厂用电切换方法的研究及应用

1/6厂用电切换方法的研究及应用图2残压与备用电源电压间差拍电压2目前厂用电切换出现的问题厂用电切换方法现状3新型切换方式和切换装置通过以上分析，可以总结出影响厂用电切换的主要因素有开关条件、切换方式、切换装置、系统结构和运行方式及故障性质。目前，真空开关已取代少油开关，大大缩短了切换时间，对快速切换的实现起了决定性作用；系统结构和运行方式的确定则取决于一次系统，厂用电切换只能在既定的情况下进行，不可能按厂用电切换的需要来确定系统结构和运行方式；故障的发生是不确定的，因此其性质是不可预测的；然而对切换方式和切换装置的改进却是完全可行的。同期捕捉切换的可行性与必要性从图1可以发现，厂用电断电后，母线残压与备用电源电压间相位差将不断增大，其差压也将逐渐增大。当相位差为60时，差压约为额定电压；当相位差为180时，差压达最大值，约为2倍额定电压；相位差为0360时，差压变为最小，为备用电源电压与残压幅值的代数差。为保证切换安全，一般应使合闸时电动机承受的电2/6压不大于倍额定电压4。图1中给出了两条取不同厂用负载电抗和系统电源电抗时得出的合闸允许范围曲线，以AA为例，AB段为允许范围，在此段内实现的切换称为快速切换；BC段不允许合闸，应躲过；CD段再次允许合闸，该阶段完成的切换称为同期捕捉切换。如能在相位差为0左右合上备用电源，则差压最小，冲击电流最小，一方面能保证设备安全，另一方面也能保证切换成功。由于异步电动机惰行时不存在原动力和强迫励磁，因此同期捕捉切换与发电机同期并网相比，可在较大的频差和相位差范围内实现。假设以相位差为0时合上为目标，考虑合闸时间，发出合闸脉冲应有一定提前，提前量取决于合闸回路时间和相位差的变化速度。从理论上讲，可采用恒定越前时间，也可采用恒定越前相角方式，实际应用时，应采用两者相结合的方式，即在实时相位差进入整定范围后，再以实时频差、相位差等按一定算法计算出较为精确的越前时间。根据我们的实践经验，必须充分考虑残压频率、相角变化的非线性特性及与厂用负载的关联性、切换过程中电压波形的不均匀与不对称性以及频率采样计算的非连续性等因素，才能切实保证既可靠又准确。从已进行的多台125MW，300MW的多次实际切换录波数据来看，采用恰当的数学模型，在通常厂用负载情况下，使合闸瞬间相位差在10范围内，还是能够实现的。3/6300MW机组实际切换试验表明，若工作电源断开前厂用母线电压与备用电源电压同相，则断开后经SS，残压与备用电压再次同相，这意味着若实现同期捕捉切换，厂用电断电时间为SS，比快速切换S要长，但比慢速切换1S2S要短得多。在一般情况下，同期捕捉切换可作为快速切换的可靠后备，而不再进行慢速切换。同期捕捉切换在以下情况下具有特别重要的意义A系统接线或运行方式造成初始角大，快速切换无法实现时；B开关合闸时间长，快速切换无法实现时；C某些故障情况下，工作电源断开时，相位差已不满足快速切换条件时；D工作电源和备用电源来自两个独立的系统，两系统间不仅存在相位差，而且存在频差时。有关这种特殊情况下的应用将待进一步研究和试验后，另文介绍。新型切换装置的主要性能及实现为克服现有装置的缺点，我们根据同期捕捉切换的原理，开发研制了MFC2000系列微机型厂用电切换装置，该装置结合了多种切换方式及切换功能，主要切换功能见图3。4/6BEATVOLTAGEOFRESIDUALVOLTAGEANDSTANDBYPOWERSUPPLY2由于各时期技术发展状况的原因，目前国产机组自动切换方法有所不同，涉及切换的几个主要方面有以下几点。开关设备主要有两种一种是少油开关，固有分闸时间S左右，固有合闸时间S左右，且离散性较大，主要用于早期投运的电厂；另一种是真空开关，固有分合闸时间分别为40MS60MS和50MS80MS。近几年建成的电厂大多用后者。切换方式切换方式自动切换方式主要也有两种一种是在工作电源开关跳开后，经同期检定或不经同期检定立即合备用开关的快速切换方式；另一种是经残压检定或再加延时的慢速切换方式。切换装置早期无专门的切换装置，由继电器实现切换顺序逻辑、静态同期闭锁、残压检定及延时。近几年采用的集成型专用的快速切换装置，功能比较齐全，集手动切换、自动切换和低压减载等于一体，但就切换方式和切换原理而言，与继电器式相同。5/6出现的问题与原因从原理上说，厂用电切换成功与否，主要取决于厂用电系统所受的冲击，而所受冲击的大小，又取决于切换时工作母线残压与备用母线间的差压；其次，厂用电切换成功与否还受断电时间、电动机自启动及机炉系统稳定性的约束。历年来出现的与切换有关的问题，其原因很多，而与切换原理有关的问题主要有A无快速切换，仅采用慢速残压切换。由于慢速切换断电时间较长1S2S，对辅机及机炉的运行影响较大，极易造成停炉。因此当厂变误跳等情况发生时，将引起机组停运，造成不必要的损失。如常熟电厂4号机等。B快速切换无同期闭锁，开关合闸时间又长。这样，当备用电源合上时，残压与备用电源电压间相位差大，差压大，合闸冲击电流大，造成后加速或备用分支过流动作，使切换失败。对内蒙古达拉特电厂切换失败的分析表明3，由于投切时间不当，使残压与备用电源电压间相位差接近180，备用变压器冲击电流标幺值为，1号电动机冲击电流标幺值达，造成切换失败。由于残压频率的衰减速度与厂用负载有关，因此，对同一台机组，会出现切换有时成功，有时失败，或一个分支成功，另一个分支6/6失败的情况，如芜湖电厂14号机组等。C虽然采用了快速开关，并有差压或频差、相位差闭锁，仍不能保证快速切换成功。现有的闭锁装置，包括继电器，电子型或集成型，虽实现方法不同，但机理相似。其存在问题的共同点为以工作电源断开前母线电压与备用电源电压间差压、相位差等的比较结果为依据，而事实上，应以工作电源断开后的结果为依据，以避免因不对称故障等情况造成同期判断结果错误；动态特性较差，由于这些装置通过整流、积分等模拟式方法来计算相位差、频差，在稳态情况下尚能满足要求，但在动态条件下，无