摘要：发电厂厂用电源快速切换装置是保证厂用电源安全可靠运行的重要自动装置，不论是正常切换还是事故切换，作为电气专业技术人员都要对其逻辑和切换过程非常熟悉，尤其要对异常切换事件进行分析总结，分析发变组、线路等主系统保护及自动装置对切换过程造成的影响，并提出相应的改进措施，进一步提高设备的可靠性。基于此本文结合福建国投湄洲湾第二发电厂分析了SUE3000厂用电快切换装置意义及应用。
关键词：SUE3000；厂用电快切换装置；意义；应用
1、工程概况：
福建国投湄洲湾第二发电厂（2×1000MW）工程为2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组。是国投推动煤电一体化建设，依托莆田湄洲湾煤炭码头一期工程，建设高效环保百万千瓦级超超临界燃煤机组的大型工程。工程安装两台1000MW超超临界燃煤汽轮发电机组，每台机组经三台单相变压器以单元制形式接入500kV系统，三大主机均由上海电气集团设计制造。
1)厂用电交流系统的电压等级分为二级：10KV、380V：
2)每台机组设一台无励磁调压的高厂变，其电源从发电机主回路封母上“T”引接，通过10KV共箱封闭母线向本机组厂用配电装置供电；
3)全厂设一台有载调压启备变，作为两台机组的启动和备用电源，其电源由I期220kV升压站第3串引接；
4)全厂不设10kV脱硫段，脱硫系统10kV负荷由主厂房10kV工作段直接供电；
5)10KV高压厂用电系统采用中性点经中阻接地，低压厂用电系统采用中性点直接接地；
2、厂用电快速切换装置的意义
厂用电系统运行的安全性和可靠性对全厂乃至整个工厂的安全运行有很大影响，对厂用电系统中非常重要组成部分是厂用电的切换，其也是越来越受到重视。采取厂用快切装置，可避免备用电源和母线残压在相角、频率相差过大时合闸对电机产生太大的影响。
3、厂用电快切换装置的运行方式
3.1厂用电快切装置的工作原理
厂用电快切装置属于自动装置，其主要作用是在正常或非正常工作状态下，在工作和备用发电厂之间自动切换。电源快速切断装置可分为正常开关、事故切换和异常开关三大类。
正常切换:其主要是指机组在正常运行的时候所进行厂用电源切换。对于正常切换目前是属于典型的同期操作，在进行切换的时候很容易出现合环同期或者是差频同期情况，对此厂用电快切装置需要具备一定的功能，方便进行同期性质及的识别，并在整个过程中严格的控制切换。
正常切换是指机组运行正常情况下进行的厂用电源切换。正常切换属于典型的同期操作，在切换过程中都有可能出现合环同期或者是差频同期，因此，厂用电快切装置应该具备自动识别同期性质的功能，对切换过程进行严格控制。串连切换及检同期并联切换等方式容易造成母线失电。
事故切换是单向的，其主要是因为厂用工作的电源问题所进行的切换工作，其属于2个待并电源，即厂用电动机群失电后的反馈电压和备用电源的同期操作，当厂用工作母线上的电压和频率不断的在发生着变化，很有可能出现下降的趋势，而对于备用电源电压和频率也处于正常的范围中。对此目前主要是使用快速的计算方法进行各个电源的切换控制，确保电源在应用过程中能够安全的进行切换。
3.2厂用电切换启动方式
快切装置由以下三个不同的方式来启动，他们是相互不兼容的。他们有不同的外部闭锁条件和不同的内部处理时间。
3.2.1手动启动
手动启动的快切装置可以从设备上或远方通过设备的二进制口输入进行，取决于就地/远方的电子钥匙的设置，手动切换时不受方向限制的。即启动切换的操作在任何一个方向上都是可能的，一般机组并网后，负荷10%左右时，从备用电源切换至主电源，机组停机前，负荷降低至10%左右，从主电源切换至备用电源，都是采用手动快速切换模式。
3.2.2保护启动
保护启动指反映工作电源侧故障的发变组保护或高厂变保护动作时，跳开工作电源开关，同时起动厂用电切换装置，带方向控制，只能从工作电源切换至备用电源。
3.2.3低电压启动
厂用母线三相电压持续低于定值（70%）时起动厂用电切换装置。
3.3厂用电快切装置的运行方式
SUE3000的一个极其重要的特性是启动后，以最短的时间进行切换，而且切换中不会对用户带来任何危险。
为此，SUE3000必须具备非常快的逻辑处理和高精度的模拟信号处理能力。
该装置每时每刻比较母线电压和备用馈线的电压。对被测电压的幅值，频率差和相角差具有以下同步判据：
相角差
该相角差指母线电压和备用馈线电压之间的相角差。构成同步判据的角差界值可根据超前或滞后母线电压分别进行调整。典型的界值是+20°。
频率差
母线电压和备用馈线电压的频率差也应确定下来。就切换过程而言，频率差反映了用电设备(如中压电机)及其动态负荷断电后的运转特性并指示是否允许进行切换。通常的界值是1Hz。
Ustand-by>UMin1备用馈线电压
备用馈线的电压是进行切换的另一个重要判据。只有当馈线电压存在时SUE3000方可执行切换。通常UMin1被整定为正常电压UNominal的80%。
UBusbar>UMin2母线电压
母线电压在确定切换方式时也起重要作用：如果母线电压值低于设定电压值U(U通常定为正常电压UNominal的70%)，则不允许进行切换。
3.4、切换模式
决定切换模式的关键是启动快速切换装置的瞬间电力系统的状态。根据系统的物理状态选择最优的切换模式。
下列四种切换模式可供选择：
快速切换
首次同相切换
剩余电压切换
延时切换
在故障时为使断电时间最短，快速切换是最优的切换方式。如果电网的状态不允许这种切换方式，则选择其它速度稍慢的切换方式。下面是各种切换的主要介绍：
3.4.1、快速切换
快速切换是SUE3000最常用和最重要的切换方式。
在切换启动瞬间，如主馈线和备用馈线的参数在定值范围以内则可进行快速切换，即主馈线和备用馈线间的相角差、频差在定值范围之内。此时快速切换装置要同步发出断路器的合闸和分闸命令。这种情况下的无电流的切换时间只取决于断路器分合闸的时间差。对于现代断路器而言，这一时间差通常在数毫秒内，因此可认为切换是在不断电的情况下实现的。
3.4.2、首次同相切换
在进行启动的时候不能达到相关标准的时候是不能正常进行切换的，对此可以使用电网状态自动进入切换过程。
首先，如果发生故障需要分闸处理馈线，对于相连接的用电的电压主要是根据其特性发生的变化。
如果是首次进行切换的会立刻发出分闸命令，而合闸命令主要是在备用馈线电压和母线电压差值(UStand-by-UBusbar)的第一最小值时发出的。
快速切换装置提前计算电压差值第一最小值出现的时刻，为了补偿电力设备的固有时间(系统的响应时间，断路器操作时间)，合闸命令是在实际的最小值到达之前发出的，与此相关的时间允许误差限定在预先定义的连接窗口以内。
图3为首次同相切换的相量图。母线电压相量绕备用馈线电压相量旋转，在首次最小差压时，即相角差为零，实现切换。
切换时的差值电压取决于母线的剩余电压。同步的连接对于保护用电设备是至关重要的。
对于首次相同切换方式，与项目相关的方方面面(如断路器的动作时间，负荷特性，允许的频率差和连接窗口)都必须根据具体情况加以确定。为此，使用这一模式时要求具备非常专业的工程设计和工程调试能力。
3.4.3剩余电压切换方式
剩余电压开关模式是在第一阶段不能够同时使用起动和制动。原馈线条件与第一阶段相同。只有同一个备用馈线开关是以不同的方式关闭条件。只有当母线电压衰减到允许值时，才能备用馈线。
合闸时无相频差切换，其属于不同步切换方式。母线电压降到剩余压力足够低的值，严重影响开关后的暂态过程（暂态振荡，电流电压降增加）。
3.4.4延时切换
如果这一设定的时间结束之前无法进行上述任何一种快速切换方式，可执行延时切换。
正常情况快速切换装置在设定的参数下，是不会发生这种切换方式。通常只有当短时间内同时发生多次故障时才可能发生这种切换方式。
为此，时间控制切换方式仅作为安全备用方式。
3.4.5总结
SUE3000快速切换控制装置的一个重要的特点是，切换方式的选择完全取决于当时电网的情况。
在电网同步的前提下，通常采用的是快速切换。同时发出分合闸命令，使得切换时间很短，几乎实现了不间断的供电。如果要分闸的
断路器出现故障，两个(同步的)的馈线电源产生短时的并列，SUE3000能立即发现这种状态并能自动解列，以防止不允许的并列。如果在启动时电网不同步，则不会出现快速切换。由于设备特性不同，无电流时间不尽相同。切换的负荷决定了断电后母线的电压特性和切换时间。
不同的切换模式可单独的选择使用或不使用。因此可根据具体的工程要求，选择最优的切换方式。
4、快速切换装置切换过程中经常出现的问题
4.1开关位置异常
厂用电快速切换装置确保母线电源和备用电源必须在开启状态，有一个封闭的一个用于快速切换装置的必要条件，同时PT隔离开关必须关闭，这样我们就可以开始SUE3000厂用电快速切换装置。但在快速切换过程中，总是容易出现开关位置异常现象，在正常的监测中，发现电厂快速开关装置无法启动设备信号控制锁定，并返回等待状态。此时，阻断信号发电厂根据不同的处理快速切换装置，并给出开关的异常位置以跳下。开关位置不正常，辅助电源快速切换装置将失去耦合功能，降低综合控制装置性能。
4.2备用电源失电监测
当SUE3000型微机厂用电快速切换装置的工作电源或者备用电源投入时，备用电源出现失电，装置将无法进行切换操作，报警系统无法根据信号模式对装置进行处理。备用电源如果长期处于失电监测状态，电源系统将无法正常进入到等待复归状态以及运行，备用电源出现失电监测主要由复归状态设置不合理引起。后备电源失电监测会使SUE3000厂用电快速切换装置丧失快速、同捕切换功能，只可以进行残压切换，根据厂用电快速切换装置实际运行的效果来看，可以对母线工作电源和备用电源进行合理的切换，但是出现的失电监测情况也大大影响了切换的效率。
5、快切系统调试及运行
厂用电快切装置及系统性能需要达到相关标准要求，从而才能够更好的确保后期的正常运行，确保电压的正常使用。
5.1厂用电源带负荷切换
在进行切换的时候使用的方式是“手动自动”，然后“备用→工作→备用→工作”的切换，从而能够更加全面的确保回路工作的开展。
事故切换通常情况相爱不是出于启动阶段的人为模式，如果168小时试运前都没有出现任何问题，可以选择在预备停机消缺前，手动短接“保护启动快切“接点的方式模拟。并做好相关的事故预想工作。
5.2动态试验
如果发电机带负荷到了180MW，需要使用正常的切换方式进行切换，即厂用电负荷切至高厂变，进一步降低电压。然后然后模拟“保护动作”启动快速切换装置，将常用的电切换到备用电源，成为并联的方式，并给出人为信号，装置主要的切换是通过“保护启动”进行开展的。
5.3切换过程分析
如果其他负荷也进行了厂用电切换试验，在切换的过程中速度非常快，其具有很多优势，能够有效的克服其中的切换过程中的问题。厂用电快速切换对大容量发电厂维持机炉设备稳定运行和大容量的损耗控制具有非常重要的作用。
5.4等待复归
在以下几种情况下，需对装置进行复归操作，以备进行下一次操作。
进行了一次切换操作后；
发出闭锁信号后，且为不可自恢复；
发生装置故障情况后（直流消失除外）。
此时，装置将不响应任何外部操作及起动信号，只能手动复归解除。如故障或闭锁信号仍存在，需待故障或闭锁消除后才能复归。
总之，厂用电的切换过程是比较复杂的，在切换过程中，电压、电流、频率、电动机的转矩等都会随着转速变化而变化。如果切换设备此时不具备试试响应瞬间变量的相关能力，将会给设备造成切换失败或设备损坏。当残压衰减到一定幅值后，再投入备用电源，母线电压和电动机的转速将大幅下降，会严重影响锅炉运行工况。在最佳切换时机完成快速切换操作，对厂用电快速切换具有重大意义，需要进一步加强对其的研究。
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论文作者:林志伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
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