1、第31卷第9期華電技術Vol .31No .92009年9月Huadian Technol ogySep.2009廠用電快速切換裝置相關問題分析黃海波(湖南華電長沙發電有限公司,湖南長沙410203摘要:介紹了廠用電系統的概況及廠用電系統的切換方式,論述了廠用電快速切換裝置的工作原理。根據廠用電快速切換裝置數字錄波圖,分析和總結了快速切換裝置切換方式不穩定的原因,提出了廠用電快速切換裝置定值整定計算時應注意的事項。關鍵詞:廠用電快速切換裝置;廠用電系統;切換方式;保護誤動;錄波數據;整定中圖分類號:T M 762:T M 712文獻標志碼:B 文章編號:1674-1951(200909-000

2、1-05收稿日期:2009-05-250引言廠用電快速切換裝置(以下簡稱快切裝置是實現發電廠廠用母線電源快速切換的關鍵控制設備。在事故情況下,廠用電系統安全快速切換對減少事故損失、保護人身與設備安全至關重要。另外,一些重要輔機(如交流潤滑油泵等在備用電源切換過程中,若因快切裝置本身定值設置缺陷導致切換失敗或保安電源等原因造成失電,則有可能釀成重大事故,造成事故范圍擴大。湖南華電長沙發電有限公司采用鎮江華東電力設備制造廠生產的PZ H -1C 型微機廠用電快速切換裝置,廠用電備用電源事故切換為串聯、全自動方式。當全爐膛滅火造成鍋爐主燃料跳閘(MFT 動作時,快切裝置有時會以“快速切換”方式切換備

3、用電源、有時還會以“同期捕捉”方式切換備用電源,在廠用自動切換過程中,由于切換方式不穩定甚至會造成廠用負荷速斷保護動作誤切換電機。1廠用電系統概況湖南華電長沙發電有限公司現有2臺600MW機組(機組編號為#1、#2。#1、#2發電機組分別于2007年10月和12月建成投產。發電機均為上海東方電機股份有限公司生產的QFS N -600-2-22C 型水氫氫汽輪發電機,發電機出口電壓均為22k V,接有1臺容量為SFF -63/35-35MV A 、電壓為22/6.36.3k V 的高壓廠用工作變壓器(以下簡稱高廠變作為廠用電系統的工作電源。廠用電系統的啟動備用變壓器(以下簡稱啟備變電源由1臺容量

4、為SFFZ10-63/35-35MV A 、電壓為230/6.36.3k V 的#01啟備變提供。當機組并網后有功負荷達180MW 左右時,將廠用系統電源由#01啟備變切換至高廠變供電,首先在分散控制系統(DCS 畫面上將廠用電切換方式投并聯,將快切保護屏自動/半自動壓板投入(半自動狀態,即正常切換方式為并聯半自動。每臺機組6.3kV 廠用電一次系統均采用2段式母線接線方式,2段母線分別接自高廠變/啟備變低壓側2個分裂繞組,且2臺機組共用1臺啟備變。#1機組6.3k V 廠用電系統一次接線圖如圖1所示。2廠用電系統的切換方式湖南華電長沙發電有限公司廠用電切換方式主要有2種。(1正常切換是指正常

5、啟、停機時進行的廠用電源切換,其切換方式為并聯半自動。即,手動啟動裝置經同期檢定后,裝置發合備用電源命令,而跳開工作電源由人工操作完成,這種方式的優點是切換過程中不會造成廠用電的中斷,但兩側電源存在短時并列運行,若此時6.3k V 側發生短路,短路電流將更大。當6.3k V 廠用系統電源由#1高廠變切換至#01啟備變時,首先選擇好正常切換方式(并聯半自動,即在集控室顯示器(CRT 畫面上將該段母線備用電源切換方式選擇開關投并聯,在快切保護屏上將自動/半自動壓板短接,手動啟動裝置,經同期檢定后,裝置發合備用電源開關命令,而跳開工作電源開關由人工在集控室通過操作CRT 畫面由DCS 通過廠用電綜合

6、自動化系統(FECS 完成,切換完畢后,在CRT 畫面上將該段母線備用電源切換方式選擇開關投串聯,并斷開快切保護屏上自動/半自動壓板,即轉到事故切換所需的切換方式(串聯全自動,以備事故切換。6.3kV 廠用系統電源由#01啟備變切換至#1高廠變與此類似。2華電技術第31卷 圖1廠用電系統一次接線圖(2事故切換是指由于工作電源故障而引起的切換,它是單向的,只能由工作電源切至備用電源,其切換方式為串聯全自動。由反映工作電源故障的保護出口啟動裝置先跳開工作電源,如此時同期條件滿足并確認工作電源已跳開,則合上備用電源。當#1發變組保護發生事故跳閘時,保護動作跳開6.3kV一段、二段母線工作電源進線開關

7、,同時分別啟動該段母線的快切裝置,如此時同期條件滿足并確認工作電源開關已跳開,快切裝置就發出合該段母線備用電源進線開關的命令,完成事故情況下廠用電源的自動切換。若鍋爐主燃料跳閘(MFT動作,則先觸發汽輪機跳閘,由主汽門關閉接點觸發發變組保護啟動快切。3廠用電快切裝置切換方式不穩定原因分析3.1快切裝置的切換模式(1快速切換是在母線殘壓還沒有下降之前,投上備用電源。為了避免母線電壓與備用電源電壓相位差過大時進行切換的危險,快切裝置具有在切換過程中非同期閉鎖的功能,當不滿足同期條件時,閉鎖快速切換,轉而進行同期捕捉。(2同期捕捉即在母線電壓還未大幅下跌之前,軟件連續分析母線相差、頻差值,通過對母線

8、相位變化的實時計算分析,根據合閘所需時間,捕捉合閘時機,使得合閘完成時備用電源電壓與母線電壓的相位差接近0°。這樣既減小了對廠用設備的沖擊電流,又利于設備的自啟動。同期捕捉切換的最大允許頻差為6.0Hz。(3殘壓切換是當快切和同捕不能滿足時,當母線殘壓下降到設定電壓時實現的切換為殘壓切換。經殘壓檢定的慢速切換作為快速切換和同期捕捉的后備切換,以提高切換的成功率。(4長延時切換是在某些情況下,母線上殘壓可能不容易衰減或殘壓切換參數設置不合理,可能會推遲或不再進行合閘操作。當檢測到母線電壓低于母線允許電壓參數設定值時,裝置啟動長延時允許切換計時,當累計時間大于長延時時間設定值時,裝置發出

9、合閘命令,裝置中的長延時切換是其他切換方式的后備補充。3.2切換記錄分析2009年1月18日,由于全爐膛滅火而造成MFT動作停機時,快切裝置的定值和數字錄波記錄如下:PZ H-1C廠用切換裝置打印報告打印時間:2009-01-28參數信息01同期捕捉:1允許同期捕捉設置為“1”,禁止同期捕捉設置為“0”02低壓減載允許:0允許低壓減載設置為“1”,禁止低壓減載設置為“0”03長延時允許:1允許裝置采用長延時方式合閘設置為“1”,禁止長延時方式合閘設置為“0”第9期黃海波:廠用電快速切換裝置相關問題分析304相差:20°允許快速切換的最大相角差05頻差:1.0Hz允許快速切換的最大頻率

10、差06殘壓:30.0V允許慢速切換的最大母線電壓07低電壓啟動值:70.0V啟動低壓延時的最大母線電壓08工作電壓正常:80.0V工作電源電壓值不小于設定值09備用電壓正常:80.0V備用電源電壓值不小于設定值10低電壓啟動延時:0.10s允許母線低壓的最大延時11閉鎖快切延時:100m s裝置響應外部閉鎖快切接點的時間,即外部開入確認的有效時間12合備用延時:20m s事故并聯自動切換時,為了防止故障工作電源跳閘時間長于備用電源合閘時間,備用電源和故障工作電源并聯運行,導致切換失敗,延時發出合備用命令的時間13合閘時間:80m s(同捕允許時有效目標電源斷路器的合閘時間14低壓減載延時1:9

11、.99s(減載允許時有效母線電壓持續低于低壓啟動值的時間,超出時裝置發出低壓減載命令115低壓減載延時2:9.99s(減載允許時有效母線電壓持續低于低壓啟動值的時間,超出時裝置發出低壓減載命令216后加速延時:4.00s當裝置合上備用時同時發出后加速跳備用允許命令,此命令僅在一段時間內有效17長延時時間:2.00s當長延時允許時,時間有效18備用方式:1當備用電壓取于6k V,設置值為“0”,否則為“1”19母線-工作相差:0°母線AB相和工作電源的相角差20母線-備用相差:0°母線AB相和備用電源的相角差21母線電壓允許:70.0V允許長延時切換的最大母線電壓22冷備延時

12、:100m s當需要合高壓開關時,合6kV開關需要延遲的時間23通訊地址:2通訊過程中用來識別裝置的通訊碼PZ H-1C廠用切換裝置打印報告打印時間:2009-01-28切換記錄切換時間:2009-01-18T07:16:13同期捕捉分析切換記錄,發現了以下2個問題:(1非電量保護動作,快切裝置切換完畢所需時間為934m s,是采用母線工作電源開關輔助接點接入備用電源開關合閘回路來實現切換的原始備自投方式所用時間的5倍左右。(2根據快切裝置的原理,在切換過程中,如不滿足快切所設定的同期條件(定值設置的第04,05項,母線電壓與備用電源電壓相位差小于20°、頻差小于1Hz時,閉鎖快速切

13、換,但頻差又小于6Hz 時,裝置自動轉入同期捕捉狀態,根據母線電壓相位變化速率及斷路器固有合閘時間,連續實時計算相位差,在頻差允許范圍內,捕捉合閘時機,使得合閘完成時相位差接近零度。從切換記錄上看合備用電源進線斷路器結束時母線殘壓與備用電源電壓相位4華電技術第31卷差為360-298=62(°。根據快切裝置圖紙、接線、定值、設備運行方式及快切裝置的幾次動作報告,筆者展開了全面的分析:(1湖南華電長沙發電有限公司#01啟備變處于熱備用狀態,備用電源電壓取6kV,因此,定值設置的第18項備用方式應設置為“0”。而實際定值按冷備用方式整定,與湖南華電長沙發電有限公司實際運行方式不符,導致合

14、備用電源時增加100m s (定值設置的第22項延時,是導致快切方式不穩定的直接原因。因為當工作電源失去后,由于電動機氣隙磁場及電動機轉動慣量的存在,使6.3k V母線產生殘壓,而殘壓衰減的快慢與初始的儲能有關,即與工作電源失去以前的負荷狀況有關,切換前負荷越小,母線殘壓及相角變化越大,經100m s(定值設置的第22項后越易造成非同期(定值設置的第04,05項動作閉鎖快速切換,轉而進行同期捕捉切換。(2從切換記錄可知,備用電源進線斷路器動作時間實測為719-675=44(m s,而定值設置的第13項合閘時間設為80m s,是導致合備用電源進線斷路器結束時母線殘壓與備用電源電壓相位差為62&#

15、176;的主要原因。斷路器動作時間設為44m s時,快切裝置合備用結束時母線殘壓與備用電源電壓相位差為360(1/4.6×1000×44+223=296(°,理論計算與快切報告(298°基本相符。斷路器動作時間設為80m s時,快切裝置合備用結束時母線殘壓與備用電源電壓相位差為360(1/4.6×1000×80+223=356(°,合閘完成時相位差360-356=4(°,接近零度。4快切裝置定值重新整定后的錄波數據分析4.1快切裝置整定時的注意事項為了提高裝置快速切換的成功率,減小對廠用設備的沖擊電流保證設備的自啟

16、動,又對快切裝置定值重新進行了整定。典型快速切換設置參數為:(定值的第05項頻差為1.0Hz,(定值的第04項相差為30°。如裝置在30°合閘,頻差為1.0Hz情況下,50m s(備用斷路器合閘時間后相差擴大到360×50+30= 48(°<60°,依據鎮江華東電力設備制造廠生產的PZ H-1C型微機廠用電快速切換裝置技術說明書可知:當備用電源斷路器開關合上時,母線殘壓和備用電源電壓相位差在60°以內的快速切換是安全的。母線低電壓啟動值(定值的第07項的設置應按廠用母線電動機自啟動時最低允許母線電壓來考慮,低電壓啟動延時(定值的

17、第10項的設置需要考慮以下2個問題:(1大于廠用母線電動機的自啟動時間,因為這種狀況不需要裝置啟動切換。(2與判斷母線故障的后備保護動作時間相配合,防止備用電源投切到故障母線上。兩者取較大者。依據參考文獻1的觀點:母線允許電壓(定值的第21項的設置主要考慮到當母線出現容性負載時,母線上殘壓可能不容易衰減,或殘壓切換參數設置不合理,母線殘壓不能下降到殘壓切換設定電壓時,裝置將啟動長延時允許切換,當累計時間大于長延時時間(定值的第17項設定值時,裝置發出非同期合閘命令。因此,母線允許電壓(定值的第21項的設置值應大于母線殘壓設定值(定值的第06項小于母線低電壓啟動值(定值的第07項的設定值,一般設

18、置50V。另外,軟件內部設置頻差大于6.0Hz時閉鎖同期捕捉切換,母線三相電壓低于60V時閉鎖快速切換。為防止切換過程中母線電壓衰減較快,所帶負荷中的非重要輔機可能還來不及退出,此時合上備用電源,所有輔機將一起自啟動而引起啟備變過流,為此需要同時判斷母線電壓的情況,當母線三相電壓低至殘壓設定值(定值的第06項時,將同時閉鎖快速切換和同期捕捉切換。4.2切換數據分析2009年3月28日,由于全爐膛滅火而造成鍋爐主燃料跳閘(MFT動作停機時,快切裝置的定值和數字錄波記錄如下:PZ H-1C廠用切換裝置打印報告打印時間:2009-03-28參數信息01同期捕捉:1允許同期捕捉設置為“1”,禁止同期捕

19、捉設置為“0”02低壓減載允許:0允許低壓減載設置為“1”,禁止低壓減載設置為“0”03長延時允許:1允許裝置采用長延時方式合閘設置為“1”,禁止長延時方式合閘設置為“0”第9期黃海波:廠用電快速切換裝置相關問題分析504相差:30°允許快速切換的最大相角差05頻差:1.0Hz允許快速切換的最大頻率差06殘壓:30.0V允許慢速切換的最大母線電壓07低電壓啟動值:70.0V啟動低壓延時的最大母線電壓08工作電壓正常:80.0V工作電源電壓值不小于設定值09備用電壓正常:80.0V備用電源電壓值不小于設定值10低電壓啟動延時:1.2s允許母線低壓的最大延時11閉鎖快切延時:100m s裝置響應外部閉鎖快切接點的時間,即外部開入確認的有效時間12合備用延時:20m s事故并聯自動切換時,為了防止故障工作電源跳閘時間長于備用電源合閘時間,備用電源和故障工作電源并聯運行,導致切換失敗,延時發出合備用命令的時間13合閘時間:50m s(同捕允許時有效目標電源斷路器的合閘時間14低壓減載延時1:9.99s(減載允許時有效母線電壓持續低于低壓啟動值的時間,超出時裝置發出低壓減載命令115低壓減載延時2:9.99s(減載允許時有效母線電壓持續低于低壓啟動值的時間,超出時