU 模块的 RS485 通信接口与电厂 DCS系统的相联，主要用于接收主 CPU 模块相关数据，并完成通信功能，不影响快切装置本身的正常运行。为了进一步验证快切装置是否具备投运行条件，将此段快切装置停用（快切装置的出口压板解除），装置电源未停用的运行方式如下。（3）点击 DCS 上快切操作画面上“串联或同时切换”，其“串联切换”灯亮，“并联切换”熄；再点击 DCS 上快切操作画面上“并联切换”，其“串联切换”灯熄，“并联切换”灯亮。（4）点击 DCS 上快切操作画面上“切换退出”，会有“切换退出”“切换闭锁”灯亮，同时 DCS 报警中有“切换退出”“切换闭锁”报警。再点击“切换投入”，则切换投入灯亮，切换退出及切换闭锁灯熄。这说明在从 CPU 模块异常的情况下，仍可从DCS 快切画面中进行相关操作，不影响快切装置的操作
5 改进措施
电力工程设计手册中描述，“手动切换方式可由工作电源切换至备用电源供电或反之，如机组启动时，由备用电源供给厂用负荷，直到发电机并网稳定运行后，才合上工作电源，使之与备用电源短时并列，然后联锁断开备用电源断路器。”中华人民共和国电力行业标准 DL/T5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》规定，“正常切换宜采用手动并联切换。在确认切换的电源合上后，再断开被切换的电源，并尽量减少两个电源并列的时间，同时宜采用手动合上断路器后联动切除被解列的电源。”这两个技术文件均要求，在正常手动并联切换时，要采取两个开关短时并列的方式来提高切换的可靠性。中华人民共和国电力行业标准 DL/T1073-2007《电厂厂用电快速切换装置通用技术条件》4.3.4 中规定：“在并联切换过程中，应防止两电源长期并列形成环流，并列时间不宜超过 1s。”即限制装置最大可提供1s 的并列时间（可由装置逻辑固化或外部定值整定）。根据对此次事件的分析结果，在快切装置的正常切换功能逻辑中增加 5~10 个周波的并联时间，以躲开开关动作时间，优化装置的功能，提高手动正常切换的可靠性，完全能够防止开关合上又跳开而引起厂用电失去的故障。改进后的切换装置经现场试验已投入运行。当然，在正常切换时，我们也可以采用半自动并联切换的方式来增加切换的可靠性，但由于人为操作使两个开关的并联时间过长，不利于减小并联时环流带来的影响，同时也消弱了微机型切换装置的效率。所以，采用并联自动切换方式是恰当的。
6 结束语
本次发生的由于开关设备异常而造成的正常切换过程中厂用电切换失败事件在国内是比较罕见的，在需要对开关设备可靠性严格把关的同时，它也对微机型厂用电快切装置的功能及应用提出了新的要求。国内设备制造厂家较多，设计理念也不尽相同，且现场切换过程也较复杂，这都需要使用者周密考虑。厂用电快切装置作为电厂的重要自动控制装置之一，随着机组容量的不断增大，对厂用电可靠性的要求也越来越高，因此必须保证厂用电切换时的可靠性，在功能设计时，不仅要考虑切换逻辑的准确，同时也要一定程度上考虑正常切换过程中开关设备异常时厂用电源切换的可靠。同时，电厂技术人员在使用该类设备时，也要充分研究装置功能和原理，考虑现场运行的实际工况和可能发生的异常情况，经过充分的试验验证，确保其发挥正确的作用，将运行风险尽可能降低。
参考文献：
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论文作者:吴亮亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
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