MFC2000-6型微机快切装置在电厂的应用

陈绪勇

(阳城国际发电有限责任公司，山西 阳城 048102)

MFC2000-6型微机快切装置在电厂的应用

陈绪勇

(阳城国际发电有限责任公司，山西 阳城 048102)

在火力发电厂中，保证厂用电的连续可靠供电对发电机组稳定运行具有重要的意义。介绍了MFC2000-6型微机快切装置的特点及切换原理，对其在某电厂的应用效果及应用中存在的问题进行了分析，并对装置的启动逻辑进行了优化。

微机快切装置；厂用电；启动逻辑；切换方式

0 引言

在火力发电厂中，辅机设备的可靠运行是保证发电机组安全稳定运行的基本条件。传统的备用电源自投方式是利用工作进线开关的辅助接点直接，或经低电压继电器、延时继电器启动备用进线开关投入。这种方式无相频检测，厂用电切换的成功率低或切换时间较长，高压电动机及启备变易受冲击损坏或绝缘老化的影响，而缩短使用寿命。

随着真空断路器在厂用电系统的广泛应用，开关断开和闭合的速度已经能够满足大部分厂用电快速切换的要求，所以对传统备自投方式进行改造显得尤为迫切。

1 改造前的厂用电概况

1.1 厂用电切换方式

某电厂机组6 kV厂用电切换方式在改造前采用的是残压切换，切换时采用串切的方式，即先断开工作进线开关，再合上备用进线开关。

在发生事故时，由发变组保护断开工作进线开关，同时发出厂用电切换命令，当厂用段母线电压低至30 % Ue且工作进线开关已断开时，合上备用进线开关。

残压切换时间较长，切换过程中常常会造成部分6 kV电机由于低电压而跳闸，电机自启动失败。

1.2 厂用电接线

以3号机为例，6 kV厂用Ⅰ，Ⅱ段工作电源由发电机经1号高压厂用变压器(以下简称“高厂

变”)引入，6 kV公用Ⅰ段工作电源由发电机经2号高厂变引入，备用电源均由3号启备变引入。3号机6 kV厂用电系统接线如图1所示。正常运行时，由发电机经2个高厂变分别带6 kV厂用、公用段，启动或事故情况下切换为备用电源带。6 kV开关全部采用西门子8BK20真空断路器，此开关结构简单、分合闸速度快、绝缘性能好。因此，从厂用电的运行方式和开关等硬件设备上来看，该厂6 kV厂用电开关设备具备使用MFC2000-6型微机快切装置的条件。

2 MFC2000-6型微机快切装置简介

2.1 装置特点

MFC2000-6型微机快切装置的主要特点为：

(1) 可进行手动、自动启动，具有并联、串联和同时3种切换方式；

(2) 可实现快速切换、同期捕捉切换、残压切换和长延时切换4种方式；

(3) 可实现自动频率跟踪采样计算，幅值、相位、频率测量快速准确；

(4) 可方便接入DCS系统。

2.2 切换原理

2.2.1 快速切换

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，必须先跳开工作电源，再合上备用电源。母线残压特性如图2所示，是以极坐标形式绘出的某300 MW机组6 kV母线残压相量变化轨迹。

图1 3号机6 kV厂用电系统接线

图2 母线残压特性示意

当合上备用电源后，电动机所承受电压VM为

式中：XM为母线上所有负荷折算到高压厂用电后的等值电抗；XS为备用电源的等值电抗。令K=XM/(XM+XS)，则：VM=K△U。

为保证电动机能安全启动，VM应小于电动机的允许启动电压，一般为1.1倍额定电压，Ue即：K△U＜1.1 Ue，所以，△U(%)＜1.1/K。

设XS∶XM=1∶2，K=0.67，则△U(%)＜1.64。在图2中以A为圆心，1.64为半径绘出弧线A′—A″，则A′—A″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。若取K=0.95，则△U(%)＜1.15，同理绘出的弧线B′—B″的左侧均为不安全区域。理论上K取值范围为0—1，可见K值越大，安全区越小。

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，则失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动。“快速切换”就是在A—B段内合上备用电源，既能保证电动机安全，又不会使电动机转速下降太多。根据该厂实际情况，经计算，整定快速切换相差定值为45°，快速切换频差定值为1 Hz，能保证厂用电动机的安全运行。

2.2.2 同期捕捉切换

实时跟踪残压的频差和角差变化，在C—D段捕捉残压与备用电源电压第1次相位重合点实现合闸。此时厂用母线电压约为65 %—70 %Ue，电动机转速不致下降很大，可顺利自启。另外，由于2电压同相，备用电源合上时冲击电流较小，不会对设备及系统造成危害。

同期捕捉切换有2种基本方法：同捕恒定越前相角和同捕恒定越前时间。该厂快切装置同期捕捉切换采用同捕恒定越前时间，整定值为69 ms。

2.2.3 残压切换

如果快速切换和同期捕捉切换不成功，则将转入残压切换。残压切换虽然能保证电动机安全运行，但由于停电时间过长，电动机能否自启成功、自启动时间等都将受到较大的限制。该厂快切装置残压切换设定值为25 %Ue。

2.2.4 长延时切换

如果快速切换、同期捕捉切换和残压切换均不成功，则将转入长延时切换。当长延时切换投入时，在快切装置启动后，经过设定的延时，装置将发出命令，断开工作进线开关，合上备用进线开关。该厂长延时切换整定时间为9 s。

3 MFC2000-6型微机快切装置实际应用

3.1 引入闭锁条件

(1) 保护闭锁。为防止备用电源误投入故障母线，当保护装置动作后，由保护出口启动闭锁快切装置。该厂实际运用中由工作进线开关过流保护动作启动闭锁快切装置。

(2) 异常闭锁。快切装置启动切换的必要条件之一是工作、备用进线开关任意一个在合位，而另一个断开，同时母线PT小车在工作位置。

若正常监测时发现这一条件不满足(工作开关误跳除外)，包括工作、备用进线开关同时在分位，工作、备用进线开关同时在合位，工作进线开关在分位但电流大于0.5 A，母线PT小车不在工作位置，母线PT断线以及后备电源失电等，装置将闭锁切换。

3.2 存在的问题及解决方法

快切装置自投运以来，运行良好且动作正确可靠；但经过探讨和分析，发现不正常情况下启动快切装置定值设置存在以下几种隐患，并进行了优化。3.2.1 母线失压启动快切逻辑

(1) 优化前的逻辑。优化前的母线失压启动逻辑如图3所示。因快切装置中没有引入工作进线电流，而且快切定值中“失压启动检进线无压”控制字投“0”，故图3中的与门输入条件“失压启动检进线无压=0”和“工作进线电流≤0.5 A”在任何情况下都满足，只要母线电压小于40 %，延时0.5 s就会发“失压启动”命令，启动快切装置进行厂用电切换。

该逻辑在母线失压的情况下，能够实现快速启动快切装置进行厂用电切换；但在正常运行中，当母线PT二次小开关故障跳闸后，就会发出“母线电压＜40 %”，快切装置也会启动进行厂用电切换。然而此时母线并没有失电，不需要进行电源切换，而且切换过程中会造成辅机设备跳闸，影响机组安全运行。

图3 优化前的母线失压启动逻辑

(2) 优化后的逻辑。鉴于图3中的逻辑存在误动的可能，故对逻辑条件进行了优化。优化后的母线失压启动逻辑如图4所示。将快切定值中“失压启动检进线无压”控制字投“1”；将检测“工作进线电流≤0.5 A”改为检测“工作进线电压≤40 %”。

优化后的逻辑能够避免上述误动的问题：正常运行中，当母线PT二次小开关故障跳闸后，虽然“母线电压＜40 %”发出，但“工作进线电压≤40 %”不满足，故不会启动快切装置。只有在母线与工作进线同时失压的情况下才会发“失压启动”命令，启动快切装置进行厂用电切换。

图4 优化后的母线失压启动逻辑

3.2.2 工作进线开关误跳启动快切逻辑

(1) 优化前的逻辑。优化前的工作进线开关误跳启动逻辑如图5所示。因快切装置中没有引入工作进线电流，而且快切定值中“误跳失流判据”控制字投“0”，故图5中的与门输入条件“误跳失流判据=0”和“工作进线电流＜0.5 A”在任何情况下都满足，只要工作进线开关跳开，就会发“误跳启动”命令，启动快切装置进行厂用电切换。

图5 优化前的工作进线开关误跳启动逻辑

该逻辑在工作进线开关无故障跳闸的情况下，能够迅速启动快切装置进行厂用电切换，保证母线不失电。但因“工作进线开关跳开”信号取自开关的辅助接点，正常运行中，若该辅助接点故障或接触不良，造成辅助接点位置丢失，就会启动快切装置进行厂用电切换。然而实际上工作进线开关并没有跳闸，母线也没有失电，不需要进行电源切换，而且切换过程中会造成辅机设备跳闸，影响机组的安全运行。

(2) 优化后的逻辑。鉴于图5中的逻辑存在误动的可能，对逻辑条件进行了优化。优化后的工作进线开关误跳启动逻辑如图6所示。将工作进线电流引入快切装置，作为逻辑条件进行判断；将快切定值中“误跳失流判据”控制字投“1”；将检测“工作进线电流＜0.5 A”改为检测“工作进线电流＜0.1 A”。

优化后的逻辑能够避免上述误动的问题：正常运行中，当工作进线开关辅助接点位置丢失时，由于实际上工作进线开关并没有跳开，逻辑中“工作进线电流＜0.1 A”不满足，故不会启动快切装置；只有在工作进线开关跳闸，同时工作进线电流＜0.1 A的情况下才会发“误跳启动”命令，启动快闭装置进行厂用电切换。

图6 优化后的工作进线开关误跳启动逻辑

4 结束语

MFC2000-6型微机快切装置具有完备的切换功能，测量精度高、切换速度快，在保证厂用电安全切换、设备安全运行方面有相当的优越性。但在实际应用中要根据厂用电的接线方式、运行方式、开关类型以及厂用电负荷的具体情况进行综合分析考虑，并按实际情况进行整定计算，来选择合适的切换方式和整定值，从而保证事故情况下厂用电切换的成功率，提高厂用电运行可靠性。

2016-11-12。

陈绪勇(1973—)，男，工程师，主要从事火电厂电气专业运行管理工作，email：554336340@qq.com。