（珠海发电厂 广东省珠海市）
摘要：大型发电厂的厂用电切换技术是发电厂在各种操作中的关键问题，也是制约大型发电厂安全运行的重要因素。深入研究厂用电源切换技术，能够最小化厂用设备的损害程度，促进发电厂电力的稳定输出。本文从发电厂厂用电源切换的问题出发，结合串联和并联的切换方式，旨在对大型发电厂厂用电源切换技术进行深入分析。
关键词：大型发电厂；电源切换技术；切换问题研究
在电力技术的推进下，大量新电力工业产品得到广泛的运用，而大型发电机组的容量也得到了开发升级。要使发电机组稳定运行，需要保证厂用电的安全，而大容量机组的条件更是对厂用电的可靠性提出了更高的要求。有效地采取厂用电源切换措施，并根据厂用电源并联、串联的切换特点进行分析，就能探索出最合适的厂用电源切换方式，并促进大型发电厂的安全稳定运行。
一、大型发电厂厂用电源切换存在的问题
发电机组运行安全的基本要求是发电厂厂用电源的连续可靠工作，一般而言，在以火力为动力的发电厂中都具备如下图的备用电源和工作电源。
图1 厂用电源
在厂用电的切换方式中，又大致分为了三种，第一是用于厂用电正常切换的开机和停机过程。第二是在母线电压失压或下降，以及人工操作失误的情况下导致的非正常性切换。第三是用于其它故障形式的事故切换。
正常切换就是在切除某一电源后，再进行另一电源插入的操作，但这样的切换方式会导致在切换时引起厂用负荷短滞性停电，严重时甚至会造成厂用电系统的全面瘫痪。
非正常切换的方式与事故切换的方式基本相同，都是以断开工作电源，依靠惯性接入备用电源为本质的电动机群电气对接。现在的主流切换方法主要有两种，第一种是快速切换。这种切换方式要求把握电压投入的相角差和切换速度，但忽视了厂用电切换的关键因素，不利于电源的有效切换并且成功率极低。另外一种切换方法是同期捕捉，这种方法更极端的在残压与备用电源间相角差几乎为零的情况进行切换，严重违背了感应电动机的静态特性和母线的残压特性，是不科学的切换方法。
图2 不同比例的电动机负荷残压衰减图
二、大型发电厂串联切换方式探究
（一）延时切换
采用延时切换的厂用电源切换方式也对厂用负荷产了不利的影响，首先延时切换的时间过长，不利于机炉热力系统的稳定运行。其次，在延时切换中由于负荷电压在电动机中转速下降，当备用电源接入时，电动机自启时间变长，导致了冲击电流高于额定电流，造成了设备故障的隐患。最后，延时切换在备用电源的接入中不断冲击厂用电母线，扩大了故障发生的几率和范围。厂用电源母线的残压衰减时间决定了厂用电源的延时切换时间，这是因为在电动机的总负荷中，厂用负荷占据了极大的比例，并且在切换过程中，母线电压随着反馈电势的逆作用而缓慢衰减。由以下电动机负荷不同比例残压衰减图可以看出，在厂用电动机负荷中，小比例的的残压衰减速度快，而大比例的残压衰减速度慢。
（二）快速切换
厂用电源的串联快速切换采用了自动切换的微机装置，具备抗干扰性能强、动作性能可靠等优点，在电源切换中受到了较为广泛的运用。但在采用串联快速切换时，要注意三方面的问题。
第一，切换时间不是越小越好，电动机的残压与电源电压的夹角
对应于不同差拍的电压 
，当备用电源投入 
越大，所形成的电动机负荷冲击力就越大。在进行串联的快速切换时，要多方面的考虑到两电压间的相角差、压差、频差以及负荷的残压特性，合理的制定快速切换装置动作的时间，保障电厂用电的稳定。
第二，电源串联切换对不同性质的厂用负荷产生的影响不同。结合下面的电动机负荷比例冲击电流图，可以分析出，厂用电源切换所形成的冲击电流与电动机的负荷比例成正相关的关系。
图3 在80%、50%、20%的电动机负荷比例下构成的电流冲击图
第三，厂用电源串联切换对不同厂用负荷量的影响有较强差异性。分别以百分之一百和百分之五十的厂用负荷进行串联切换，得到以下负荷电流冲击曲线图。 可以从图中看出，小负荷时的电源切换比大负荷的电源切换产生的冲击电流要小，因此，不同负荷量的串联切换存在着明显差异性。
三、大型发电厂并联切换方式探究
（一）并联切换缺陷分析
并联切换会导致高低压电磁环网的存在，同时，由于电气元件、变压器、线路等参数的混乱匹配，会产生一个电磁环网的循环功率，其具体的表达式为 
， 表示电磁环网的总阻抗，UN 是合环点的额定电压。从表达式中可以得出，电磁环网的两侧断口电压的相量差直接决定了循环功率大小，两侧电压的幅值差作用于无功大小，两侧电压的相位差作用于有功大小。在发电机机组正常的运行时，循环功率将会影响到设备过载，造成用电安全的隐患。在并联的过程中，一旦发生系统故障，会启动启备变压器向外传送，主变压器的超大容量会立刻压迫变压器，毁坏相关设备。其次，在并联切换的过程中，如果发生了相间的短路也会导致故障电流的大幅增加。电源的流向会在接入备用电源时改变电流分布，在拔出电源时，同样会因为流向而改变分布，因此厂用电源在并联切换时会产生二次扰动。
图4 50%和100%的负荷量产生的电流冲击图
（二）对比分析手动并切和自动并切
根据厂用负荷扰动情况随自动、手动并联切换的不同切换时间而变化的原理，采用自动、手动进行并联切换实验，制作了如下扰动电流图.
图5 自动并联切换和手动并联切换下的扰动电流图
由图可以分析出，手动并联切换时间过长，会产生厂用负荷的二次扰动，容易导致故障电流的加倍发生。而自动并联相比于手动并联，相对切换时间较短，并且对厂用负荷的扰动也只有一次，更加适于发电厂厂用电源安全稳定的切换。在进行厂用电源的并联切换时，应该减小切换的时间并针对循环功率等相关问题采取有效的措施。比如，利用FACTS设备改变电压差开口的相位和幅值，并调节变压器的分接头。此外，还可以通过合理的匹配对接入电磁环网的线路和变压器进行改变，在电磁环网无法改变结构时，可利用新型的柔性串补控制技术改善电网的参数运行功率。
实例简介
广东某发电厂的总装机容量为1800MVA，全厂4回220kV出线，发电厂总共拥有火力发电机组6台，其中220vk母线I被其中的1~3号机组接入，220kV母线II由4~6号机组接入。在各设备运行正常时，机厂的高压变压器自带各机组的厂用电，而高备变压器则通过主变压器的压测引出，其电气的主接线图如下图所示。
图6 电厂的主接线图
该厂的电动机负荷比为百分之七十八，实际所带厂用负荷值为27.21MW，通过对厂用电源快速切换、延时切换、自动并联切换、手动并联切换等切换方式的实验，可以得到在切换时产生的扰动电流、功率波动、机转性、循环功率等数据。
结束语：
厂用电源串联切换方式和并联切换方式都有其优点和缺点，在进行串联切换时应该多方面考虑负电荷电压与电源中电压的相角差、频差、压差，以及断路器的合闸时间和分闸时间。同时，要注意在厂用电小负荷时进行电源切换，合理整定快切装置动作时间。在采用并联切换时，应采用避免二次扰动的自动并联方式，尽量缩短切换时间。电厂的厂用电源切换最好使用并联切换方式，因为并联切换能够有效的控制电源切换中的循环功率，从而保证厂用电源切换在小循环功率下的可靠运行。研究电源切换的可靠性和快速性对发电厂的稳定运行具有重要意义，能够有效规避事故、减小损失，有利于形成电厂安全的电力输出环境。不过，各大发电厂还应该结合自身实际情况，仔细衡量各切换形式之间的利弊，从根本上解决发电厂的电源切换问题。
参考文献：
[1]张新伟等.大型发电厂厂用电源切换的再思考[J].四川电力技术,2010,05:60-64.
[2]杨泽荣.大型发电厂厂用电源切换存在的问题及解决方法[J].浙江电力,2008,05:32-35.
[3]龚大德.高压厂用备用电源是否需要装设快切装置的分析[J].电力勘测设计,2009,06:35-39.
论文作者:李亮中
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：发电厂论文; 负荷论文; 电源论文; 电压论文; 电流论文; 电动机论文; 方式论文; 《电力设备》2016年第10期论文;