MPM-405BZT5型备自投装置应用研究

谢 冲

（国能（绥中）发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125099）

0 引 言

随着电力技术发展，国内机组单台装机容量不断增大，主流火电机组已经由600 MW过渡至1 000 MW。装机容量的增加一方面提高了电网总的装机容量和电力系统的冗余容量；另一方面在调峰、调频等辅助服务方面为电网提供了便利。但是大容量机组一旦发生故障、甩负荷或者跳机，对电力系统的影响更加严重，大容量机组的恢复、启动也需要消耗更多的能源，这就对大容量机组的安全稳定运行提出了更高的要求。

发电厂一般有0.38 kV电源为一些用电设备供电，重要的保安段都设有备用电源自动投入装置，当检测到工作电源进线开关跳闸，工作段母线失压时，经过延时，自动将备用段至工作段开关投入，恢复供电。但现场实际使用时经常出现备自投不成功需人工抢合开关恢复供电的现象，如果操作不当或抢合不及时，将会造成一些重要辅机设备失压延时跳闸，进而造成发电机组连锁跳闸，给电厂或企业带来巨大的经济损失。

国能（绥中）发电有限责任公司二期为2×1 000 MW机组，厂用0.38 kV电除尘MCC、脱硫MCC、保安MMC段均采用MPM-405BZT5型微机同期闭锁式快速切换装置，下面针对备自投装置原理、动作逻辑、常见问题等开展讨论。

1 备自投装置介绍

MPM-405BZT5型同期闭锁式工备互投切换装置（以下简称备自投），主要应用于变电站、电厂、一些厂矿企业的低压电源快速切换，一般直接用于380 V母线，经功率变换器（Power Transformer，PT）也可用于其他电压等级母线。在正常运行时，备自投装置可以实现备用电源与工作电源双向切换；事故或异常情况下，备自投装置可以完成工作电源向备用电源的单向切换功能。通过配置备自投装置能够大大提高厂用电切换成功率和切换速度，彻底解决非同期切换对厂用设备的冲击损坏的问题。备自投装置设置简单、操作方便，大大提高了机组的可靠性和自动化水平。每套装置可以对1段厂用母线的工作电源开关、备用电源开关和保安电源开关进行切换控制[1]。

2 备自投装置的主要技术特点：

（1）采用高性能的美国进口高速DSP单片数字信号处理控制器作为主控单元，双CPU工作。

（2）采用高性能的美国进口高速16位AD，极大提高测量精度，通道误差小于0.5%。

（3）用大容量FLASH存放定值、设备参数、统计值、事件顺序记录（Seqvence Of Event，SOE）及故障记录，保证数据安全可靠。

（4）采用全交流采样，软件数字滤波，彻底消除了硬件电路零漂的影响。

（5）具有成熟的自检功能，三级Watchdog及电源监视功能，保证可靠性。

（6）手动切换能实现双向检同期并联切换，自动切换有检反馈电压同期快速切换功能。

（7）具有故障录波功能，可记录出口动作时刻的运行参数及动作过程的电流最大值，实现故障波形及动作过程波形的再现。

（8）设置485及控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）接口，可方便地组成厂用电综合管理系统。

（9）拔插式结构，电流互感器（Current Transformer，CT）回路采用自短路端子，便于检修。

（10）电磁兼容设计，抗干扰能力强，符合《静态继电器及保护装置电气干扰试验》（GB/T 6162—1985）标准。

3 工作原理

本装置模拟输入量包括工作进线开关某相电流、备用电源进线开关某相电流、工作进线电压Uab、工作母线（380 V）三相电压UA、UB、UC、备用电源进线（380 V）Uab，开关输入量包括工作电源高压侧开关（1DL）信号、备用电源低压侧开关（2DL）信号、外部闭锁（BK）信号以及PT隔离开关（1HJD）信号等。经信号调理电路转换为0～2 V的电压信号，并送至AD，转化为数字信号后送给数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP），处理器将各通道数据读入、运算、处理，并与各参数整定值自动比较，判别故障，如有故障则控制相应出口继电器动作[2]。备自投装置BZT的电气一次和二次接线联系如图1所示。

图1 电气一次和二次接线联系图

3.1 工作投备用、备用投工作功能

因工作投备用、备用投工作功能原理相同，只是涉及不同开关的模拟量和辅助接点正好相反，此处只分析“工作投备用”功能[3]。

3.1.1 工作母线低电压启动BZT功能

（1）快投装置面板“就绪”指示灯亮；（2）工作母线低电压，经整定延时后，启动BZT，同时1DL合位（“开入1为1”，“开入2为0”），2DL跳位（“开入3为0”，“开入4为1”，备用开关无电流）；（3）备用电源电压正常。

上述条件满足，BZT跳1DL，检查工作母线残压小于设定值时，合2DL开关，发备投成功信号。

3.1.2 工作进线开关1DL突然跳闸启动BZT功能

（1）快投装置面板“就绪”指示灯亮；（2）1DL突变跳位（“开入1为0”，“开入2为1”，工作开关无电流），启动BZT，2DL跳位（“开入3为0”，“开入4为1”，备用开关无电流）；（3）备用电源电压正常。上述条件满足，BZT检查工作母线残压小于设定值时，合2DL开关，发备投成功信号。逻辑见图2。

图2 工作投备用逻辑

3.2 快速备自投功能

当工作电源1DL（或备用电源2DL）突然跳开，备自投立即执行快速切换，在允许时间内比较母线UAB与进线（工或备）UAB电压矢量差（压差400 V相当60°相位差），条件满足，立即快速切换。若切换失败，备自投自动转为残压切换[4]。

3.3 同期闭锁手动切换“合1DL跳2DL”“合2DL跳1DL”功能

因同期“合1DL跳2DL”“合2DL跳1DL”功能原理相同，只是涉及不同开关的模拟量和辅助接点正好相反，此处只分析“合1DL跳2DL”功能。同期闭锁手动切换“合1DL跳2DL”功能如图3所示。

图3 同期闭锁手动切换‘合1DL跳2DL’功能

在BZT“就绪”，无闭锁信号，工作电源的电压已经恢复正常，1DL为跳闸位置，2DL为合闸位置，工作电源的Uab与备用电源的Uab电压矢量差（相角差）小于设定值，当“允许H1T2”开入接通时，装置屏幕显示“合1DL跳2DL就绪”，此时接通“H1T2”开入，BZT快速合上1DL，确认1DL合上后，延时跳开2DL，确认2DL跳开后，备自投发“备投手投成功”信号；当断开“允许H1T2”开入，远方或就地按BZT的复归按钮，BZT才恢复自动备自投功能。

3.4 双回进线失电启动保安回路功能

在BZT投入，当工作电源和备用电源都失压时，启动双回进线失电继电器J11，装置ND：7与ND：8端子导通，该接点自保持30 s后，自动返回；该接点用于启动保安电源自投回路，逻辑图见图4[5]。

图4 双回进线失电启动保安回路逻辑

4 “双回进线失电启动保安电源试验”失败分析

在绥中公司4号机组A修期间，电气二次专业按规程要求更换锅炉保安段备自投装置，装置静态试验结论合格，回路检查完毕。组织开展厂用电联锁试验。

（1）带开关“合 1DL跳2DL”“合 2DL跳1DL”试验动作正确。

（2）模拟工作电源失电合备用电源开关试验动作正确。

（3）恢复工作电源，模拟备用电源失电合工作电源开关试验动作正确。

（4）在上一步骤基础上模拟工作电源失电，此时工作、备用电源均失电，装置没有启动柴油发电机，即保安电源，试验失败。

工作人员通过试验仪对装置再次进行双回进行失电试验，装置双回进线失电保护可靠动作，启动保安电源接点接通，动作行为正确。

通过试验仪模拟状态和现场实际工况对比：试验仪模拟运行工况，备自投装置处于“就绪”状态，先后拉开工作电源和备用电源的时间间隔较短，双回进线保护动作；现场厂用电联锁试验，在步骤（3）时，装置已经动作1次。根据备自投放电逻辑（图5），备自投动作后会执行“放电”，而通过图2可知，“放电”状态下备自投无法“就绪”，也就无法满足备自投双回进线失电动作的条件。这也就是现场双回进线失电试验失败的原因。

图5 备自投放电逻辑

通过现场实际运行经验来看，双回进线并不一定是工作电源和备用电源同时失电。工作电源先失电，备自投动作后，备用电源故障失电，而此时工作电源还没有恢复，这种可能性是存在的，此时备自投装置应该以“双回进线失电”动作去启动柴油发电机等保安电源，以保证重要负荷的可靠供电。经过工作人员和厂家人员的现场确认，最终通过软件将“双回进线失电”逻辑中的备自投“就绪”条件取消，保证备自投装置动作逻辑符合生产需要。

5 结 论

发电机组的主要任务一方面是给电力系统提供可持续的电力供应；另一方面就是保证电力系统的安全稳定运行。可以说，发电机组的每一个安全环节都对电网的安全发挥着重要的作用，备自投装置虽然用于低压380 V系统，看上去重要性没有高等级电压系统的安全自动装置那么高，但是木桶的储水量往往取决于最短的那块木板。对于批量生产的或者已经有一定应用的保护装置和安全自动装置，也要勇于质疑，从多维度考虑电气二次设备的实用性，不断改进。作为电气二次从业人员，就是要抓住细节，提高对不起眼设备的重视程度，进一步保证机组可靠性水平。