刘宇
中国核电江苏核电有限公司调试管理处 江苏连云港 222042
摘要：厂用电快切装置目前已经广泛运用于电站厂用电系统，它对发电厂乃至整个电力系统的安全稳定运行有着重大影响。对于核电厂而言整个厂用电系统安全将直接影响着核电机组安全运行，本文介绍了厂用电快切装置在核电机组中的应用以及与厂用电低电压保护、柴油机系统之间的相互配合。
关键词：厂用电切换；低电压保护；柴油机
引言
厂用电快切装置的主要功能是用于发电厂厂用电工作电源与备用电源之间的切换，切换分三种情况：一、正常情况下由手动启动工作电源与备用电源之间相互切换。二、事故情况下切换，由保护启动由工作电源向备用电源单向切换；三、不正常情况切换，当厂用母线失压或者工作电源断路器发生偷跳时由工作电源向备用电源单向切换。可以看出快切装置的应用考虑了各种工况下的使用功能，但是快切装置最为核心的是解决了在电源切换时反馈电压与备用电源电压间的压差引起的电流电压冲击问题，这样就可以避免造成电源跳闸、设备损坏或寿命缩短等等问题。
1.简述快切装置的切换原理
厂用电系统正常运行时由工作电源提供，当工作电源侧发生故障时断路器被跳开，母线失去电源，工作电源切断后电动机定子电流变为零，转子电流逐渐衰减，由于机械惯性，转子转速将从额定值逐渐减速，转子电流磁场将在定子绕组中反向感应电势，形成反馈电压。多台异步电机联结于同一母线时，由于各电机容量、负载等情况不同，在惰行过程中，部分异步电动机将呈异步发电机特征，而另一些呈异步电动机特征。母线电压即为众多电动机的合成反馈电压，俗称残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。通常，电动机总容量越大，残压频率和幅值衰减的速度越慢。如合上备用电源断路器将不可避免地对厂用母线上的电动机造成冲击，严重威胁厂用旋转负载的安全运行
假定正常运行时工作电源与备用电源同相，（图中VD为母线残压，VS为备用电源电压）其电压相量端点为A，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动，如能在A－B段内合上备用电源，则既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多，这就是所谓的“快速切换”。在实际工程应用中，是否能实现快速切换，主要取决于工作电源与备用电源间的固有初始相位差△Φ0、快切装置启动的方式（保护启动等）、备用开关的固有合闸时间以及母线段当时的负载情况（相位差变化速度△Φ/△t（或频差△f））等。
过B点后BC段为不安全区域，不允许切换。在C点后至CD段实现的切换以前通常称为“延时切换”或“短延时切换”。因不同的运行工况下频率或相位差的变化速度相差很大，因此用固定延时的办法很不可靠，现在已不再采用。利用微机型快切装置的功能，实时跟踪残压的频差和角差变化，实现C-D段的切换，特别是捕捉反馈电压与备用电源电压第一次相位重合点实现合闸，这就是“同期捕捉切换”。
当母线电压衰减到20％－40％额定电压后实现的切换通常称为“残压切换”。该种切换相当于以前的备自投方式，残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到较大限制。
综合上述，正常情况下当厂用负荷失去工作电源后，快切装置首先进行判断是否满足快速切换条件，不满足进入同捕方式，而一旦母线电压下降很多的时候，将直接进行残压切换。
如下图为母线失压后的录波图：
可以看出该段母线失电之前由于所带负荷较小，当母线失压后，电压直接衰减至10%Ue左右，母线低电压保护动作，在0ms处工作电源进线断路器断开，6ms后快切装置启动，10ms发出合备用断路器的指令，103ms备用断路器合上，由于母线负荷较小母线电压恢复很快。快切装置整个动作过程是由“断路器偷跳”方式启动，“残压”方式切换。从工作断路器断开后至发出合备用断路器的指令快切装置用了10ms时间完成了一次切换。
如下图为另一段母线失压后的录波图：
相对于前一段母线失电之前所带负荷较大，当母线失压后，电压逐渐衰减，母线低电压保护动作，在0ms处工作电源进线断路器断开，母线电压衰减至55%Ue，6ms后快切装置启动，发出合备用断路器的指令，103ms备用断路器合上。快切装置整个动作过程是由“断路器偷跳”方式启动，“快速”方式切换。从工作断路器断开后至发出合备用断路器的指令快切装置用6ms时间完成了一次切换。
2．快切装置在核电中运用
2.1各种工况下快切装置动作情况
如上图所示：核电厂用6kV系统分三段不同类型：6kV正常段供电系统、6kV可靠段供电系统（通过联络开关6DL、8DL）、6kV应急段供电系统（通过联络开关5DL、7DL），正常运行时由高厂变（2DL）供电。1）当主变或者高厂变发生故障时，保护动作跳开2DL的同时启动快切装置，快切装置动作合上4DL，这时厂用电源改由启动变供电。2）当500kV系统失电开关1DL发生跳闸时，厂用电由发电机供电，这时发电机处于孤岛运行状态，快切装置不动作。3）当发电机故障跳开出口断路器GCB，厂用电仍然由高厂变供电，快切装置不动作。
2.2 6kV正常段供电系统母线低电压保护配置
无论何种情况下造成工作电源失电，母线电压将逐渐衰减，衰减的快慢与母线上所带的负荷有关，若负荷较大则电压衰减的慢，反之若负荷较小，电压衰减的很快。母线电压的衰减程度将直接影响着厂用电系统恢复以及各电动机的自启动成功与否。在6kV正常段供电系统母线配置了一套低电压保护，定值为：70%Ue、1.4S跳开不需自启动的电动机；70%Ue、1.5S跳开工作电源开关2DL；40%Ue、4S跳开所有的电动机。即：当母线电压低至70%Ue，经1.4S延时跳开了不需自启动的电动机；然后紧接着0.1S的延时跳开工作电源开关2DL（该延时的目的是为了减小该断路器的切断电流），2DL跳闸后，由“断路器偷跳”方式启动快切装置，4DL合闸切换至备用电源供电。若电压很快地恢复，未跳开的电动机进行自启动；若电压未能及时恢复继续衰减至40%Ue时，低电压保护延时4S切除该母线上所有的电动机。由于这套低电压保护是由6kV正常段供电系统母线实现的，所以快切装置中的“低电压启动”、“跳辅机”的功能相应地退出。
2.3母线失电情况下柴油机动作情况
当6kV正常段供电系统母线电压低至40%Ue且在2秒内不能恢复到70%Ue时，这时6kV可靠段供电系统、6kV应急段供电系统两段母线工作电源进线开关7DL、8DL跳闸（该功能由仪控系统逻辑实现），7DL、8DL跳闸后联跳上游开关5DL、6DL（该功能由电气联锁实现），该两段母线断电，柴油机启动建压后自动合上柴油机电源开关9DL、10DL（该功能由仪控系统逻辑实现），两段母线恢复送电。可以看出，当6kV正常段供电系统母线失电后无论快切是否成功，电压恢复的快慢，对于6kV可靠段供电系统、6kV应急段供电系统两段母线而言，只要该两段母线电压低至40%Ue且在2秒内不能恢复到70%Ue随即断开其与原系统的联系，而转由柴油机单独供电。
3.结论
快切装置在切换前判断频差、相角差等条件，可以有效减少对设备的大电流冲击，避免设备的损坏、保护误动作，提高了厂用电可靠性；与以往使用的备自投装置相比，快切装置在安全性、快速性、可靠性上都有了显著地提高；对于核电厂而言，厂用电系统的安全显得尤为重要，快切装置在核电机组中的应用使得厂用电源供电更加安全可靠，机组安全稳定运行的可靠性也得到了大大的提高。
参考文献：
[1]南京东大金智《MFC2000-6-D142977型微机厂用电快速切换装置》说明书；
[2]田湾核电《6kV厂用电切换试验》程序LYG-3-BBX00.TP-CA02。
论文作者:刘宇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/30
标签：母线论文; 电压论文; 装置论文; 电源论文; 断路器论文; 供电系统论文; 电动机论文; 《防护工程》2018年第8期论文;