发电厂厂用电快速切换技术研究

沈永红

摘要：发电厂是生产电能的主要场所，每年生产了大量的电能供社会各行各业使用。发电厂主要由建筑物、能量转换设备、辅助设备等共同构成。电源是发电厂生产设备稳定运行的前提，也是决定各类设备能否发挥作用的首要因素。为了安全期间，发电厂在生产期间会设置备用电源，当供电系统电源发生故障后可及时切换，以免系统因故障发生而中断运行。考虑到传统用电切换技术的不足，文章主要分析了发电厂厂用电快速切换技术的运用状况。

关键词：发电厂；快速切换；运用；分析

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0108-02

早期发电厂建设期间受到国内电力技术水平的限制，电厂备用电源切换多数采用了慢速切换技术。这使得常规电源转换到备用电源之间的操作时间较长，破坏了系统原先的稳定运行效率，给发电厂电能生产作业造成了诸多不便。经过长期的开发研究，我国对发电厂厂用电快速切换技术的运用更加成熟，备用电源切换的动作时间更短，显著提升了发电厂设备运行的效率。

目前火电厂厂用电快速切换如图1所示。

由于发电厂装机容量逐渐增大，电厂设备在运行期间要设置足够的备用电源，这样才故障发生之后才能保持发电厂生产作业的持续运行。电厂在对电厂建设初期的备用电源切换装置全面更新，将电厂用电慢切换技术由快切换技术取代。这之后，电厂生产电能的产量显著提升，厂内供电系统的运行更加稳定、安全、可靠。由此可见，发电厂厂用电快速切换技术的运用可以显著改善电厂生产电能的效率。

1发电厂厂用电快速切换的优点

我国电厂建设初期许多设备及相关技术还处于落后水平，传统电厂生产模式效率较低，每年的电能产量也难以达到全国用电的需要。随着新时期社会现代化建设步伐的加快，发电厂生产电能的任务更加繁重，对各环节的设备及装置性能要求更严。与传统的慢速切换方式相比，快速切换技术有着多个方面的优点，主要表现于以下几个方面。

①维护系统。从电力系统结构上看，电源是系统所有连接设备正常运行的保证。发电厂生产电能设置备用电源之后，慢速切换技术就一直运用于中小型发电厂。但随着社会用电量的逐渐增加，发电厂内部供电系统的荷载也大幅度上升，慢速切换模式已适应不了高负荷的运行状态。利用快速切换技术可以加快电源转换的速度，有效维护了机组的正常运行速率。

②稳定运行。慢速切换技术动作时间较长，若切换装置动作过缓则容易引起故障而中断了发电厂系统的运行。同时，慢速切换阶段的电流、电压、频率、滑差、相角、转矩等指标也会随之变化，若在切换过程中发生异常状况则会破坏电能传输的稳定性。发电厂厂用电快速切换技术可以在短时间内实现电源的切入，同时构建稳定的运行模式，如图2所示。

③防止故障。快速切换技术的运用能发挥多个方面的功能，在保证电厂设备可靠运行时也能防范故障的发生。如：快速切换方式在时间消耗上较短，当供电系统出现故障后迅速转移到备用电源上，这就避免因切换时间过长造成的设备受损。另外，在高负荷电能生产状态下，快速切换技术也可加强发电厂设备的稳定性，通过正确的接线及时转接电源。

④加强保护。从电厂改用为用电快速切换技术之后，发电厂的运行效率、电能产量等显著提高。电厂设计人员在规划备用电源时采用了多个保护装置，让用电快速切换有更多的操控选择，如：切换装置能够实现单独投、退动作。此外，对于无分支保护的场合则使用PCS-9655装置，对系统内部的支出提供加速保护功能，避免系统运行时发生阻碍。

⑤避免失电。目前，发电厂的供电系统主要使用单母分段供电方式，若设备及线路处于无异常状态时，系统内两段母线分别由电源的进线供电，开关CB1、CB2均闭合，母联开关CB3分位。设置快速切换技术后，如：利用PCS-9655厂用电快切装置在故障发生时能及时跳开故障进线开关（CB1或CB2），合母联开关CB3，避免母线失电现象的发生。

2发电厂同期捕捉切换的常见形式

发电厂厂用电快速切换技术需要借助不同的辅助元件完成，厂用电快速切换装置是不可缺少的构件。国内发电厂现有的厂用电快速切换方法包括：正常切换、事故切换。前者是厂用工作分支和备用分支间根据运行方式要求进行的切换；后者是厂用工作电源消失后快速投入备用电源的切换方式。无论是哪一种用电快速切换方式，其都具有工作同期、备用电源同期等问题。发电厂厂用电快速切换技术中的同期捕捉形式包括以下几种。

①恒定越前相角。这种原理下要参照同期捕捉过程中相角的变化情况而定，如：相角的速度、位置、大小等。此外，还需要对合闸的时间进行详细计算。根据这两方面的数据可以获得合闸的提前角，快切装置实时跟踪频差和相差。若装置内部的元件运行到一定程度后，则可操控合闸状态。如：若相差符合整定值、频差在整定范围内，则会有合闸信号发出，相反则放弃合闸。

②恒定越前时间。用电快速切换技术中基于“恒定越前时间”原理的切换，最关键的是参照了实时的频差、相差，通过计算机创建相对应的变化模型，由此推算出离相角差过零点的时间，根据时间状况来确定合闸控制的状态。如：当时间靠近合闸回路总时间后，控制系统会发出合闸命令。需要注意的是使用这种同期捕捉切换时要熟悉掌握频差、相角差等指标变化情况。

③冲击电流时机。电力系统内部电流大小变化对备用电源的影响较大，基于“冲击电流时机”原理的切换技术，其主要是捕捉电动机群规定的冲击电流完成切换动作。由于这一阶段许多电动机未能完全切除，给自启动创造而来有利的条件，这对于维护发电厂厂用电源的安全性有重要意义。具体情况：合上备用电源后电动机承受的电压：

UD=XD△U/（XS+XD） （1）

式中，XD为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为电源的等值电抗令K0=XD/（XS+XD）。

根据这一公式计算所得的结果，可以对电动机关闭、运行等操作流程合理调控，如：把电动机的有功功率、无功功率等指标综合控制起来。式（1）中UD值的选择要考虑到电动机实际运行的需要，本次研究参照相关标准设为1.1倍额定电压UGN，即：K0△U＜1.1UGN。发电厂厂用电快速切换时应根据设备的具体功能指标，及时调整内部电源的电压大小，为切换动作创造良好的条件。

3结语

综上所述，从本次研究的电厂情况看，对电厂建设初期的备用电源切换装置全面更新，将电厂用电慢切换技术由快切换技术取代。使得电厂生产电能的产量显著提升，厂内供电系统的运行更加稳定、安全、可靠。因而，发电厂在设置备用电源时要考虑快速切换技术的运用。

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