浅谈燃机厂用电快切装置及应用

张鑫

摘 要：该研究简单介绍了微机型厂用电快切装置的基本原理和工作方式，结合某公司燃机厂用电的现状分析了快切装置的实际应用情况，以供参考。

关键词：厂用电切换 母线残压 快速切换 同期捕捉切换 工作电源 备用电源

中图分类号：TM58 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0034-002

1 快速切换、同期捕捉切换、残压切换原理

图1 为典型的厂用母线电压衰减曲线。从图中可以看出，在厂用电源中断瞬间，母线残压的衰减量还不大，但残压与备用电源电压的矢量角差已开始拉开，如果备用电源投入的时机不当，将产生很大的冲击电流，直接作用于电动机，这不但影响了电机的使用寿命，甚至可能导致切换失败造成厂用电中断，其后果是十分严重的。因此，厂用电切换必须根据系统的残压衰减特性，选择合适的切换时机。根据实际运行经验得出，为保证厂用电的成功切换且不产生大的冲击电流，备用电源断路器最合适的合闸时刻是厂用母线残压与备用电源电压的相角差不超过30°，即厂用电系统切换全过程在100 ms以内。快速开关的合闸时间一般<100 ms，有的甚至只有40～50 ms左右。这为实现快速切换提供了必要条件。

（1）快速切换。

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，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动，如能在AB段内合上备用电源，则既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多，这就是所谓的“快速切换”。图1中快速切换时间应小于0.2 s，实际应用时，B点通常由相角来界定，如60°，考虑到合闸回路固有时间，合闸命令发出时的角度应小于60°，即应有一定的提前量，提前量的大小取决于频差和合闸时间，如在合闸固有时间内平均频差为1 Hz，合闸时间为100 ms，则提前量约为36°。快速切换的整定值有两个，即频差和相角差，在装置发出合闸命令前瞬间将实测值与整定值进行比较，判断是否满足合闸条件。

（2）同期捕捉切换。

同期捕捉切换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，这时相角差为0，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，这种切换称为同期捕捉切换。以图1为例，同期捕捉切换时间约为0.6 s， 对于残压衰减较快的情况，该时间要短得多。若能实现同期捕捉切换，特别是同相点合闸，对电动机的自起动很有利，因为此时厂母电压衰减到65%～70%左右，电动机转速不至于下降很大，且备用电源合上时冲击最小。

（3）残压切换。

当残压衰减到20%～40%额定电压后实现的切换通常称为“残压切换”。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。如图1情况下残压衰减到40%的时间约为1 s，衰减到20%的时间约为1.4 s。

2 厂用电系统常见的切换方式和启动方式

（1）切换方式。

并联切换：按“先合后断”的原则，先合上备用电源，两电源短时并列，然后发跳闸指令，跳开工作电源，但是如果在切换过程中，机组或工作电源发生故障，由于电源的并列，将加剧故障，扩大事故范围，因此，并联切换禁止使用于事故切换，但是手动切换过程中仍可能存在上述风险。串联切换：按“先断后合”的原则，先跳工作电源，确认工作开关跳开后，再发合闸指令，合上备用电源，串联切换切换时间长，一般都在150 ms以上，因此切换对系统和设备造成的冲击较大，而且由于允许切换的条件之一是工作电源的成功分闸，其辅助接点的可靠性很可能是导致切换失败的因素之一。同时切换：按“同时断合”的原则，同时发出断路器的分、合闸指令，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15 ms，所以同时切换可达到极短的切换时间，满足系统对冲击电流的要求，切换成功率高，安全性好。可用于正常切换，也可用于事故切换。

（2）启动方式。

正常手动切换：由运行人员手动操作起动，快切装置按事先设定的手动切换方式（并联、同时）进行分合闸操作。事故自动切换：由保护接点起动。发变组、厂变和其它保护出口跳工作电源开关的同时，起动快切装置进行切换，快切装置按事先设定的自动切换方式（串联、同时）进行分合闸操作。不正常情况自动切换：有两种不正常情况，一是母线失压。母线电压低于整定电压达整定延时后，装置自行起动，并按自动方式进行切换。二是工作电源开关误跳，由工作开关辅助接点起动装置，在切换条件满足时合上备用电源。

3 关于某厂拟用110 kV系统做燃机厂用工作电源的可行性分析

我厂燃机厂用电有A、B两段，每段配置一套独立的快切装置。正常手动切换为双向，切换方式为并联方式；事故自动切换为单向，只能从工作段切向备用段，切换方式为串联方式。厂用电工作电源由高厂变经1611、1612开关提供，备用电源由#0乙启备变经备用段再经1601、1602开关提供。1601、1602、1611、1612四个开关均为真空断路器，合跳闸时间均满足快速切换要求。A套快切装置作用于1611和1601开关，保证厂用6 kV A段供电；B套快切装置作用于1612和1602开关，保证厂用6 kV B段供电。快切装置取电压量分别来自工作段母线PT、厂用分支PT和备用段PT。其中，工作段母线电压取A、B、C、N四相，工作电源电压和备用电源电压只取A相，但工作电源电压与备用电源电压必须在6 kV侧同相（当工作电源电压和备用电源电压取自变压器高压侧时考虑此问题）。如果改用110 kV经#0乙启备变做燃机厂用电的工作电源，而把燃机高厂变做为厂用电的备用电源的话，个人认为需要考虑以下几个问题：

（1）应在高厂变高压侧加装断路器。作为备用电源使用的高厂变故障时，不应联跳01开关和2201开关，只需断开高压侧和低压侧三个开关把事故隔离即可。

（2）作为工作电源的#0乙启备变应该有两套保护，现只有一套，应再加装一套。

（3）部分定值可能需要更改。例如同捕恒定越前相角，因为此值是根据正常厂用负荷和运行方式整定计算得出的，更换电源后应重新计算。另外，也应考虑正常并联切换、快切的频差、相角差定值是否需要重新整定计算。

（4）快切装置的交流量输入要更改，“厂用分支PT”和“备用分支PT”对调。开关量输入需要更改，“厂用分支开关”和“备用分支开关”对调。跳合闸出口需要更改，“跳工作”和“跳备用”对调，“合工作”和“合备用高”“合备用低”要更改接线。

参考文献

[1] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1991.

[2] MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置技术说明书[S].南京：江苏金智科技股份有限公司，东大金智电气自动化有限公司，2002.