微机快速切换装置在自备热电厂的应用

电力自动化　微机快速切换装置在自备热电广的应用　陈及　（中国石化集团四川维尼纶厂，重庆４０　１　２５４）　［摘要］结合微机快速切换装置现场模拟试验，分析快切装置基本原理，提出应加快在自备热电厂应用微机　快速切换装置替代厂用电备自投装置。　关键词微机快速切换装置　自备热电厂安全　０引言　大中型化工企业普遍都建有以供热为主，发电　为辅的自备热电厂。它不仅向企业提供电源，更重　要的是向化工生产装置提供蒸汽作为设备动力和工　艺加热等用途，在企业的安全、稳定、连续运行中　具有“牵一发而动全身”的作用。自备热电厂的厂　用电短暂中断不仅影响其机组锅炉和电气系统安全　运行，而且对连续性生产的化工生产装置安全运行　ａ等值电路囤　ｂ极坐标的残压向量囤　危害更大，可能引起化工生产线发生破坏性事故，　图１　备用电源投入后等值电路图和极坐标形式的残　造成严重后果。厂用电母线通常同时具有工作电源　压向量圈　和备用电源。在工作电源故障或发电机启停、消缺　电压后的等值电抗，　为电源的等值电抗。令　＝　等情况下，厂用电必须在工作电源和备用电源之间　／（　＋　），则　ＫＡＵ。　安全可靠地切换，以保证自备热电厂和化工装置生　为保证电机安全自起动，　应小于电机的允许　产的连续性。　起动电压，设为１．１　则有：　微机快速切换装置通过检测工作母线残压以及　ＫＡＵ＜Ｉ．１　ｃ，Ｄ。　备用电源电压的频差和相角差，在满足安全要求，　从而△Ｕ（％）＜１．１／Ｋ。　残压高的情况下完成快速切换，对电机的再启动，　设６ｋＶ母线及低压负荷折算至６．３ｋＶ侧的等值电　机炉平稳运行都有利，且对电网冲击小…，从而提　抗为１．６７７０，则　Ｏ．６７，　△Ｕ（％）＜１．６４。图１中，以　升了热电厂和化工生产装置的整体安全运行水平。　Ａ为圆心，以１．６４为半径绘出弧线　，则　１快速切换原理　的右侧为备用电源允许合闸的安全区域，左侧为不　安全区域。若６ｋＶ母线及低压负荷折算至６．３ｋＶ侧的　正常运行时，厂用电母线由工作电源供电，当　等值电抗为１５．６９４　Ｑ，则Ｋ＝０．９５，ＡＵ（％）＜１．１５，图　工作电源侧发生故障时，断开工作电源开关，备用　１中　曰　的左侧均为不安全区域…。　电源投入，备用电源投入后的等值电路图如图１　微机快速切换装置在工作电源断开后，通过检　（ａ），以极坐标形式绘出的６ｋＶ厂用电母线残压相量　测备用电源电压Ｖ　与母线残压Ｖ　的相位角，在安全　变化轨迹如图１（ｂ）。图中：Ｖ　为母线残压；Ｖ　为　区域（即允许的相位角差和频差内）发合闸脉冲，　备用电源电压；ＡＵ为备用电源电压与母线残压问　或者是两有源网络之间的检同期并列（或称同期捕　的差电压。合上备用电源后，电机承受的电压为：　捉），实现安全的快速切换。　＝　×△　（　＋　）　式中：Ｘ　为母线上电机和低压负荷折算到高压厂用　２模拟试验分析　为了验证微机快切装置的功能特性，笔者曾在　收稿日期：２００５—１２—０８　某自备热电厂以１台１　３Ｏｔ锅炉厂用电作试验。该自　２００６年４期四圆３５　维普资讯 http://www.cqvip.com

电力自动４ｔ；　备热电厂主母线为６ｋＶ双母双分，并有４回系统联　络线与地方电网相连，厂用电工作电源和备用电　源分别在两段母线上。一次接线局部示意图如图　２。该厂用电６ｋＶ电机有２台引风机、１台送风机和　２台磨煤机，其余为３　８０Ｖ电机。整个试验过程中，　该段厂用电上引、送风机和排粉机各运行１台，模　拟锅炉运行。该段厂用电工作电源和备用电源开　关都为ＺＮ２８－１０／１２５０，合闸时间为７０ｍｓ，分闸时间　为３３ｍｓ　线　联　联　络　络　线　线　图２　某自备热电厂厂用电母线一次示意图　为了对比微机型综合保护器备自投装置和快切　装置的切换时间，首先采用微机型综合保护器作为　备自投装置进行厂用电备自投切换试验（欠压保护　整定值为２５％Ｕｅ，１　Ｓ）。由微机型保护校验仪提供　微机型综合保护器模拟厂用电母线ＴＶ二次侧交流　电压信号。将保护校验仪的输出交流电压从１００Ｖ陡　降至２　５Ｖ，达到微机保护装置欠压保护整定值，来　模拟厂用电失电启动备自投装置。将电压录波仪接　在厂用电ＴＶ二次侧，记录厂用电母线电压波形变　化。　试验中，备自投装置接受到２５Ｖ电压后延时１　Ｓ，　启动工作电源跳闸　由于是模拟试验，工作电源跳　闸时母线电压才下降（图３中０．０９　Ｓ处），工作电源　开关跳闸完成，其辅助接点启动备用电源合闸（图　３中０．３　Ｓ波形开始向上转折处），厂用电电压恢复正　常（图３中０．３３　Ｓ处）　整个过程中Ｅｔ光灯有闪烁，校　验仪记录从工作电源开始跳闸到备用电源合闸完　成，整个切换时间为０．３　ｓ。　然后改用微机快速切换装置作厂用电切换试　验。试验中仍然采用微机型保护校验仪向微机快切　装置提供模拟的厂用电母线ＴＶ二次侧交流电压，　保护校验仪输出交流电压从１００Ｖ陡降至２５Ｖ来模拟　厂用电失电，启动快切装置。仍然将电压录波仪接　在厂用电ＴＶ二次侧，记录厂用电母线电压变化情　况。微机快切装置切换方式设为同时切换，参数设　置为：正常切换允许频差为０．１　５Ｈｚ；低压切换起动　电压为５０％；正常切换允许压差为５％；正常切换允　许功角为３０。；事故切换允许压差为１　００％。　快切装置启动工作电源跳闸后，厂用电母线电　压开始下降（图４中０．０９　Ｓ处），备用电源合闸（图　３６四衄２００６年４期　４中０．１　Ｓ波形开始向上转折处），厂用电电压恢复正　常（图４中０．１　３　Ｓ处）　快切装置自身记录：切工作　开始时间为０结束时间为５　１ｍｓ，合备用电源开始时　间为０，结束时间为８４ｍ　Ｓ。试验中现场只听到一次　断路器分合声响，房间内Ｅｔ光灯没有闪烁。　由于试验采用的工作电源和备用电源断路器是　新型真空断路器，快切装置设置为同时切换，整个　切换过程很迅速，切换时间在０．１　Ｓ以内。同时波形　记录母线断电时间为４０ｍｓ，约等于真空断路器分合　闸时间之差４３ｍｓ（同时切换方式母线失电时间为断　路器分合闸时间之差）。试验证实采用快切装置大　大缩短了切换时间和母线失电时间，为电机尽快自　启动和机炉平稳运行提供了很好的条件。　在重复采用快切装置作试验时，出现了同期捕　捉切换的情况。这是由于模拟试验采用校验仪调压　器输出的交流电模拟工作母线失电的电压，虽然校　验仪输出交流电的频率固定且接近备用分支的频　率，即频差很小，但启动时两电源问的角差较大，　一开始就进入快速切换的不安全区，尽管采用了　“同时”切换的方式，为了保证切换的安全，快切　装置也要等到两电源反相后通过同期捕捉，发出备　用电源合闸脉冲。　当时现场听到２次断路器分合声响，日光灯变　暗后再恢复正常。波形图５显示快切装置启动工作　电源跳闸后，０．０９　ｓ母线电压开始下降，０．７５　ｓ波形　开始向上转折处，备用电源才合闸，０．７９　Ｓ厂用电电　压进入振荡调整。快速切换装置自身记录：切工作　。‘‘。。‘‘‘‘。‘‘‘‘‘‘‘．Ｉ．‘　‘‘‘‘。。‘‘。。‘　Ｉ５００　１０００　……………　…………………ｔ…………‘。　０．５　ｌ　０　Ｉ　５　图３　微机保护备自投切换波形图　维普资讯 http://www.cqvip.com

电力自动化　Ⅳ　∞　帅姗　姗　∞　　∞　∞　∞　∞　０枷　。　ｆ以　：．　＝　一　７　置的低电压切换功能代替微机保护备自投装置的低　电压自动切换功能时，仍然要遵循原来备自投整定　的原则要求：备用电源电压无电压或Ｔｖ断线闭锁　＼　＼　＼　切换，且只允许切换到备用电源一次。当然采用快　切装置时工作电源低电压启动值不能沿用原来的　２５％　。，延时１　Ｓ的整定值。采用快切装置时工作电　源低电压启动值应取７５％　以上（须小于备用电源　有压判定值），瞬时或短延时在０．３　ｓ以内，备用电　源有电压的判定值也要由原来普遍设置的７０％Ｕ　调　整到８０％－８５％　。这样的设定才可以使切换中母线　开始时间为０，结束时间为５１ｍ　Ｓ，投备用开始时间　为６４０ｍｓ，结束时问为７２５ｍｓ。　试验证实，快切装置确有检测相位角的功能，　并且要在允许的相位角差内才允许投入备用电源，　保证了厂用电快速切换的安全。对于有的厂用电由　于系统接线方式、运行方式和故障类型等因素无法　实现快速切换，同期捕捉切换就是最佳后备方案，　其对备用电源的冲击较小…，电机自启动的电流也　较小。　虽然快切装置同期捕捉切换中工作电源开关跳　闸到备用电源开关合闸时问比采用微机保护备自　投装置的时问长，但是采用微机快切装置时提高　了低电压启动值，缩短了延时时问，通过微机快切　装置检测相角差和同期捕捉的功能实现安全可靠　切换，与采用备自投装置（２５％Ｕ　，ｌ　ｓ）相比可大大　缩短母线低电压时问，同样可以保证机炉较平稳　地运行。　３注意事项　从上述理论和试验分析可知，最理想的切换就　是能在工作电源断开后第一次在图１（ｂ）中的安全　区域内完成，这时电压下降幅度较小，对电机启动　极为有利。因此，我们在应用微机快切装置代替备　自投装置时，一定要尽量使切换过程达到快速切　换。　大多数厂用电工作电源和备用电源问初始相角相　差很小，个别热电厂系统接线方式和运行方式造成工　作电源和备用电源间初始相角相差大（大于２０。），这　不仅在事故切换时不能实现快速切换，即使在正常手　动切换时也会因为产生较大环流而失败　，对于这种　情况要尽可能调整系统接线方式和运行方式，使工作　电源和备用电源问初相角在５。左右。　电源侧故障，发变组和厂变的差动或速断保护　动作，会造成工作电源失电，这时由动作的保护瞬　时启动微机快切装置，将厂用电快速切换到备用电　源上，迅速恢复厂用电母线电压。　对于图２所示接线方式的厂用电，采用快切装　残压维持在６０％Ｕ　以上，以满足锅炉机组安全连续　运行的需要。　低电压启动切换与原来的备自投相比，其大幅　度提高了电压启动值，并大大缩短延时时间，是为　了迅速恢复厂用电母线电压，故不能与工作电源过　流保护配合。因此，厂用电备用电源的继电保护需　设置后加速过流保护，在确实因为厂用电母线下方　设备过流造成母线电压低，已进行快速切换的情况　下，由备用电源的后加速过流保护切除故障。　快速切换装置若选择为同时切换，母线断电时　间最短，但必须要满足工作电源和备用电源断路器　的合闸时间大于跳闸时间，否则会发生断路器重　迭，将备用电源重合到差动、速断故障上去，扩大　事故。　综上所述，采用微机快切装置代替备自投装　置，必须在改造前根据各自厂用电母线上设备和保　护的实际情况进行测试和分析评估工作，再选择合　适的参数，尽量达到最佳的切换效果，才能更好地　保证改造后厂用电安全可靠。　４结束语　实践证明，微机快切装置大大提高了厂用电源　切换的成功率，切换过程机炉辅机未受到冲击，保　证了自备热电厂和化工装置的运行。该装置值得广　泛推广应用。　参考文献　【１】郭伟，胡敏，叶留金，等．厂用电切换方法的研究及应用　【Ｊ】．电力系统自动化，１９９９，２３（１５）：２６￣２９　【２】李经升，王舜．韩学义．厂用电快切装置的应用研究【Ｊ】．继　电器．２００２．３０（７）：３７￣３９　【３】翁海胜．用快切装置代替各自投装置提高厂用电安全可靠　性『Ｊ】．冶金动力．２００２，２：１～４　ｆ４】朱大萌，孙宏军．基于模糊推理的厂用电快速切换方法的　研究【Ｊ］．电站系统工程，２００４，２０（５）：３１～３２　【５】单正阜．厂用电切换安全可靠ｆＡ￣ｔ［Ｊ】．电力安全技术，　２００１，３．２８～３０　２００６年４期四圆３７