快切装置在呼石化500万吨扩能改造项目中的应用研究

云瑞军

（中国石油呼和浩特石化公司，内蒙古 呼和浩特 010070）

概述

石化企业工艺装置的生产过程连续性强，且生产装置属于爆炸火灾危险环境，其用电负荷绝大部分属一、二级负荷，一级负荷中尚有特别重要的负荷，一旦中断供电需较长时间恢复生产，并可能引起爆炸、火灾、人身伤亡和设备损坏等重大事故，给企业造成巨大的经济损失，因此石化企业的安全、连续、可靠供电显得十分重要。

1 呼石化原供电系统及备用电源切换方式

呼和浩特石化公司原有电力系统两路110kV进线为分段单母线接线方式，由两台主变（容量16000kVA）降压至6kV给各区域变电所，6kV、380V分段断路器设置备自投装置，并设手动、自动切换开关。

由于原备自投装置的启动是以工作母线失压为判据，并没有采用启动更迅速的保护或失电为启动信号，且备自投切换时间比较长（一般在1～2S），所以在备自投动作前，装置的高压电机已经因低电压保护跳闸，而低压电动机控制回路里的交流接触器也因失电而释放，故而备自投在以往的实际运行中没有真正起到为装置提供连续可靠供电的作用。

2 呼石化新建供电系统及备用电源切换方式

呼石化500万吨项目新建总变仍然是两路110kV进线，由于新建500万项目供电负荷的大幅增加（计算负荷为56262kW），故厂区主供网络电压等级由6kV改为35kV，35kV/6kV区域或联合装置的变电所采用线路－变压器组方式，全厂配电系统以放射式向辖属的下一级变配电所或变配电装置直供。

为了能够更好的保证装置供电的可靠性和连续性，新建项目35kV母联断路器、6kV配电装置的分段断路器按照无扰动快速切换的备用电源自动投入装置设置。我公司快速切换装置采用的是当前快切装置市场上技术成熟、性能稳定的ABB公司SUE3000快切装置和合富机电TPM300快切装置产品。

3 快切装置切换方式介绍

快切装置动作按切换方式的优先级区分一般包括快速切换、首次同期点切换、残压切换和延时切换4种切换方式。

快速切换是当母线电源中断后，母线残压和备用电源电压之间的相位差不超过20的情况下，同时发出断路器的分、合闸指令，跳开工作电源，同时合上备用电源。系统实际无流时间仅为断路器合、分闸时间之差（一般不超过20ms）。快速切换的切换时间极短，切换全过程不超过100ms，完全满足系统对冲击电流的要求。

图1表示采用快速切换模式进行切换的波形图，从图中可以看到，母线的实际无流时间为12.5ms，这种切换方式可以实现几乎无冲击电流的快速切换。

图1 快速切换录波图

首次同期切换（切换过程250－500ms）是当母线残压和备用电源电压相对旋转一周又回到同期点，这时角差为零，差压也较小，若在这一时刻合上备用电源，电气设备受到的冲击也较小，这种切换称为首次同期点切换。图2为首次同期点切换的录波图。从波形图我们看到，冲击电流比快速切换增大了许多，但还是在系统可接受的范围内。

图2 首次同相切换录波图

残压切换（切换过程 400－1200ms）是当母线残压衰减到低于设定值时合上备用电源。一般来讲，当母线残压低于40%的额定电压时进行切换，冲击电流已降到可接受的范围内。图3为残压切换的录波图。从波形图中可看到，差压轮廓线的周期逐渐减小，反映了电动机减速的过程，残压切换引起的冲击电流较大。

图3 残压切换的录波图

延时切换（切换过程大于1700ms）是在发出切换指令后经过一定的延时后合上备用电源的切换方式，一般设定1.5s的等待时间。

综合以上四种切换模式的分析，切换装置设计的基本原则是尽量减小切换过程产生的冲击电流，其中最主要而且最理想的是快速切换，所以机组正常启停的切换以及故障时的切换必须首先采用快速切换，除非快切失败才继续执行备用切换模式。另外切换装置的所有4种切换模式是在同一时刻同时启动的，即4种不同的逻辑程序同时运行。

4 呼石化快切装置的调试应用

在项目施工单位完成项目施工以及快切装置参数的设定后，我公司技术人员协同施工单位及快切装置生产厂家调试人员对快切装置进行了调试与试验。

在快切装置投入运行后，在不同起动方式下（手动起动、保护起动、低电压起动）起动快切装置对系统进行切换试验，快切装置快速完成切换，切换过程中供电系统没有受到冲击和扰动。接下来我们在两段母线没有带负荷的情况下进行了手动起动、模拟保护起动、模拟低电压起动切换试验，快切装置动作执行切换。手动起动、模拟保护起动时执行了快速切换，模拟低电压起动时执行了残压切换。

另外，在生产装置电机单机试运过程中我们还进行了带负荷情况下保护起动的快速切换模拟试验。以动力站变电所为例：动力站一段母线所带负荷为2台阿特拉斯压缩机和四台6KV变压器所带的15台低压电动机，另一段母线不带负载。短接综保电流保护起动信号接点模拟动力站1#出线柜断路器电流保护跳闸故障，快切装置即刻起动完成了快速切换，整个切换过程中没有任何的波动，电机连续运行也没有受到影响。

结束语

通过快切换装置的调试试验可以发现，呼石化500万吨扩建项目35KV母联断路器、6KV配电装置的分段断路器采用无扰动快速切换装置在技术上是成功的。在系统出现故障、晃电或停电时，快切装置能够迅速执行切换，确保各装置供电在系统波动、低电压或线路内部故障时不受影响，从而在电源上确保了装置的安全、平稳、连续运行。快切装置在呼石化供电系统的成功应用，对提高石化企业供电安全性、可靠性、连续性方面有极大的推广应用价值。

[1]ABBSUE3000厂用电快速切换装置用户手册[Z].

[2]合富机电TPM300快速切换装置用户手册[Z].