1、 6KV厂用电源切换问题分析肖立佳（华能鹤岗发电有限公司，黑龙江 鹤岗 154109）【摘要】 由于厂用电自动切换存在的问题较多，导致厂用电事故扩大。传统的 BZT 多不能适应大容量机组厂用电切换。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，并加以探讨。 【关键词】 6KV 厂用电； BZT 装置； 快速切换6KV power plant by switching analysisXiao Lijia (HuaNeng Hegang Power Generation Co. Ltd，HeiLongJiang Heg
2、ang154109，China;)Abstract: As the power plant automatically switch more problems, resulting in power plant accident expand. BZT can not meet the more traditional large-capacity power plant unit to switch. Power generation equipment from the safe, reliable and stable operation of the point of view, a
3、n analysis of high-voltage power plant automatically switch traditional BZT problems, and the corresponding solution and discuss the matter further.。Key words: 6KV power plant; BZT device; rapid switch 0 引言以往厂用电切换一般采用工作开关辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入。这种方式，若合闸瞬间厂用母线反馈电压与备用电源电压间相角差较大，或可能接近 180，将对电动机造成
4、很大的合闸冲击。对加固定延时的切换方式，也因切换时系统运行方式、厂用负荷、故障类型等因素，不能可靠保证躲过反相点合闸。如待残压衰减到一定幅值后投入备用电源，则由于断电时间过长，母线电压和电动机的转速都下降很大，将严重影响锅炉运行工况，在这种情况下，一方面有些辅机势必退出运行，另一方面，备用电源合上后，由于电动机成组自起动电流很大，母线电压将可能难以恢复，从而导致自起动困难，甚至被迫停机停炉，下面对厂用电自动切换采用传统的 BZT 所存在的问题进行分析，提出相应的解决方法，并加以探讨。1 厂用电切换方式存在的问题大容量火电机组的特点之一是采用机、炉、电单元集控方式，其厂用电系统的安全可靠性对整个
5、机组乃至整个电厂运行的安全、可靠性有着相当重要的影响，而厂用电切换则是整个厂用电系统的一个重要环节。发电机组对厂用电切换的基本要求是安全可靠。其安全性体现为切换过程中不能造成设备损坏，而可靠性则体现为提高切换成功率，减少备用变过流或重要辅机跳闸造成锅炉汽机停运的事故。以往的厂用电切换方式主要采用以下几种方式： 以工作开关辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入； 在合闸回路中加延时以图躲过180反相点合闸（短延时切换） ； 在合闸回路中另串普通机电式或电子式同期检查继电器； 合闸回路中串残压检定环节，即残压切换。而据有关资料，以上几种厂用电切换方式都不能很好地满足安全性、可靠
6、性的要求。国内有关资料已经提供了不少同厂用电切换有关的问题和事故，如停机停炉、设备冲坏等。事实上，厂用电切换不当引起的问题有些是明显的、突发的，而有些是渐变的。譬如：电动机或备用变受一两次冲击并不一定马上就损坏，即使坏了，也并不一定引起足够的重视。厂用电切换过程与很多因素有关，较长时间未发生问题并不意味着不存在隐患。1.1 切换时间长，可靠性差华能鹤岗发电有限公司#1、#2 机组厂用电备自投回路都是由常规电磁型继电器组成，闭锁备自投条件很多，因此可靠性差，同时由于厂用电备自投回路是慢速切换回路(残压切换),在厂用电切换过程中,由于切换时间长,给粉电源将跳闸,即使厂用电切换成功，锅炉也会灭火，很
7、难满足机组稳定运行要求；事故时厂用电即使切换成功，对于机组安全也是个重大隐患。由于采用低电压起动，其低电压时间必需躲过相临系统故障和高压电动机内部故障切除时间 t=t1+t式中 t1 为系统故障以及高压电动机内部故障继电保护最大动作时限； t 为时限阶段，取0.50.7S。厂用电工作电源以及电动机过流保护动作时间一般为 0.51.5 s，所以 BZT 延时切换时间为 12 S。BZT 切换时间过长，首先是对机、炉辅机电动机不利，因为电动机自起动时间增长，电机容易发热。其次是对锅炉的稳定运行不利，因为切换时间过长，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，其风粉比就不能保证。这样
8、，就不能维持锅炉的正常燃烧。若此时 BZT 自投成功，厂用电恢复，未燃的燃料吹进锅膛，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，这也有利于 BZT自投，提高母线电压恢复速度。但机组的出力将下降，影响了机组的带负荷能力。1.2 厂用电母线故障 BZT 自投故障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。从多次厂用电母线故障分析，多数是永久性故障。因为 300MW 机组 6kV 厂用电系统是不接地系统，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
9、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，备用电源开关由 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(控制熔丝熔断)，只能由备变后备保护切除故障，使故障范围扩大，损失惨重1.3 BZT 装置及回路存在的问题1.3.1 低电压继电器可靠性不高电压继电器采用电磁型继电器，其动作接点容易脱轴、卡牢，当工作母线电压消失时，继电器
10、不会动作。正因为有这种问题存在，现在大多数电厂已经把低电压继电器改为静态继电器。目前静态继电器可靠性虽然比电磁型继电器高，但由于生产厂家众多，产品质量好坏不一，用户反应质量可靠的静态继电器不多。如镇海电厂 BZT 装置中的低电压继电器已经全部改为静态继电器，经一段时间运行，出现了个别继电器工作电源不良、出口小中间继电器不动作等问题，导致 BZT 自投不成功，厂用电中断，MFT 动作跳机。1.3.2 BZT 闭锁继电器 BSJ 延时时间不稳定BZT 装置中的 BSJ 继电器，是电磁型延时中间继电器，它的功能是只允许 BZT 合闸一次。当工作电源开关跳闸时，BSJ 延时返回，其延时返回时间应大于备
11、用电源开关的固有合闸时间，一般取 0.30.4 s，才能保证备用电源可靠合闸。因为 BSJ 延时返回时间靠调节继电器的电磁铁间隙来实现，在长期运行中，调节螺丝容易松动，使 BSJ 延时返回时间缩短，其延时返回时间与备用电源开关固有合闸时间失配，以至 BZT 不能正确动作。2 厂用电切换方式改进探讨国外在厂用电的事故切换中已广泛采用快速切换，国内近几年的新建工程也基本采用了快速切换装置。随着真空和 SF6 开关的广泛应用，厂用电源采用新一代快速切换装置已毋容置疑。由于鹤电公司厂用开关为 3AF 型真空开关，满足厂用电快速切换条件，如果采用快速切换装置，将使厂用电切换时间大大缩短，最快达到 100
12、ms 以内切换成功，同时微机型厂用电快速切换装置还能够实现同期合闸，可以彻底解决上述问题；采用厂用电快速切换装置，还可以有效增加电气设备使用寿命，增加厂用电切换成功率，从经济、安全两方面都有重大意义；另外电磁型备自投装置运行期间由于运行条件限制无法进行备自投试验，备自投成功率很难保证。因此我们取消了原来的厂用电备自投回路，安装了两套南京东大金智电气销售有限公司生产的 MFC2000 微机型厂用电快速切换装置。该微机型厂用电快速切换装置具有如下优点：灵敏度高，可靠性强发生事故和异常现象极少；切换时间短；快速切换成功后，可保障厂用电压不低于 85%。厂用电切换的几种方式：2.1 快速切换假设有图
13、1 所示的厂用电系统，工作电源由发电机端经厂用高压工作变压器引入，备用电源由电厂高压母线或由系统经起动/备用变引入。正常运行时，厂用母线由工作电源供电，当工作电源侧发生故障时，必须跳开工作电源开关 1DL，合 2DL，跳开 1DL 时厂用母线失电，由于厂用负荷多为异步电动机，电动机将惰行，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，称其为残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。以极坐标形式绘出的某 300MW 机组 6KV 母线残压相量变化轨迹(残压衰减较慢的情况)如图 2 所示。图 1 厂用电一次系统（一段）简图 图 2 母线残压特性示意图 图 2 中 VD 为母线残压，V S 为备用电源电压，U 为备用
14、电源电压与母线残压间的差拍电压。合上备用电源后，电动机承受的电压 UM 为：UM = XM / (XS X M) U （1）式中，X M -母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗.XS -电源的等值电抗.令 K X M /（X S X M） ，则UMKU （2）为保证电动机安全自起动, UM 应小于电动机的允许起动电压, 设为 1.1 倍额定电压UDe ，则有：KU 1.1 U De （3）U（）1.1 / K （4）设 K0.67，则U（）1.64。图 2 中，以 A 为圆心，以 1.64 为半径绘出弧线AA，则 AA的右侧为备用电源允许合闸的安全区域，左侧则为不安全区域。若
15、取K0.95，则U（）1.15，图 2 中 BB的左侧均为不安全区域。假定正常运行时工作电源与备用电源同相，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 AB 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” 。图 2 中，快速切换时间应小于 0.2S，实际应用时，B 点通常由相角来界定，如 60，考虑到合闸回路固有时间，合闸命令发出时的角度应小于 60，即应有一定的提前量，提前量的大小取决于频差和合闸时间，如在合闸固有时间内平均频差为 1Hz，合闸时间为 100ms，则提前量约为 36。快速切换的整定值有
16、两个，即频差和相角差，在装置发出合闸命令前瞬间将实测值与整定值进行比较，判断是否满足合闸条件。由于快速切换总是在起动后瞬间进行，因此频差和相差整定可取较小值。2.2 同期捕捉切换同期捕捉切换由东南大学首次提出，并成功运用于 MFC2000 快切装置。其原理概括如0.4S 0.7S0.1S0.5S0.9S0.6S0.2S下：图 2 中，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” 。前面已分析过，用固定延时的方法并不可靠。最好的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到在反馈电压与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸
17、，这就是所谓的“同期捕捉切换” 。以上图为例，同期捕捉切换时间约为 0.6S, 对于残压衰减较快的情况，该时间要短得多。若能实现同期捕捉切换，特别是同相点合闸，对电动机的自起动也很有利，因此时厂母电压衰减到 6570左右，电动机转速不至于下降很大，且备用电源合上时冲击最小。需要说明的是，同期捕捉切换之“同期”与发电机同期并网之“同期”有很大不同，同期捕捉切换时，电动机相当于异步发电机，其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场，而转子不存在外加原动力和外加励磁电流。因此，备用电源合上时，若相角差不大，即使存在一些频差和压差，定子磁场也将很快恢复同步，电动机也很快恢复正常异步运行。所以，此处同期指在
18、相角差零点附近一定范围内合闸（合上） 。在实现手段上，同期捕捉切换有两种基本方法：一种基于“恒定越前相角”原理，即根据正常厂用负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度（取决于该时的频差）和合闸回路的总时间，计算并整定出合闸提前角，快切装置实时跟踪频差和相差，当相差达到整定值，且频差不超过整定范围时，即发合闸命令，当频差超范围时，放弃合闸，转入残压切换。这种方法缺点是合闸角精确度不高，且合闸角随厂用负载变化而变化。另一种基于“恒定越前时间”原理，即完全根据实时的频差、相差，依据一定的变化规律模型，计算出离相角差过零点的时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令。该方法从理论上讲，能较精确地实现过零
19、点合闸，且不受负荷变化影响。但实用时，需解决不少困难：一是要准确地找出频差、相角差变化的规律并给出相应的数学模型，不能简单地利用线性模型；二是由于厂用电反馈电压频率变化的不完全连续性（有跳变）及频率测量的间断性（10ms一点）等，造成频差及相差测量的间断和偏差；另外，合闸回路的时间也有一定的离散性等。由于在同期捕捉阶段，相差的变化速度可达 1-2/1ms，因此，任何一方面产生的误差都将大大降低合闸的准确性。2.3 残压切换当残压衰减到 2040额定电压后实现的切换通常称为“残压切换” 。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。如上图情
20、况下，残压衰减到 40的时间约为 1 秒，衰减到 20的时间约为1.4 秒。而对另一机组的试验结果表明，衰减到 20的时间为 2 秒。3 厂用电切换应用事项由于厂用母线上电动机的特性有较大差异，合成的母线残压特性曲线与分类的电动机相角、残压曲线的差异也较大，因此安全区域的划定严格来说需根据各类电动机参数、特性、所带负荷等因素通过计算确定。实际运行中，可根据典型机组的试验确定母线残压特性。试验表明，母线电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间，主要取决于试验前该段母线的负载。负载越多，电压、频率、下降得越慢，达到首次反相和再次同相的时间越长。而相同负载容量下，负荷电流越大，则电压、频率下降
21、得越快，达到最初反相和同相的时间越短。快速切换的思想在快速开关问世以后才得以实现。快速开关的合闸时间一般小于100ms，有的甚至只有 40-50ms 左右，这为实现快速切换提供了必要条件。假定事故前工作电源与备用电源同相，并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间，两电源仍同相，则若采用同时方式切换，且分合闸错开时间（断电时间）整定得很小（如 10ms） ，则备用电源合上时相角差也很小，冲击电流和自起动电流均很小。若采用串联切换，则断电时间至少为合闸时间，假定为 100ms，对 30 万机组，相角差约为 2030左右，备用电源合闸时的冲击电流也不很大，一般不会造成设备损坏或快切失败。快速切换能否实现，
22、不仅取决于开关条件，还取决于系统结线、运行方式和故障类型。系统结线方式和运行方式决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电压间的初始相角，若该初始相角较大，如大于 20，则不仅事故切换时难以保证快速切换成功，连正常并联切换也将因环流太大而失败或造成设备损坏事故。故障类型则决定了从故障发生到工作开关跳开这一期间厂用母线电压和备用电源电压的频率、相角和幅值变化，此外，保护动作时间和各其它有关开关的动作时间及顺序也将影响频率、相角等的变化。快切不成功时最佳的后备方案是同期捕捉。有关数据表明：反相后第一个同期点时间约为 0.4-0.6 秒，残压衰减到允许值（如 20%-40%）为 12 秒，而长延时则要
23、经现场试验后根据残压曲线整定，一般为几秒，以保证自起动电流在 46 倍内。可见，同期捕捉切换，较之残压切换和长延时切换有明显的好处。4 结论对于 300 MW 以上机组的 6KV 厂用电系统，采用快速切换方式，具有绝对的优越性，其优点为：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；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。因此，将厂用电自动切换采用传统的 BZT 装置惊进行改造就显得尤为重要了。参考文献1梁世康，许光一.厂用电力系统保护M.北京：水利电力出版社，19852M FC2000-2 型 微 机 厂 用 电 快 速 切 换 装 置 说 明 书作者简介：肖立佳，男，1971、11，工程师，黑龙江省鹤岗发电有限责任公司工作，1995 年 7 月毕业于佳木斯工学院电气技术专业。联系电话：0468-3692864。电子信箱：。
