火力發電廠廠用6 kV系統快切改造

王超

(大唐國際陡河發電廠，河北省唐山市 063028)

0 引言

近年來，隨著發電機組容量的不斷增大，廠用電的安全運行以及在故障時將廠用電切換到備用電源的安全性和穩定性越來越受到重視。因此，提高廠用電故障時的切換成功率以及一類6 kV電動機的自啟動成功率，進行廠用電快切裝置改造工作勢在必行。本文以陡河發電廠5號機組采用的MFC-2000型快切裝置為例，論述廠用電6 kV快切裝置改造過程及改造后的效果，為同類電廠廠用電快切改造工作提供經驗。

1 快切裝置二次回路改造

陡河發電廠5號機組的電氣一次系統如圖1所示。

圖1 陡河發電廠5號機組電氣一次系統Fig.1 Primary system of No.5 unit in Douhe Power Plant

快切改造期望實現的功能為:正常情況下，廠用6 kV工作電源6501A向廠用6 kV備用電源6520A進行半自動并聯切換;故障情況下，廠用6 kV工作電源6501A向廠用6 kV備用電源6520A進行自動串聯切換［1］。為盡量節省改造的材料費用，在改造前，對原有備用電源自動投入裝置使用的電纜進行匯總，以便充分利用已有電纜完成快切裝置的改造工作。需保留的電纜如表1所示。需新敷設的電纜如表2所示。

需新敷設的電纜只有2根，其中，G5QKQ-AB8電纜是為了節省廠用電，將起動備用變壓器T0乙由熱備用改為冷備用，在快切裝置實現電源切換時，要依靠其實現起動備用變壓器高壓開關的合閘［2-3］。G5QKQ-AB1電纜是快切裝置實現保護快速啟動，切換6 kV電源的新增電纜，其僅敷設在電子間內，實現廠用電故障狀態下的快速啟動功能。與全面更換新電纜的快切裝置改造方案相比，此方案大大節省了電纜費用和敷設電纜的人工費，其主要投資只是購置快切裝置，改造費用大大降低［4］。

2 快切裝置的性能優勢

廠用電6 kV系統的切換形式通常為:正常并聯切換、正常串聯切換、正常同時切換、事故串聯切換、事故同時切換、廠用母線失壓切換和工作電源開關誤跳切換［5］。

改造前采用的是691UD型備用電源自動投入裝置，只能實現正常并聯切換和廠用母線失壓切換;改造后采用東大金智公司生產的MFC-2000型快切裝置，可以同時實現上述所有切換方式，切換方式豐富。特別是在故障狀態下，由于保護裝置動作速度非常快，由保護啟動快切裝置，通過事故串聯切換功能實現工作電源向備用電源的快速切換，通常只需20 ms時間［6］。

與備用電源自動投入裝置相比，快切裝置增加了保護閉鎖功能。保護閉鎖開入量引自6 kV母線保護(發變組保護A、B分支)的出口接點。在該保護動作時，閉鎖快切裝置，接通方式為閉合短脈沖［7］。在分支過流等母線保護動作時，發出閉鎖信號，直接閉鎖快切裝置，保證備用電源不會合閘于故障母線，不會帶來母線故障電流的二次沖擊，確保備用電源的安全［8］。

3 快切改造的效果

火力發電廠的6 kV廠用設備大多為異步電動機，圖2為廠用母線上電動機負荷所占比例不同時的殘壓特性曲線。通過試驗發現，電動機總容量越大，殘壓頻率和幅值衰減的速度越慢。采用傳統的備用電源自動投入裝置，由于機組正常運行時，異步電動機運行數量較多，殘壓衰減的速度很慢，遲遲達不到備用電源自動投入裝置切換廠用電定值。廠用電切換時間過長，許多大型異步電動機無法完成自啟動，以致造成停機事故。采用快切裝置可以避免上述情況的發生。

圖2 殘壓衰減曲線Fig.2 Residual pressure decay curves

為滿足6 kV母線段上最大電機的自啟動要求，設啟動電壓為1.1倍額定電壓;將母線殘壓的相量以極坐標的形式繪制出來的變化軌跡如圖3所示［9］。備用電源電壓與母線殘壓的壓差為圖3中的ΔU;5號機組6 kV母線上的總容量為16940 kW;功率因素為0.8;工作電源與備用電源間的實測固有初始角相位差為9°(當兩側電壓相位差小于60°時，產生的沖擊電流是系統可以承受的);合閘過程中平均頻差按1 Hz計算，6 kV開關的機構動作時間為63 ms。基于上述條件進行計算，結果為:合閘角相差約18°，即兩側電壓相角差小于42°，滿足兩側電壓相位差小于60°的要求［10-11］。由圖2 可見，備用電源在140 ms以內合閘是安全的。

圖3 母線殘壓特性示意圖Fig.3 Residual voltage characteristics of bus

改造后，對廠用電快切裝置進行了帶負荷切換試驗，由于使用保護啟動，所以快速切換的動作率達到100%。切換過程中相關的電壓、電流錄波曲線如圖4～6所示。

由圖4可以得到:在實現快速切換時，廠用母線的電壓降低很小，大約降至額定電壓的90%就完成了備用電源的切換，切換過程大約用時62 ms，這個時間幾乎是6 kV開關的固有動作時間。

由圖5可以發現，快速切換時，最大沖擊電流只有原母線電流的1.8倍，這樣的電流不會達到上一級保護的動作定值，不會造成越級誤動。因快切裝置切換的時間相當短，電動機在慣性作用下轉速不會下降很多，啟動轉矩相對較小，這給本段母線故障時大型電動機自啟動創造了良好的條件，基本能滿足所有電動機自啟動的要求，減少了機組非故障停機的幾率。

由圖6可見，由于備用電源自動投入裝置只能實現殘壓切換，將工作電源切向備用電源需要一個相當長的時間，圖6中顯示大約需要650 ms。這個時間是在機組所帶負荷比較低的情況下得到的試驗結果，如果滿負荷運行，由于殘壓下降的時間也會相對增長，因此切換需要的時間會更長。在這個過程中，雖然合閘時沖擊電流得到了有效的抑制，但由于電動機失壓時間過長，轉速已經有了明顯的下降，需要更大的啟動轉矩才能啟動成功，給電動機的自啟動造成很大的困難(尤其是大型電動機，很難啟動成功)。同時，由于母線上有很多大型電動機需同時啟動，如果備用電源容量不足，也會造成備用電源的掉閘，使6 kV母線切換不成功，危及運行。

4 結論

(1)陡河發電廠廠用電6 kV快切裝置的改造方案，經實踐檢驗是合理、有效的。與全面更換新電纜的方案相比，減少了材料和人工費用，降低了改造成本。

(2)快切裝置無論是試驗性能還是實際應用效果，都有著備用電源自動投入裝置無可比擬的優勢，可以保證機組的安全、穩定運行，保證6 kV廠用電的正常切換和事故情況下的快速切換，為大型電機創造了良好的自啟動條件。

(3)隨著快切裝置的性能及穩定性的不斷提升，快切裝置將全面取代備用電源自動投入裝置，成為發電機組廠用電切換的必然選擇。

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