杨锦 阳西海滨电力发展有限公司 529800
摘要：随着机组容量增大，在电力系统中的作用也非常重要，对厂用电可靠性的要求也越高。因此传统的备用电源自投装置多不能适应大容量机组厂用电切换。本文从对发电设备安全、可靠、稳定运行的观点出发，分析了高压厂用电自动切换采用传统的 BZT 所存在的问题, 提出了相应的解决方法。
关键词：600MW机组 6KV 用电切换
目前, 厂用电 BZT 切换方式是延时切换和串联切换, 经工作电源开关辅助接点(或经低电压继电器、延时继电器)起动备用电源投入。当厂用电母线故障时, 由于BZT自投, 扩大了故障范围。这类事故在大型电厂高压厂用电事故中屡见不鲜。另外，备用电源自投装置及回路故障率较高，厂用电切换成功率较低。此外随着机组容量增大，厂用电容量不断增大，其中多为感性负载，切换过程中母线电压由于反馈电势的存在而衰减较慢，切换时必须考虑到反馈电压与备用电源电压间的压差引起电流电压冲击问题，造成备用电源跳闸厂用电中断、设备损坏或寿命缩短的后果，给厂用电稳定连续运行带来了不利的因素。同时大容量机组对厂用电运行安全性、稳定性、可靠性要求越来越高，厂用电切换时不应造成运行中断或设备冲击损坏。因此，厂用电切换直接关系到大型电厂及电力系统安全稳定运行。
1、600MW机组6KV厂用电切换存在的问题
600MW机组普遍采用传统的BZT装置对高压厂用电进行切换。为了防止开关偷跳或误拉工作电源开关,采用工作电源辅助接点起动BZT出口中间继电器,瞬时合上备用电源开关。长期的运行实践证明, 用这种方式进行厂用电切换,弊大于利。主要存在以下几方面问题。
1.1 切换时间过长
厂用电工作电源以及电动机过流保护动作时间一般为0.5～1.5s , 所以BZT 延时切换时间为1～2s( 某发电厂600MW机组厂用电BZT延时2s)。BZT 切换时间过长产生以下不利影响。
1.1.1 对机、 炉辅机电动机不利因为电动机自起动时间长, 电机容易发热。
1.1.2 对锅炉的稳定运行不利
因为切换时间长,锅炉辅机转速明显下降,如磨煤机和排粉机转速下降到一定程度,不能保证风粉比, 不能维持锅炉的正常燃烧, 若此时 BZT 自投成功, 厂用电恢复, 未燃的燃料吹进炉膛, 会造成严重的爆炸事故。目前,大多数电厂为了防止此类事故发生, 母线低电压保护 0.5s跳送风机、磨煤机开关, 并由制粉系统联锁动作,把其中一侧的制粉系统停下来, 这有利于 BZT 自投, 提高母线电压恢复速度；但机组的出力将下降, 影响机组的带负荷能力。
1.2 厂用电母线故障 BZT 自投使故障范围扩大
当厂用电母线故障时,工作电源开关过流保护动作, 切除故障。分析多次厂用电母线发生的故障,多数是永久性故障。由于600 MW 机组6kV厂用电系统为不接地系统, 一旦母线发生单相接地故障, 中心点电位偏移, 非故障相电压抬高, 母线绝缘薄弱部分容易被击穿, 从而发展为两相接地故障。由于厂用电母线故障无保护, 只能靠工作电源开关过流保护延时切除故障, 这样母线拉弧, 产生游离碳化物, 形成了永久性相间接地短路。工作电源开关由过流保护跳开后, BZT 动作,合备用电源开关, 等于向故障点又送了一次故障电流,备用电源开关经 BZT 后加速跳闸, 切除故障, 导致备用电源开关超出额定短路容量 (油开关) 而爆炸。更严重的是备用电源开关拒分 (控制保险熔断) , 只能由备变后备保护切除故障,
使故障范围扩大。
1.3 冲击电流大
为了防止误拉工作电源开关或开关偷跳, 传统的 BZT 装置中设计了快速串联切换方式。工作母线正常运行时, 若工作电源开关跳闸(非故障跳闸), 只要备用电源有电压, BZT 即瞬时出口, 此时的切换时间是工作电源开关固有跳闸时间和备用电源开关固有合闸时间。当厂用电突然消失时, 由于电动机的空气隙磁场和其转动惯量储能的存在, 使母线产生了残压。在工作母线断电瞬间,由于母线上电动机各不相同, 它们要进行能量交换,其中一部分电动机以“感应发电机” 方式运行, 其它电动机以电动机方式运行, 因此,残压的大小和频率随时间而变化。尤其是大型电厂,厂用电动机储存的电磁能和机械能相当可观, 残压的衰减速度十分缓慢, 根据现场录波, 6 kV 母线在最大运行方式时, 突然跳开工作电源开关, 其残压经 0.6 s 以后, 才能降至额定电压的 25% 左右。根据理论分析, 如果在0.3～ 0.5 s 时间间隔内, 合上备用电源, 残压与备用电源电压之间的角差接近 180°, 此时电动机所承受的冲击电流最大。当电动机受到大的冲击时, 由于电磁应力的影响, 有可能造成电动机绕组从槽中移位, 使电动机在运行时损坏。同时,由于机械惯量的存在, 电动机轴受扭力过大, 造成电动机轴扭曲。
2、600MW机组6KV厂用电源的切换问题解决对策
厂用电源的切换方式 ,除按操作控制分手动与自动外, 还可按运行状态、断路器的动作顺序 、切换的速度等进行区分。
2. 1按运行状态区分
a.正常切换。在正常运行时, 由于运行的需要(如开机、停机等) ,厂用母线从 1 个电源切换到另1个电源,对切换速度没有特殊要求 。
b.事故切换 。由于发生事故(包括单元接线中的高厂变、发电机、主变压器 、汽轮机和锅炉等事故) ,厂用母线的工作电源被切除时,要求备用电源自动投入 ,以实现尽快安全切换。
2. 2按断路器的动作顺序区分
a.并联切换。在切换期间,工作电源和备用电源是短时并联运行的, 它的优点是保证厂用电连续供给 ,缺点是并联期间短路容量增大,增加了断路器的断流要求。但由于并联时间很短(一般在几秒内) ,发生事故的机率低,所以在正常的切换中被广泛采用。但应注意观测工作电源与备用电源之间的电压差和相角差。
b.断电切换(串联切换)。其切换过程是: 1个电源切除后,才允许投入另1个电源, 一般是利用被切除电源断路器的辅助触点去接通备用电源断路器的合闸回路。因此厂用母线上出现1个断电时间,断电时间的长短与断路器的合闸速度有关。其优缺点与并联切换相反 。
c.同时切换 。在切换时 ,切除1个电源和投入另1个电源的脉冲信号同时发出。由于断路器分闸时间和合闸时间的长短不同以及本身动作时间的分散性 ,在切换期间, 一般有几个周波的断电时间,但也有可能出现1～2 周波两个电源并联的情况。所在厂用母线故障及在母线供电的馈线回路故障时应闭锁切换装置 ,否则投入故障供电网会因短路容量增大而有可能造成断路器爆炸的危险。
2. 3按切换速度区分
a.快速切换。一般是指, 在厂用母线上的电动机反馈电压( 即母线残压) 与待投入电源电压的相角差还没有达到电动机允许承受的合闸冲击电流前合上备用电源 。快速切换回路。采用并联切换方式切换，先合备用电源开关，再跳工作电源开关，使高压厂用电进行无间断切换，其逻辑关系如图1所示。这种切换方式用于厂用电正常切换以及热力系统故障(如 MFT 动作、汽机保护动作等)。而发电系统电气主设备故障( 如发电机、变压器、高压厂用电母线等), 其相应的继电保护动作, 应闭锁并联切换,其目的是为了减小故障电流对电气主设备的冲击。如高压厂变内部故障(见图2 ), 高压厂变主保护动作跳机组, 切除故障电流。
b.慢速切换。是指残压切换 ,即工作电源切除后,当母线残压下降到额定电压的20%～40%后合上备用电源。残压切换虽然能保证电动机所受的合闸冲击电流不致过大,但由于停电时间较长,对电动机自起动和机、炉运行工况产生不利影响。慢速切换通常作为快速切换的后备切换。国内在大容量机组厂用电源的切换中,厂用电电源的正常切换,一般采用并联切换。事故切换,一般采用断电切换,而且切换过程不进行同期检定,在工作电源断路器跳闸后,立即联动合上备用电源断路器。这是1种快速断电切换 ,但实现安全快速切换的1个条件是: 厂用母线上电源回路断路器必须具备快速合闸的性能, 断路器的固有合闸时间一般不要超过5个周波(0.1s) 。符合此条件的只有真空断路器 。
3、结论
600 MW机组高压厂用电自动切换问题，是关系到发电厂主设备安全、可靠、稳定运行的问题，它直接影响着运行设备的等效可用时间。如果采用硬接线继电器逻辑，二次回路繁琐复杂，其回路的可靠性也得不到保证。通过对600MW机组的高压厂用电的应用，得出以下结论：
a.高压厂用电自动切换时，备用电源电压与母线残压之间的角差小，从而对电动机绕组冲击明显减小。
b.缩短切换时间，有利于厂用母线电压的恢复和高压电机自起动，这对锅炉的稳定运行有利。厂用电切换方式不仅仅如此，根据不同类型的电厂以及高压厂用电一次接线方式不同，对厂用电自动切换的要求也各不相同，如何以最合适的方式进行厂用电切换，值得进一步深入探讨。
论文作者:杨锦
论文发表刊物:《基层建设》2015年7期
论文发表时间:2015/10/9
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