发电厂 66kV厂用电系统CQZ装置的应用及探究

乔志庆

（大唐安阳发电厂，河南 安阳 455000）

电力系统中，因厂用电中断，备用电源不能可靠投入造成的设备损坏事故屡见不鲜，损失也非常惨重；因电厂内部事故诱发的电网事故也时有发生，给国民经济的发展、社会的稳定带来了极为不利的影响。因此，稳定可靠的厂用电是发电机组安全、稳定运行的必要条件之一。可靠的备用电源对于机组事故情况下的迅速恢复及安全、可靠停机也同等重要。所以，电厂厂用电源的稳定性、备用电源的可靠性对于发电厂及电网的安全具有十分重要的意义。

1 厂用电切换装置的演变

20世纪80年代，我国电网建设速度慢、电压等级低、用电量等相对较小，接入电网的发电机组单机容量相对也小一些。当一台机组出现故障（如：甩负荷、跳机等）时对电网的影响相对较小，所以当时200MW及以下的机组厂用电源的切换，一般采用老式的厂用电切换装置，称之为“BZT”，这种装置采用传统的继电器构成联动切换回路，响应时间长，可靠性差。

随着用电量激增，电网建设也得以快速发展，接入电网电站机组的单机容量也不断增加。随着300MW、600MW、1 000MW机组数量的快速增加，单机容量所占电网容量比也随之提升，此时某台大容量机组出现故障，对电网的稳定运行将产生较大的威胁，轻则导致系统低压、低频现象，重者可造成系统振荡、电压崩溃或系统瓦解。统计资料表明，在电厂的诸多事故中，辅机故障、厂用电异常造成的事故占很大比重。辅机故障一般又会波及到厂用电系统的安全，所以，在事故情况下如何保证厂用电系统的安全就显得极为重要。由于大容量机组配套使用的高压电动机数量、容量均增加很多，当电动机失电后惯性的存在，电动机端电压衰减比较慢，残余电压的幅值比较高，为选用快速切换装置提供了可能。正是基于以上情况的考虑，适合大机组厂用电系统切换装置应运而生。“厂用电快速切换装置”即“CQZ”，是发电厂的一种重要自动装置。CQZ装置具有动作速度快，切换方式多样、灵活，功能强大、操作便捷、可靠性高等特点，可以有效避免电源切换中的冲击和设备损坏，使得厂用电源的切换更加安全、可靠［1］。

2 厂用电快速切换装置“CQZ”的基本原理

从图1中可以看出，不同的θ角对应不同的△U值，当θ=180°，△U值最大。如果此时重新合上电源，对电动机的冲击最大。考虑母线上成组电动机的残压特性和电动机耐受电流能力的限制，存在一个备用电源合闸的安全区域，在此区域实现的电源切换称之为“快速切换”；等残压衰减到20%～40%时实现的切换，即“低电压检定切换”或“残压切换”同样对电动机也是安全的，我们称之为“慢速切换”。

图1 厂用电切换时电动机电压回路示意图u1—备用电源电压；u2—故障母线电压

图2 6kV母线残压相量变化轨迹图

一般情况下，正常运行时工作电源与备用电源同相（并列点相序相同），其电压相量端点为A，当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；快切装置启动后，实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到在反馈电压（残压）与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸，这就是所谓的同期捕捉切换。需要说明的是，同期捕捉切换之“同期”与发电机同期并网之“同期”有很大不同，此处所谓的“同期”指反馈电压与备用电源电压相角差在零点附近一定范围内的一个区域，此时两者电压幅值还是有差距的。如图2所示，若能在AB段内合上备用电源，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。

国外事故状态下的快速切换主要有两种：一是快速并联切换，二是快速串联切换。快速并联切换的过程中，两个电源可能出现1～2个周波并联的时间。因此，当故障发生在厂用母线上或发生馈线开关发生拒动时，保护须能够自动判别，并自动闭锁快切并联切换或不启动快切并联切换；否则有可能出现两个电源同时供给短路电流，使得短路电流增大，极易发生开关爆炸事故。故此，目前大部分用户事故切换方式选用“快速串联”切换方式。

3 切换装置运行情况及异常分析

我厂#9、10机组1997年投运，装置由镇江华东电力设备制造厂提供，型号为PZH-1。投运以来6kV厂用电在各种方式下切换不下上百次，动作基本正常。正常运行中，厂用电切换装置投“串联”“自动”方式，以备实现厂用电事故情况下的快速自动切换；启、停机时切换装置投“并联”“半自动”方式，进行手动操作，确保厂用电安全、可靠、正确的切换。

#9、10机组“CQZ”装置采用模块化集成电路板卡件组装而成，受当时技术和装备水平的限制，该装置部分操作、切换开关采用机械式双针插件和水平（左、右）双位拨钮开关。随时间推移，操作次数的累积，05年发生了厂用电切换不成功情况，经电控人员排查，确认为切换装置双针插件和水平（左、右）双位拨钮开关功能老化所致。操作中切换拨钮开关后，开关实际（内部）位置与外在面板显示位置不一致，导致切换功能紊乱，出现切换失败现象。更换以上切换小开关后，装置动作正常，考虑到设备运行时间和设备更新换代的要求，分别在06年、07年机组大修时对“CQZ”装置进行更换，将原PZH-1型更换为PZH-1A型微机厂用电快切装置。

PZH-1A型是PZH-1型的升级版，基本功能未有大的变化，信号处理单元改为了液晶显示屏，操作更为方便、可靠，但信号输出单元插件中“自动”、“半自动”切换开关仍选用水平（左、右）双位拨钮开关。

2012年10月6日，#10机组并网，当机组负荷升至150MW，进行厂用电切换过程中造成#10机组6kV IIB段失压，检查#10机组6kV IIB段快切装置无任何灯光、报警信息，自动/半自动切换开关在半自动位，串联/并联投退开关在并联位，CQZ装置已退出，6kV IIB段已由运行人员利用合闸按钮合上。

现场调取#10机组6kV IIB段快切装置动作报告如下：

从DEH显示的开关动作情况和对厂备6022、厂变6222开关顺控逻辑图的分析可以看出，厂变6222开关在顺控指令发出后合闸，此时厂变6222开关与厂备6022开关均处于合闸状态，经过5s后厂变6222开关跳开，再经过5s后厂备6022开关也跳闸，以至造成了6kV IIB段失压。

3.1 厂变6222开关跳闸原因分析

我厂6kV开关是西门子3AF型真空断路器，其开关固有分闸时间为45～60ms。

快切装置启、停机时正常的切换方式为“并联-半自动”，动作顺序是先合厂变6222开关，合闸成功后跳开厂备6022开关。“自动/半自动”切换开关在由“自动”位置切换至“半自动”位置后，该切换开关内部出点接触不好，快切装置判断此时的运行方式为“并联-自动”方式。当厂变6222与厂备6022开关并列后，因两电源的并列时间超过100ms，装置即判为“有耦合”，自动跳开后合上的厂变6222开关。

表1

3.2 厂备6022开关跳闸原因分析

由厂备6022开关切换至厂变6222开关顺控逻辑可以看出，厂变6222开关合闸且有电流经过10s延时后跳厂备6022开关，此时间继电器启动后不会返回，所以即使厂变6222开关在5s后跳闸，时间继电器已启动经10秒延时后依然会出口跳掉厂备6022开关。

4 防止厂用电“CQZ”切换装置切换失败的措施

为了防止“CQZ”切换装置再次出现以上切换失败情况，我厂制定了以下几条措施。

4.1 定期进行校验、清扫，并做模拟切换试验，确保装置功能齐全、动作正常。

4.2 操作要规范，对机械式切换开关的操作动作要轻缓、到位，避免动作过猛造成开关损坏。

4.3 正确使用复归按钮，在切换方式变更后一定要进行复归，复归按钮要按到位，避免装置切换方式功能发生紊乱，导致切换异常。

4.4 加强对切换装置交直流回路的维护，发生直流接地时，应尽快查找并消除。

4.5 机组技改时将“CQZ”切换装置升级为更加可靠的“微机型”厂用电快速切换装置，彻底解决外部机械切换开关故障带来的切换失败问题。

［1］大唐安阳发电厂300MW集控运行规程［S］.