厂用电快切装置实际运行中的问题及应对措施

祝志翔

摘 要：厂用电快速切换装置，适用于发电厂的厂用电源的快速切换。采用该装置能够提高厂用电切换的成功率，避免非同期切换对厂用设备的冲击损坏，简化切换操作并减少误操作，提高机组的安全运行水平。本文简要探讨了快切装置相关的概念、原理，分析了快切装置在实际运行中会遇到的几种主要问题及应对措施。

关键词：厂用电 切换 快速切换

中图分类号：TM643 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0077-02

1 基本概念

1.1 厂用电系统

为了使发电机获得正常运转的机械能，需要多种辅助设备。而这些辅助设备的运行，需要大型电动机拖动。为确保发电机及多种辅助设备的安全，同样需要某些电气设备。在发电厂为上述辅助设备提供电能的系统，称为厂用电系统。而为厂用电系统供电的电源，称为厂用电源，一般电压为6kV或10kV。

为确保厂用电源的可靠性，发电厂的厂用系统均有两路电源供电。图1为中、大型发电机组的高压厂用电系统。

从图1中可以看出，发电厂处于正常运行时，厂用两段母线由发电机出口经高厂变供电。此时，断路器5DL、6DL闭合，而断路器3DL、4DL打开。由高厂变供电的电源称为工作电源；而高厂变称之为工作变压器。

当工作电源出现问题或正常启动或停机时，5DL、6DL打开，将1DL、3DL、4DL合上。此时，厂用两段母线由启备变供电。由于当工作电源断开时或发电机启动过程中，才用备用电源供电，故将此时供电的变压器称之启动备用变压器，简称启备变。

1.2 厂用电源的切换

厂用电系统正常运行时只需由一路电源供电，而当发电机停运或在启、停机过程中需由启备变供电。将备用电源与工作电源之间的双向切换称为厂用电源的切换。正常情况下进行的厂用电源切换，通过控制台开关手动起动装置，完成两路电源的相互切换[1]。当工作电源故障时的切换，必须由厂用电快速切换装置进行。

1.3 备用电源自投在运行中的几个问题

备用电源自投在运行中首先要解决切换速度问题，当工作电源跳开后，若备用电源投入太迟，厂用母线电压会衰减到很低，同时电机转速会下降很多。备用电源一旦合上，则电流会很大，母线电压很难恢复，造成备用电源自投失败[2]。

其次是厂用母线残压与备用电源之间的相角差问题。当工作电源被切除后，由于电动机是感性元件，因此厂用母线上的电压不会立即衰减到0，但由于电动机转速的下降，母线上残压的相位要发生变化，如果在母线上残压与备用电源之间的相位为反向时合上备用电源，将会引起电动机过流。

最后自投与故障母线问题，当厂用母线上发生的故障为永久性质，此时工作电源跳开，若再自动投入备用电源，则使厂用母线再次受到短路电流冲击，对设备不利，同时也易扩大事故。

2 启动方式及切换方式

启动方式有正常切换、事故切换、非正常切换三种方式，其中正常切换也叫手动切换，是指厂用电正常工况时，手动切换工作电源与备用电源。该方式通过控制台开关手动起动装置，完成从工作电源到备用电源，或由备用电源到工作电源的双向切换。它主要用于发电机起、停机时的厂用电切换[3]。

事故切换是指由于工作电源故障而引起的切换。它是单向的，只能由工作电源切至备用电源。该方式由发变组、高厂变保护接点起动。

非正常切换是由母线非故障性低压引起的切换，它是单向的，只能由工作电源切换至备用电源。不正常切换分为两种情况：一是母线三相电压持续低于设置值的时间超过所设定的延时，二是由于工作电源断路器误跳。

2.1 快速切换

影响残压变化的因素有很多，最主要的是厂用系统的容量，容量越大，残压幅值衰减越慢，备用电源和电动机残压之间的相角差变化越慢，机组越大，厂用系统的容量越大，同一台机组负荷重比负荷轻时容量大。快速切换是以备用电源合闸时电动机承受的电压不超过电动机允许的1.1倍启动电压为判据。电源电压和电动机残压之间的相角差θ不同，对应的ΔU值亦不同，如θ=180°时，ΔU值最大，若此时合上备用电源，电动机的冲击电流最严重。考虑到开关合闸期间残压转过的角度ΔU值整定为40V左右是适宜的[4]。

2.2 同期切换

电机负载较少或转换速度下降后，此时母线残压的频率衰减会变快，这时角差、频差会超出快速转换的整定范围，可以计算出开关合闸时候的导前时间，这一过程称为“同期切换”。

2.3 慢速切换

慢速切换有残压切换和长延时切换两种。当厂用电压下降至30%左右额定电压时合上备用电源，此时实现的切换称为“残压切换”，该切换可作为快速切换及同期切换的后备，是错过前两个机会后的补救措施，它的缺点是有些电动机已跳闸，而且冲击电流也不会小。有些情况下，母线上的残压可能不易衰减，此时如残压定值整定不当，可能会不再进行切换。因此必须设置长延时切换功能，该切换方式在装置启动后计时，一旦达到整定延时，立即进行切换，该方式作为以上三种切换的总后备[5]。

3 对一次设备及分支保护的要求

3.1 对断路器固有动作时间的要求

不同容量机组从工作母线断电到残压相位与备用电源相位相反所经历的时间，200MW、300MW机组在240～400ms，600MW机组在500～600ms，同时由于一般事故切换均采用串连切换方式，因而只有采用快速开关才能满足快切要求，按常规要求，断路器的合闸时间需小于100ms以下方可采用快切装置。

3.2 对厂用电系统容量的要求

以前规定机组容量大于200MW才需装设快切装置，当时因未考虑同期捕捉功能，同时50～135MW的机组在工作母线断电到残压相位与备用电源相位相反所经历的时间一般在150～240ms，基本上快切装置无缘实现快速切换功能，而采用同期捕捉功能后，因其实現的切换时间也在160ms左右，所以使得快切装置的使用范围有了进一步的扩展。

3.3 对分支保护功能的要求

快切装置即使正确切换，如果分支保护动作，对厂用电系统的运行来说，仍然是一种失败，因此正确选择厂用分支保护的配置非常重要，规程上对厂用分支保护的要求是：速断、过流、后加速。低电压定值整定在允许成组自启动电压以下一点，用以区分故障及成组自启动状态。过流保护的定值及延时将很容易按照相间故障电流及一定的时限配合进行整定，既满足灵敏度又满足其速度要求。

参考文献

[1] 崔国岭.6kV厂用快切装置双向切换改造[J].科技视界，2013（21）：152-153.

[2] 田晨，张飞.厂用快切装置工作原理及常见故障分析[J].科技创新与应用，2016（32）：130.

[3] 侯德明.厂用快切装置的运行与故障处理[J].湖南农机，2013，40（11）：90，92.

[4] 国电南自.厂用快切装置说明书[Z].2006.

[5] 刘增远，康小宁，郭峰.厂用电电源切换时的相位差问题探讨[J].继电器，2007（11）：60-64.endprint