大机组6kV厂用电BZT存在的问题和对策

1、大机组 6kV 厂用电 BZT 存在的问题及其对策1 厂用电自投装置的现状随着发电机单机容量的增大， 6 kV 厂用电设备的电动机容量逐渐增大，发电厂对 6 kV 厂用电源的可靠性和稳定性要求也越来越高。 为提高电源的可靠性， 国内大型机组的 6 kV 厂用电的接线方式一般为分段结构，所有机炉动力设备分别接在A 段（甲）、 B 段（乙）上运行。为了保证电源的可靠性， 2 段都装设了备用电源自动投入装置（ BZT ）。 机组运行中，当工作电源故障、母线电压消失或降低，控制指令允许 BZT 动作，备用电 源自动投入，保证 6 kV 厂用电电源连续供电。而传统的 BZT 切换装置采用的是延时切 换和

2、串联切换，因为没有检测相位回路，这种切换方式的成功率低、冲击电流大，造成 6k V 厂用电电源中断的事故频频发生。传统的 BZT 回路元器件多、故障率高，给大型 发电机组的安全运行带来威胁。 因此，解决 6 kV 厂用电电源的切换问题已经直接关系到 系统的安全稳定运行。2 传统厂用电 BZT 概况2 1 构成及其功能目前大型发电机组 6 kV 厂用电电源普遍采用传统的 BZT 装置，主要由电压继电器、 中间继电器、开关位置触点、二次线搭接而成。装置主要有以下功能：a 当 6 kV 母线电压的残压低于电压继电器的定值，备用电源正常时，延时跳开工 作电源开关，再合入备用开关。b 上一级开关跳闸后联

3、跳本侧开关，再合入备用开关c为了防止工作开关偷跳或误拉工作开关后，备用开关自动投入d 有保证只发一次合闸脉冲的闭锁回路。2 2 厂用电切换中存在的问题2 21 切换时间长由于采用低电压（残压）启动，低电压的时间整定要求躲过相邻系统故障或高压电 动机内部故障的切除时间 tt1 t ，t1 为相邻电源故障恢复或本段内高压电动机内部 故障保护动作时间，一般为 051 s，t 为阶梯配合时间差，一般为 0508 s， 所以 BZT 的动作时间一般为 115 s。2 22 冲击电流大备用电源切换时间长，对电动机运行极其不利。由于电动机电源电压直线降低，转 速下降，备用电源再投入时，电动机自启动时间延长，

4、严重超过额定电流，电动机容易 发热，同时自动投入时造成冲击电流增大，给启备变留下潜在隐患。2 23 自投成功率低只要自投控制开关在投入位置，工作电源开关跳闸或电源消失后， BZT 装置动作， 将自动投入备用电源。因在投入备用电源前，母线上的电动机容量各不相同，它们要进 行能量交换，一部分电动机以感应发电机方式运行，另一部分电动机以电动机方式运行， 因此残压的大小和频率随时间变化而变化。特别是大型机组的厂用电动机储存的电磁能 和机械能相当可观，并且残压的衰减速度十分缓慢。有资料可查，在最大运行方式时， 工作电源断开，其残压经过 06 s 才能衰减到 25 Ue 左右。根据理论分析，如果在 03

5、05 s 时间内合入备用电源开关，残压与备用电源的相位接近 180 °。相位不一致时， 在备用电源合闸过程中冲击电流很大，若过电流投入后，加速保护，定值躲不过，就会 动作而加速跳闸，造成自投不成功。相位相同或接近相同时，合入备用电源后冲击电流 小，过流后加速不动作，自投成功。如果将备用电源的过流保护定值增大，会降低过流 保护的灵敏度，当发生故障时造成保护拒动。2 24 扩大厂用电事故范围据有关资料统计分析， 厂用电母线故障多数为永久性， 因为发电厂的 6 kV 厂用电系 统采用小电流接地方式，一旦母线发生单相接地故障，中性点电位偏移，非故障相对地 电压升高到线电压值， 母线绝缘薄弱部

6、分容易造成绝缘击穿， 进而发展为相间故障。 当 6 kV 厂用电母线故障时，过电流保护动作断开工作电源开关，故障切除。工作电源开关跳 闸后， BZT 装置动作，备用电源开关自动投入。备用电源开关的合入，使原来的故障范 围扩大（河北南网电厂曾多次发生故障扩大事例），设备损坏极为惨重。2 25 对锅炉燃烧的影响因为 6 kV 厂用电备用电源切换时间长， 锅炉辅机设备的电动机转速明显下降， 如果 磨煤机和排粉机转速下降到一定转速，其风粉比就不能维持锅炉的正常燃烧。若 BZT 自 投成功，厂用电恢复供电，由于风压发生变化，未燃烧的煤粉吹进炉膛，易造成严重的 锅炉爆炸事故。为了防止这类事件的发生，当 6

7、 kV 母线电压低 I 值（73Ue）经05 s 启动制粉系统连锁，低 II 值（47 Ue）跳送风机，启动锅炉大连锁，锅炉灭火。2 3 BZT 自投二次回路存在的问题传统的 BZT 装置一般都是由电磁型继电器组成。常见的二次回路如图 1 所示。2 3 1 低电压继电器不可靠一般电压继电器都是采用电磁型继电器，整定值 25 Ue，在正常运行中继电器带100 V 电压，其动接点振动容易脱落或卡涩，当工作母线电压真正降低时，继电器接点不闭合。为了解决此问题，多数电厂已经更换为静态电压继电器，随之而来的新问题又 暴露出来，静态继电器的辅助电源不可靠或出口小，中间的接点不容易检查。如果出现问题造成自投

8、失败，厂用电源中断。232 6 kV 母线电压互感器间隔二次回路不可靠在低电压自投回路中串联 6 kV 母线电压互感器的高压侧刀闸 （固定方式）辅助接点 或手车互感器的机械接点。此接点若不通，当母线电压降低时自投回路不能启动， BZT 拒动。2 33 BSJ 继电器延时不稳定BZT 装置中的 BSJ 继电器的作用是保证只允许 BZT 装置发合闸指令一次。当工作 电源跳闸后， BSJ 延时返回。延时的整定原则应大于备用开关的合闸时间，由于这种继 电器为中间继电器，调整时间依靠短路环和磁铁间隙来完成。在长期运行中，发现延时 时间不稳定，造成自投失败。马头发电总厂解决的办法是增加自保持接点及当自投出

9、口 动作后，再采取将其线圈放电的措施，但是使二次回路更加复杂化。2 4 切换方式存在的问题6 kV 厂用电工作电源与备用电源之间的切换一般采用 2 种切换方式，即并联切换和 串联切换。 BZT 自投的方式为串联切换， 即工作电源开关断开后， 再合入备用电源开关 正常开停机进行的厂用电操作为并联切换。并联切换的方式存在潜在的隐患，如果在切 换的过程中，发生相间故障，使故障电流比正常值增加 2 倍，因此在切换过程中尽量缩 短并联时间，降低故障危害程度。3 微机型 BZT 装置3 1 优点随着计算机技术的发展，解决以上问题使 BZT 装置微机化，已经成为现实。目前生 产的微机型厂用电 BZT 装置是

10、针对传统 BZT 存在问题制造的新型装置。它具有许多优 点。3 11 切换功能齐全a有正常切换、事故切换和不正常情况切换功能。b 有快速切换、同期捕捉和残压切换功能，其中同期捕捉切换采用恒定超前时间和 恒定超前相角 2 种方法。c 有并联、串联和同时切换功能。3 12 其它功能完备a过流保护动作闭锁、出口闭锁功能。b 低压减载功能。c自动投入后加速保护动作功能d 分支电压、电流录波功能。e后备电源失电、 PT 断线、开关位置异常监测等功能。3 2 常用串联切换的 3 种功能3 21 快速切换快速切换是指母线断电时间在 100 ms 以内，备用电源开关投入。在 100 ms 之内 母线反馈电压与

11、备用电源间的相位差在备用电源开关合闸瞬间不会超过20 °30 °，在这种情况下，冲击电流、自启动电流、母线电压的降落及电动机转数的下降等因素对机 炉运行的影响均不大。自投装置总的判断时间为 68 ms ，国产真空开关的跳闸时间约 为 30 ms ，合闸时间约为 60 ms ，总时间约为 100 ms ，完全满足快投的要求。如果在 100 ms 内合闸不成功，母线残压与备用电源间的相位差增大，大于合闸闭锁角整定条 件，将自动转入同期捕捉切换。3 22 同期捕捉切换同期捕捉切换是实时跟踪残压的频差和角差变化，做到在反馈残压与备用电压向量 第一次重合时合入备用开关。同期捕捉切换的

12、时间与反馈残压的衰减有直接关系，衰减 越快同期捕捉切换越快。反之，越慢。实际 200 MW 机组同期捕捉切换时间录波显示约 为 550 ms ，这时残压衰减到 65 70 ，电动机转数不至于下降很大，且备用电源合 闸时冲击最小。同期捕捉切换在实际应用中有 2 种方法：一种是“恒定越前相角”，根据正常厂用 电负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度和合闸回路的总时间， 计算并整定出合闸导前角， 装置实时跟踪频差和相差，当相差达到整定值，且频差不超过整定点范围时，发出合闸 命令；当频差超过范围时，放弃合闸，自动转入残压切换。这种切换方法的优点是较为 可靠，现场设置采用此原理；另一种是“恒定越前时间”原理，

13、即完全根据实时的频差、 相差，依据一定的变化规律模型，当该时间接近合闸回路时间时，发出合闸命令。从理 论上讲，这种方法计算精确，不受负荷变化影响，但是同期合闸成功率低，现场一般不 采用。3 23 残压切换快速切换、同期捕捉切换失败后， 当反馈残压衰减到 20 40 额定电压后实现的 切换，称为残压切换。这种切换虽然能保证电动机的安全，但是由于停电时间过长，电 动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到限制。3 24 微机型 BZT 装置的应用效果2000 年马头发电总厂将微机型厂用电 BZT 装置应用于 1 台国产 200 MW 机组， 效果显著。 2000 年之前 BZT 自投成功率仅为 66

14、 7 ， 2000 年之后，经过 3 次非正 常停机考验， BZT 自投成功率为 100 。从动作 6 次录波中看出， 4 次快速切换， 2 次 同期捕捉切换，收到了良好的效果。4 应用中应注意的问题和需要改进的措施4 1 电源备用方式的改变按照正常备用方式， 2DL 跳闸后自动投入 3DL ，在投入 3DL 时检测 1PT 、2PT 相 位， 2PT 正常备用方式不带电。按照检测相位的原理，在投入前 2PT 必须带电才能满足 相位检测条件，实际 1DL 开关处于热备用状态，因此不满足条件。为了满足相位条件， 在现场改为检测 1PT 与 3PT 之间的相位，并考虑备变高低压侧的相位差，见图 24 2 并联切换方式的闭锁完善装置中的并联切换方式，有待于完善。因为此切换方式逻辑判断只检测开关位置， 没有考虑检测电流条件。由图 2 可以看出，在由工作电源向备用电源操作切换过程中， 如果没有检测备用电源是否有电流的条件， 不管 1DL 是否在合位， 检测到 3DL 合位后， 2DL 自动断开，这样会造成 6 kV 厂用电失电，后果不堪设想。但是，如果考虑电流闭 锁条件，根据系统接线图可知，只能检测 3DL 回路是否有电流。对于图 2 系统，如果 1DL 没有在合位，当 3DL 合入后，相当于对启备变反充电，回路也有电流，因此在设 置电流门槛上，有困难。为此考虑以下 2