摘要：厂用电系统的安全可靠是保障机组乃至整个电厂安全稳定的关键之一，本文对火电厂厂用电系统的切换方式进行了简介，通过对一起切换事故的分析，总结了厂用电系统切换事故防治的要点，对制定快切装置的整定策略及运行人员保障厂用电切换操作的安全具有指导意义。
关键词：厂用电；快切装置；切换事故；防治
1. 引言
火电厂厂用电系统的安全关系机组、锅炉及各种重要辅机的安全，甚至影响整个电厂、电网的安全稳定[1]。厂用电系统通常为双电源配置，即厂内工作电源和备用启动电源，正常情况下厂用电由其中一种主供。电厂启停机及发生某些异常或事故情况下均需对厂用电进行切换。
目前，国内火电厂厂用电切换已基本全部由老式的备用电源自投等方式改为采用快切装置，加上真空开关及SF6开关已取代少油开关，厂用电切换成功率已大大提升。但由于某些异常方式下仍需手动切换厂用电以及某些电厂厂用电快切装置的整定逻辑有误，仍然存在因厂用电切换问题导致的事故发生。因厂用电切换造成的事故往往损失严重，对厂用电切换方式及条件进行梳理，总结防治此类事故的要点，具有重要实用价值。
2. 厂用电切换方式简介
目前厂用电切换按照开关动作顺序可分为：并联切换、串联切换和同时切换。并联切换是指切换时先使厂用工作电源与备用启动电源并联，然后跳开其中一个电源。并联切换厂用母线不失电。串联切换是指切换时先跳开正在使用的电源，确认跳开后，再合上另一个电源。串联切换厂用母线会短暂失电。同时切换介于并联与串联切换之间，是指当正在使用的电源开关跳闸命令发出之后，在开关跳开之前即发出另一电源的合闸命令[2]。采用同时切换，厂用母线的断电时间小于另一电源开关的合闸时间。厂用电负荷中大容量电动机负荷较多，其断电后电压衰减较慢，将厂用母线断电后的电压称为残压。
按照切换原因可分为：正常手动切换、异常手动切换、事故自动切换、异常自动切换。事故切换由保护动作信号起动快切装置按事先设定的方式自动切换；异常自动切换可由两种方式起动：母线电压低于整定值且达到整定时间起动或当开关误跳时由开关辅助接点起动。
按照切换速度可分为：快速切换、短延时切换、同期捕捉切换、残压切换。快速切换的时间通常低于100ms，采用串联方式快速切换时间也一般不超过200ms。短延时切换由于残压大小和相角随时间的变化受系统运行方式、厂用负荷等多种因素影响，按设定的延时切换可靠性存在疑问[3,4]。同期捕捉切换一般用时约400~600ms[4]。残压切换也称慢速切换，一般用时1~2s[4]。快速切换是主切换方式，除非快切失败，才执行其他备用切换方式，需要说明的是4种切换方式是快切装置同时启动的[5]。
3. 对一起厂用电切换事故的分析
2016年，山西电网曾发生一起因电厂运行人员厂用电切换不当导致启备变跳闸全厂失电的事故。该厂为两台150MW机组经220kV母线通过220kV线路单线并网，厂用电为常规接线。事故发生时#1机组为停机状态，#2机组带低负荷运行，厂用电由#2机组高厂变接带，启备变为110kV线变组接入电网作为备用。
3.1 事故经过
首先，该厂220kV并网线路电厂侧开关不明原因发生三相跳开，无保护动作信息，并网线路转为电网侧充电运行，#2机组至该厂220kV母线开关未跳闸。由于#2机组当时负荷较低，经电厂运行人员手动控制，虽实际已经与电网解列，#2机组带厂用电继续孤网运行。由于此时厂用电频率与电压波动较大，电厂运行人员在尚未向调度汇报的情况下试图手动将厂用电切换由备变接带，在切换过程中发生启备变跳闸、#2机组跳闸，导致全厂失电事故。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2 事故分析
本文暂不讨论电厂220kV并网线路开关三相跳开的原因以及导致全厂失电事故发生的管理方面的问题，主要对技术原因进行分析。经查，电厂运行人员在进行厂用电切换时进行了如下操作：先合上#2机组厂用I段至启备变开关，然后断开厂用I段至高厂变开关，将厂用I段母线切换至由启备变接带；之后进行厂用II段切换时，在合上厂用II段至启备变开关的瞬间，发生启备变跳闸、#2机组跳闸事故。
该厂启备变虽接入110kV系统，其与机组高厂变经厂用负荷母线进行合环操作预先经过了合环计算校验，是允许的，因此在机组正常启停机时，厂用电切换采用并联切换方式。但在本次事故中，#2机组实质上已经与电网解列，机组频率与电压相角均与主网不同，厂用电应当禁止进行直接并联切换操作（但可以进行检同期并列）。由于运行人员对电厂并网线路开关三相断开、机组带厂用电孤网运行这种异常运行方式认识不到位，采用直接并联方式进行了厂用电切换操作，非同期并列导致设备经受大电流冲击，这是导致启备变跳闸、#2机组跳闸全厂失电的主要原因。需要说明的是，厂用I段母线切换时，虽为直接并联切换的错误操作，但开关合闸时恰为#2机组频率、电压相角与电网频率、电压相角较为接近的时机，故未发生跳闸。
4. 厂用电系统切换事故防治的要点
厂用电系统切换事故防治的要点在于两方面的工作：一是切换场景判断要准确，必须弄清楚属于什么性质的操作，弄清应当采用并联切换、串联切换还是同时切换方式；二是针对不同情况下的手动、自动切换方式对快切装置设置合理的整定逻辑。
切换场景判断有三方面的注意事项：（1）必须注意厂用电切换过程中可能存在4个不同的频率和电压（包括大小及相角）：一是机组所并入电网的频率和电压；二是启备变所并入电网的频率和电压；三是机组自身的频率和机端电压；四是厂用负荷母线短暂失电后残压的频率、大小及相角。前2种频率和电压比较稳定；机组自身的频率和电压在非事故情况下也比较稳定；而残压的频率、大小及相角在随时间快速变化。（2）切换操作中必须明确该步骤属于4种频率和电压间的并列、解列还是合环、解环。前3种频率和电压其中两者间的并列操作必须检同期；残压与第2或第3种频率和电压的并列操作在快速切换、短延时切换、残压切换方式下不进行检同期，但其频率、残压大小和与并列对象的相角差，以及切换时间等需要满足一定条件。（3）除正常启停机时，其他情况均不允许两段厂用负荷母线中一段接厂用工作电源而另一段接备用电源[2]。
事故情况下通常采用串联自动切换，在正常启停机时：当机组与启备变以同一电压等级接入同厂站母线时，厂用电通常采用并联切换；当机组与启备变以相同或不同电压等级接入同厂站或同步电网内不同厂站母线时，由于合环可能会形成较大的电磁环网，应当经过合环计算校验才可进行并联切换；当机组与启备变以相同或不同电压等级接入两个非同步电网时，不能进行合环，不能进行直接并联切换（机组未并网或已解列带厂用电孤网运行时，可以手动将高厂变与启备变低压侧进行检同期并列后切换厂用电）。同时切换正常情况下虽然不会导致两个非同步系统并联，但是当开关拒动或分闸异常分闸时间变长时，可能导致非同步系统并列，引发重大事故，故在两个非同步电网电源间切换时不能采用。
5 结论
此次厂用电切换导致全厂失电事故的主要原因是电厂运行人员对机组带厂用电孤网运行的异常方式认识不到位，错误采用了厂用电直接并联切换。防治厂用电切换事故的要点一是在于准确判断各切换场景的性质，二是在于针对不同情况合理设置快切装置的整定逻辑。
参考文献
[1]李经升，王舜，韩学义.厂用电快速切换装置的应用研究.继电器，2002，30(7):37-39.
[2]张少荣.不同电网间厂用电切换方式的分析及实践.湖南电力，2007，27(3):40-43.
[3]翁海胜.用快切装置替代备自投装置提高厂用电安全可靠性.冶金动力，2002，90(2):1-4.
[4]魏明.厂用电切换方法分析.云南电力技术，2000，28(1):12-14.
[5]陈医平，蔡旭，曹小连等.厂用电切换方式探讨.电力自动化设备，2006，26(11):107-110.
作者：王小昂，1988-，硕士，山西运城人，国网山西省电力公司，工程师
论文作者:王小昂
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/7
标签：机组论文; 事故论文; 母线论文; 电压论文; 方式论文; 相角论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第23期论文;