火电机组厂用电源异网问题探讨

朱皓

(陕西能源赵石畔煤电有限公司，陕西 榆林 719000)

1 异网时厂用工作电源和备用电源电压差

图1 工作和备用电源电压相量

2 厂用工作电源和备用电源的异网切换

2.1 未设发电机出口断路器机组启停时

如图2所示，若发电机出口不设断路器，送出电网和引接启动备用变压器(以下简称启备变)电源的本地电网不在一个区域电网，厂用母线工作电源和备用电源无法并列切换，火电机组厂用供电又不能中断，机组启、停时只能利用发电机带厂用电运行，作为中间环节进行厂用电源在两个异网间的切换。需将厂用电工作电源和备用电源开关作为同期点接入同期回路，发电机需带厂用电负荷孤网运行，对汽轮机调速系统要求高，且低负荷孤网运行情况下汽轮机、锅炉热力系统需稳定运行。

以#1机组为例，1ZK开关分闸，启机时厂用电由本地电网经启备变通过01A，01B开关供电，#1机组冲转定速，发电机加励磁升压至额定电压，分别选1A，1B开关作为同期点投入同期装置，#1发电机和本地电网并列，将厂用1A，1B段倒至#1发电机经#1高压厂用变压器(以下简称高厂变)带厂用电孤网运行；再选1ZK开关作为同期点投入同期装置，#1发电机和送出电网并列，合上1ZK开关，厂用1A，1B段由送出电网供电。停机时#1机组减负荷至与厂用负荷相当，拉开1ZK开关，#1发电机带厂用电负荷孤网运行，再分别选01A，01B开关作为同期点投入同期装置，#1发电机和本地电网并列，厂用1A，1B段倒至启备变由本地电网带。

2.2 设发电机出口断路器机组启停时

如图2所示，若发电机出口设断路器，机组启、停无需在异网间切换厂用电。以#1机组为例，启动前1ZK合闸、GCB1分闸，送出电网通过#1主变压器(以下简称主变)、#1高厂变经1A，1B开关向厂用1A，1B段供电，待#1发电机升压后，选GCB1开关作为同期点投入同期装置，#1发电机和送出电网并列机组运行。停机时只需断开GCB1开关发电机和送出电网解列，厂用电仍由#1主变、#1高厂变给厂用母线供电。

图2 发变组及厂用一次接线

2.3 事故情况下

如图2所示，以#1发电机为例进行说明。若发电机出口设断路器，#1发电机或热机故障时跳开GCB1开关，机组和送出电网隔离，厂用电仍由送出电网倒送供电。仅在#1主变或#1高厂变故障时，需跳开1ZK，GCB1，1A，1B开关，快切装置动作合上01A，01B开关由启备变给厂用供电。若发电机出口不设断路器，#1发电机或热机、#1主变、#1高厂变故障时，均需跳开1ZK，1A，1B开关，快切装置动作合上01A，01B开关由启备变给厂用供电。结合实际运行经验，火电机组故障跳闸中，热机故障跳闸占85%以上，变压器为静止设备，故障跳闸的几率较低，故发电机出口设断路器的机组发生快切装置异网串联切换的几率相对也较低。

快切装置事故串联切换方式，按备用电源开关投入速度由快到慢分为快速切换、同期捕捉、残压、长延时4种方式。切换速度越慢对厂用负荷供电的影响越大，快切装置究竟以何种方式完成切换不可控，与厂用工作电源开关跳闸前两异网系统的相角差和频率差有关，差值越小完成快速切换的可能性越大。结合大唐阳城发电有限责任公司[2]的经验，在异网下快切装置多数完成同期捕捉切换，很少完成快速切换，也有进行残压切换的。

由此可见，在异网下快切装置的事故切换，对厂用负荷的供电可靠性影响较大，为了保证机组设备安全，重要辅机，如引风机、空气预热器、主机交流润滑油泵等，需对所配置的保护逻辑进行梳理，并对其他大功率电动机的低电压定值正确整定，在厂用母线电压[3]下降期间能快速恢复，保证重要辅机自启动正常，确保机组能安全停机，防止发生设备损坏事故。

从上述分析可知，发电机出口不设断路器，机组启停时厂用电源在异网间的切换操作很复杂，且事故情况下厂用电源异网切换的频次高，对厂用负荷供电的可靠性和安全性影响较大，不利于机组的安全运行；相对而言，发电机出口设断路器[4]，对厂用工作和备用电源处于异网的机组优点突出。

3 厂用系统异网运行防止非同期并列措施

3.1 厂用工作电源和备用电源开关异网运行

如图2所示，厂用母线工作电源和备用电源分别来自两个区域电网，为两个差频电源，一直处于异网运行状态，一旦并列会出现非同期短路而损坏设备，以#1机组为例，可采取以下措施防止误并列。

(1)在厂用工作电源1A(1B)开关分散控制系统(DCS)手动合闸回路增加备用电源01A(01B)开关的常闭辅助接点，只有在备用电源01A(01B)开关在分闸状态时，方可在DCS上手动合上工作电源1A(1B)开关；同理，在厂用备用电源01A(01B)开关DCS手动合闸回路增加工作电源1A(1B)开关的常闭辅助接点。

(2)厂用工作电源1A(1B)开关DCS合闸逻辑中设备用电源01A(01B)开关在分位合允许；同理，在厂用备用电源01A(01B)开关DCS合闸逻辑中设工作电源1A(1B)开关在分位合允许。

(3)厂用母线的快切装置手动切换和事故切换方式控制字均选串联方式。

(4)厂用工作电源1A(1B)开关快切合闸回路也经备用电源01A(01B)开关常闭接点闭锁；同理，厂用备用电源01A(01B)开关快切合闸回路也经工作电源1A(1B)开关常闭接点闭锁。

(5)厂用工作1A(1B)和备用电源01A(01B)开关，保证仅在试验位可就地开关柜合闸，工作位就地开关柜无法合闸，只能通过DCS合闸。

(6)取消厂用工作1A(1B)和备用电源01A(01B)开关合闸回路的同期闭锁继电器，按设计规程[5]，同网情况下要求设计同期闭锁的手动切换回路，对于异网的情况不适用。

以上措施保证了在开关柜合闸、DCS合闸、快切装置合闸时，厂用工作和备用电源开关不会出现非同期误并列事故。

3.2 厂用380 V动力中心(PC)进线开关和母联开关异网运行

当一台机组的高压厂用母线由高厂变带，另一台由启备变带时，分别从两台机组引接电源的两段PC母线来自两个差频电源，两进线开关和母联开关均有误并列的可能，必须采取防止异网并列的措施。当同台机组的一段高压厂用母线由高厂变带，另一段由启备变带时，从同台机组两段高压厂用母线引接电源的PC母线来自两个差频电源，两进线开关和母联开关均有误并列的可能，也需要采取防止异网并列的措施。

(1)在PC两进线开关和母联开关框架断路器本体合闸按钮处加装机械锁，防止开关本体误合而发生非同期短路。

(2)在PC两进线开关和母联开关柜就地电动合闸回路加装辅助接点闭锁，3个开关中，另两个开关只要有一个在分闸状态可合本开关，防止在开关柜上电动合闸发生非同期短路事故。

(3)在PC两进线开关和母联开关DCS合闸脉冲设合允许，3个开关中，另两个开关只要有一个在分位可合本开关。

(4)两进线开关和母联开关在DCS并列合闸时，需经过DCS同网判断逻辑，同网时方可发出合闸脉冲。

411A，411B，011A开关DCS合闸回路需设本机同网判断逻辑：两段高压厂用母线的工作电源1A，1B开关均在合位且备用电源01A，01B开关均在分位，或工作电源1A，1B开关均在分位且备用电源01A，01B开关均在合位，为本机两段高压厂用母线同网状态。

412A，412B，012A开关DCS合闸回路需设两机同网判断逻辑：两机高压厂用母线工作电源1A，2A开关均在合位且备用电源01A，02A开关均在分位，或工作电源1A，2A开关均在分位且备用电源01A，02A开关均在合位，为两机高压厂用母线同网状态。

以上措施保证了PC进线和母联开关仅在检修时打开机械锁，开关投运后严禁使用开关本体合闸按钮合开关；就地开关柜电动合闸，只能在3个开关中仅合1个或2个开关时使用，防止发生误并列合闸；DCS合闸既能满足同网情况下两段PC母线并列的要求，又能保证3个开关中仅合1个或2个开关的需求。

3.3 双电源异网供电的380 V 就地控制中心(MCC)

对于双电源供电的MCC，其电源分别从PC段上引接，上级电源有异网的可能，故双电源供电的MCC电源开关须采用单刀双掷的刀闸，或不会引起两路电源并列的双电源自动切换开关，保证在任何情况下不会引起上级两路电源非同期并列。

3.4 其他情况

对于双路电源供电的就地箱或就地柜，必须保证上级两路电源不能并列。就地双路电源供电的设备严禁采用环网设解列点的供电方式。

4 结束语

对于厂用工作和备用电源处于异网的火电机组，设计时应考虑厂用电源在异网间切换所存在的困难，宜采用发电机出口配置断路器的方案，有利于机组的安全运行。对于高、低压厂用系统存在非同期并列的问题，厂用高压工作和备用电源开关因一直处于异网状态，必须在开关合闸回路加辅助接点闭锁，保证任何情况下都不会出现非同期并列；厂用380 V系统，因上级电源系统运行方式变化，可能会出现异网并列的开关，开关本体合闸按钮加机械锁，就地电动合闸回路必须加辅助接点闭锁，DCS合闸回路并列操作时加同网判据逻辑，DCS合闸回路不并列操作时采取“3开关合2个或3开关合1个”的闭锁逻辑，既能满足系统的并列需求，又能防止发生非同期并列损坏设备、危及人身安全等恶性事故。