厂用电快切装置在火力发电厂的应用

谭俊峰，李昕宇

（1.山西神头第二发电厂，山西 神头 036011；2.西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710049）

0 引言

随着电力系统安全自动装置的日益普及，火力发电厂厂用电通过常规的电气连锁进行切换的技术已逐步退出历史舞台，取而代之的是自动化水平高、技术成熟、可靠性更高的厂用电快切装置。但是在实际应用中依然存在不能正常切换的现象，给发电厂厂用电的安全造成一定威胁，本文通过对快切装置工作原理及实际应用中的典型实例进行分析，提出了快切装置运行中常见故障及解决办法，为装置及厂用电系统的可靠运行提供保障。

1 厂用电快切装置的概念和特点

“厂用电快切装置”是指能够实现发电厂厂用电与备用电源的同期、快速切换的一种自动装置。具有切换可靠、方式灵活、冲击电流小等特点，在电力系统中被广泛使用。

众所周知，发电机组在启动、停运和故障掉闸时厂用电系统均需进行切换，以保证厂用电系统的安全、经济。过去厂用电切换常采用厂用电与备用电源的并列切换方式，冲击电流大，对电网的安全构成一定威胁，而且操作繁琐，不利于生产的需要。快切装置的问世及时、有效地解决了这一难题。它可以自动捕捉同期点，实现高速、同期切换，大大降低了对电网机组设备的威胁。而且快切装置的投入使用提高了机组的自动化水平，减少了运行人员的操作程序，缩短了操作时间，减少了误操作的几率，提高了厂用电切换的成功率，机组安全性、可靠性大幅提高[1]。

2 厂用电快切装置的工作原理

厂用电快切装置实质是一种能在正常或特殊工况下，实现工作和备用电源相互切换操作的自动装置。

2.1 切换方式

厂用电快切装置按照“切换原因”通常分为事故切换、正常切换和非正常切换三大类。

a）事故切换：事故情况下，在厂用母线电源消失后，快速实现备用电源的自动投入，以保证厂用母线电压的连续、稳定。

b）正常切换：指机组在启动和停运时，工作电源与备用电源之间的快速切换。

c）非正常切换：在厂用母线电压出现较大下降，或误跳工作电源时，实现工作电源与备用电源之间的快速切换。

2.2 工作原理

事故切换面对的是厂用电动机群在失电后的反馈电压与备用电源的同期操作，与正常同期的区别是两个待并电源一个是电压和频率均为正常值的备用电源，另一个是电压和频率在不断下降甚至突变的厂用工作母线上电动机群的反馈电压。因此，需要使用计及同期点两侧电压差和频率差变化规律的快速算法来捕捉投入备用电源的时机。这个时机不是正常同期的压差、频差较小且相位差位“0”的时机，而是一个压差、频差及相角差值都能确保备用电源快速安全投入的时机。

正常切换是地道的同期操作，不论是工作分支断路器或是备用分支断路器都有可能在切换过程中碰上差频同期或合环同期，因此装置应能自动识别同期性质，并严格按照同期数学模型控制切换过程。而常见的串连切换、同时切换、检同期并联切换等，往往存在因备用断路器拒动造成母线失电的危险。

捕捉事故切换的最佳切换时机不仅与算法及编程技巧有关，而且在极大程度上取决于执行速度，例如软件执行时间、快切装置的出口分合继电器动作时间、外部分合闸中间继电器及断路器的动作时间等因素。断路器应选择快速断路器（永磁式真空断路器），快切装置则应将出口继电器及中间继电器的动作时间减到最小。

3 厂用电快切装置实际应用中存在的问题

神头第二发电厂一期设计为2台捷制500 MW燃煤机组，其厂用电接线如图1所示。1号启动变来自神头一电厂220 kV系统，它既作为1号、2号机组的厂用备用电源，又接带全厂公用系统负荷。当1号（2号） 机组6 kV厂用段工作开关掉闸后（保护或手动），可自动通过快切装置将该厂用段切为1号启动变带，保证机组厂用电系统的安全；但是，当6 kV公用段工作开关掉闸后，却不能实现快速反切，以致公用系统的安全受到极大威胁。为解决这一问题，在公用段设计增加电气连锁功能，通过电气连锁实现反切，以保证公用段的安全。可见，这种既作为备用电源，又接带公用系统负荷的启动变的设计理念已相对落后，存在很大弊病。

神头第二发电厂1号、2号机组快切装置投运以来，运行状况基本良好，但也发生过多次故障情况下不能实现自动切换，造成厂用系统失电事件。下面以两个典型事件为例简要说明。

图1 神头第二发电厂厂用电系统一次接线图

3.1 2号机组厂用2BA段故障切换失败

2008年10月2 6日，运行中的2号机组突然掉闸，6 kV厂用2BB段自投切换成功，2BA段备用开关未自投，造成6 kV厂用2BA段失电。手动合备用开关，恢复2BA段运行，并立即组织专业人员对事故切换不成功原因进行了分析，对快切装置进行了仔细检查，发现2BA段快切装置液晶画面黑屏，按动任意键（除复位键）装置无指示，按动“复位”键时，液晶画面看不清显示内容，只有条纹或马赛克，断电重新启动后故障仍然存在。检查“CPU”插件，未发现异常，逐一检查集成块，并逐一紧了一下，上电后，装置恢复正常显示。说明装置CPU插件元件存在接触不良现象，立即更换了CPU板及液晶插件并带开关进行了传动，机组启动后快切装置运行正常。

3.2 1号机组正常切换失败

2009年2月2 0日，1号机组按计划滑停，在进行6 kV厂用段由1号高厂变带切换为1号启动变带操作时，6 kV厂用1BA段切换成功，切换1BB段厂用段时，由于12BM06开关未合上，手动断开1BB03开关；第二次切换1BB段厂用电时12BM06开关仍未合上，又手动断开1BB03开关；最后先手动合上12BM06开关，第三次切换1BB段厂用段时切换成功。

立即对1号机组6 kV厂用电快切装置二次回路进行检查，外观检查发现3ZJ继电器动作后，常开接点3-11与4-12接触不到，用继电器测试仪测试所有中间继电器情况如表1所示。

表1 1号机组6 kV厂用电快切装置测试结果

在继电器校验中发现ZJ3常开接点3-11与4-12接触电阻无穷大，ZJ4常开接点4-12接触电阻无穷大，立即进行了更换。

后又将1BB段工作开关1BB02推至试验位置，备用开关1BB03、12BM06开关至工作位置，进行传动试验。1BB03、12BM06开关在合闸位置，1BB02开关在分闸位置，启动快切装置的“正常切换”，1BB02开关合闸，1BB03、12BM06开关分闸，切换成功；又启动快切装置的“正常切换”，1BB03、12BM06开关合闸，1BB02开关分闸，切换成功，故障现象消失，快切装置恢复正常运行。部分快切原理图见图2所示。

图2 快切装置原理图

4 厂用电快切装置实际应用中的注意事项

由于厂用工作电源与备用电源往往不在同一电网，始终存在两大电网通过厂用电系统非同期并列的隐患。因此，在厂用电切换过程中和厂用电运行方式的安排上应注意以下几个问题。

a）在正常开机和停机时厂用电切换过程中，应避免启动大型厂用设备，以维持发电机的稳定。

b）必须设置可靠的连锁和闭锁。

c）由不同6 kV母线供电的两低压母线在任何情况下均不得并列运行。

5 结论

提高厂用电快切装置动作的成功率，是防止厂用电母线失电，确保机组安全运行的重要手段之一[2]。厂用电工作电源和备用电源之间安全实现同期切换，能有效防止非同期并列，避免设备损坏事故的发生。

［1］ 于波.厂用电快切装置在火电厂的应用［J］.广西电力，2007（3）:47.

［2］ 张大庆.厂用电快切装置切换不成功分析与对策［J］.江西电力，2010（1）:57.