關于廠用電快切裝置功能的探討

羅艷

(大唐石門發電有限責任公司，湖南常德415300)

關于廠用電快切裝置功能的探討

Discussion on auxiliary power fast cutting device function

羅艷

(大唐石門發電有限責任公司，湖南常德415300)

重點介紹PCS－9655型廠用電快切裝置的功能及原理，在分析廠用母線工作電源和備用電源斷路器切換原理的基礎上，敘述了快切裝置現有功能的不足，以及在使用過程中出現的問題及解決方法，并提出了解決的思路。

廠用電；快速切換；去耦合功能；分閘時間；PCS－9655

廠用電電源的安全可靠將直接關系到電廠的安全運行。在啟動、停機、消缺、解列以及工作電源故障等情況下，成功、快速地進行廠用電切換，是確保廠用電系統乃至整個發電機組安全的重要環節之一。廠用電快切裝置迅速發展，充分顯示出它在生產實際運行中的優越性。如果廠用電的供電電源因某種原因中斷時，廠用電母線失電，連接于上面的負荷將失去電源而停運，極有可能造成發電廠鍋爐MFT，機組降負荷，甚至更為嚴重的后果。

大唐石門發電有限責任公司(以下簡稱石門電廠)2臺300 MW機組均采用擴大單元接線，其6 kV廠用系統裝設了4套某公司生產的PCS－9655廠用電快速切換裝置，分別對應6 kV廠用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段系統。自投運以來，裝置運行狀況雖然較好，切換成功率幾乎是100%，可以說基本安全可靠。然而，近幾次曾發生因斷路器本體原因，廠用電切換失敗，而導致的廠用電失壓事件。以下結合PCS－9655廠用電快切裝置的功能、原理，對故障情況進行分析。

1 PCS－9655快切裝置功能說明

1.1 正常切換操作

正常切換是指正常情況下進行的廠用電源切換。正常切換是雙向的，切換過程主要有:

1)并聯自動切換:手動啟動切換，當并聯切換條件滿足，先合上廠用電備用(工作)電源，經延時定值，并確認合閘成功后，再自動跳開廠用電工作(備用)電源。

2)并聯半自動切換:手動啟動切換，當并聯切換條件滿足，先合上廠用電備用(工作)電源，而跳開工作(備用)電源的操作交人工完成。

3)串聯切換:手動啟動切換，先跳開工作(備用)電源斷路器并確認后，切換條件滿足時，再合上備用(工作)電源。

4)同時切換:手動啟動切換，跳開工作(備用)電源斷路器，經延時定值，無論工作(備用)電源是否已經跳開，切換條件滿足時再合上備用(工作)電源斷路器。

1.2 事故切換

事故切換亦是屬于單向操作，分為串聯切換和同時切換，只由工作電源切向備用電源，主要是工作電源故障，由保護啟動的切換。

1.3 不正常切換

分串聯切換和并聯切換兩種方式，屬于單向切換，只能由工作電源切向備用電源，通常是指廠用母線失壓起動的切換或是工作電源斷路器偷跳，裝置自動投入備用電源。

1.4 去耦合功能

去耦合功能是快切裝置的必備功能之一，一般是同時切換或者是并聯切換過程中，快切裝置啟動切換時，應該跳開的斷路器沒有跳開，而該合上的斷路器已經合上，兩電源并列運行，在這種情況下，快切裝置去耦合功能起動，經一定延時后，跳開后合上的斷路器，使得母線上只有一個進線電源，這整個過程就稱為去耦合。

1.5 低壓減載功能

在快切裝置切換過程中，當廠用母線三相電壓持續低于設定定值，經延時出口，切除次要輔機，以保障重要輔機可靠自啟動。

1.6 后加速保護功能

一般應用于廠用電分支開關沒有配置保護的場合。快切裝置切換時，若目標電源誤投故障母線，則立即跳開目標電源側開關，快速切除故障。

2 問題的提出

2.1 事故的經過

石門電廠2號機組6 kV廠用Ⅲ段快切裝置接線圖如圖1所示。2號機組6 kV廠用系統分為2段(Ⅲ段和Ⅳ段)，每段母線有2路電源，正常情況下，Ⅲ段母線由工作電源高廠變分支2301斷路器供電，備用電源高備變分支2003斷路器處于備用狀態；Ⅳ段母線由工作電源高廠變分支2401斷路器供電，備用電源高備變分支2004斷路器處于備用狀態。6 kV廠用Ⅲ段工作電源及備用電源均為真空開關，其跳閘時間為33～45 ms，合閘時間為55～67 ms。

圖1 石門電廠廠用電快切裝置接線示意圖

石門電廠6 kV廠用電快切裝置正常切換方式為并聯自動切換，事故切換與失壓切換方式均為串聯切換，偷跳切換、快速切換、殘壓切換及越前時間切換投入，越前相角、低壓減載、長延時切換與后加速保護功能退出。

2015年1月4日22時10分，廠用6 kVⅢ段系統A相單點接地，綜合自動化系統監控畫面發報警信號。由于接地部分高壓電纜穿入零序TA方式不正確，小電流接地檢測裝置不能判別出接地間隔，運行人員進行負荷拉閘查找接地支路未果，懷疑2號高廠變分支有接地故障，遂決定倒換廠用電。1月5日00時40分，起動6 kVⅢ段快切裝置正常并聯自動切換，將6 kVⅢ段由工作電源切備用電源供電，因工作電源斷路器拒動，切換失敗，6 kVⅢ段失壓。保安段自投成功，電除塵低壓段自投成功，2號機降負荷至130 MW。6 kVⅢ段由01高壓啟備變帶，逐步復電，此時6 kVⅢ段接地報警信號消失，2號機組逐步恢復正常運行方式。

2.2 原因分析及解決辦法

2.2.1 情況分析

根據PCS－9655快切裝置原理可知，在進行廠用電切換過程中(包括正常切換、事故切換和不正常切換)，若快切裝置發出斷路器跳(合)閘命令，因斷路器本體機構原因，造成斷路器分(合)閘時間過長，或是斷路器輔助接點不可靠，快切裝置未收到應跳斷路器的跳(合)位開入接點，都將判斷為斷路器拒動。另外，對于無操作箱回路的斷路器，斷路器實際未合上或未跳開的情況下，裝置輸出的合(跳)閘命令盲目返回將會引起拉弧，甚至于燒損裝置輸出接點或繼電器。因此，快切裝置的跳(合)閘命令在未檢測到斷路器實際跳開(合上)之前，將一直保持不返回。

經過仔細檢查，以及對6 kVⅢ段工作電源2301斷路器分合閘時間的測試，發現其三相分閘時間均在700 ms以上。可以推斷，當時啟動快切裝置并聯切換，將廠用電從工作電源切向備用電源時，快切裝置首先將6 kVⅢ段備用電源2003斷路器合上，500 ms后，再對工作電源2301斷路器發跳閘命令，由于6 kV廠用Ⅲ段工作電源2301斷路器分閘時間過慢(大于700 ms，正常時應不大于55 ms)，使得工作電源和備用電源并列運行，快切裝置等待200 ms未檢測到2301斷路器跳位開入接點，判斷2301斷路器拒動，通過去耦合功能跳開備用電源2003斷路器。備用電源跳開后約500 ms左右，工作電源也相繼跳開，導致6 kV廠用Ⅲ段母線失壓。從整個過程看，裝置此次動作屬于誤動，而僅就裝置本身而言，則屬于正確動作。通過動作報文、錄波功能查詢以及比較DCS中的歷史記錄，其動作情況與檢查分析結果相符。

顯而易見，工作電源斷路器分閘時間過長是此次廠用電切換失敗的直接原因，快切裝置在合上備用電源后發出跳工作電源命令，而后又通過去耦合功能跳開備用電源，整個過程中，快切裝置發出的跳工作電源命令一直保持不返回，導致兩電源全跳，切換失敗。

由于石門電廠2號高壓廠用工作變壓器和01號起動/備用變壓器的引接方式不同，它們之間存在者不同數值的阻抗，當兩臺變壓器分別帶上負荷時，兩路電源之間的電壓將存在一定的相差，這個相差通常被稱為“初始相角”。因為初始相角的存在，快切裝置啟動正常并聯切換時，兩臺變壓器之間就會產生環流，環流的數值過大時，對變壓器是十分有害的。因此，該裝置設有去耦合功能，且固話與程序軟件中默認投入，當兩電源并列運行超過200 ms，則跳開剛合上的斷路器。可以看出，無論是退出該項功能還是延長“去耦合延時”，對廠用電系統的安全運行都會帶來不利的影響，故去耦合功能是快切裝置必不可少的一部分。

查出問題的關鍵后，檢修人員立即對工作電源2301斷路器的本體機構進行徹查，發現其跳合閘機構存在動作不干脆、彈簧壓力改變的現象。更換了斷路器相關部件，再次進行跳合閘測試，其三相分閘時間分別為:A相46.1 ms，B相46.5 ms，C相45.7 ms，結果正常。重復多次進行廠用電切換試驗，切換正常。

2.2.2 事故反思

通過此次事故，一用一備原則設計的廠用供電方式并非完全可靠，當開關本體機構發生故障無法滿足快切邏輯時，廠用電系統的可靠性受到威脅。當電氣設備(包括斷路器、接觸器、電纜和電氣保護等等)質量可靠性差時，可以考慮改進廠用電系統設計，根據實際優化運行方式，提高供電可靠性。主要方法有:

1)因石門電廠2號機組6 kV廠用電系統采用Ⅲ、Ⅳ段分段設計，可以在兩段母線之間采用聯鎖開關自動投入，一旦某段母線出現故障(如失壓等)，自動投入聯鎖開關將非故障母線投入繼續供電。此類設計應在聯鎖條件、邏輯判別以及出口時間上和快切裝置配合使用，避免沖突。

2)對主要的輔機設備，均要求有備用，同一類輔機設備、電源應接在不同廠用電母線上。

2.2.3 在使用快切裝置時，建議著重考慮兩點:

1)斷路器執行機構動作不干脆或斷路器輔助接點不可靠是造成快切裝置誤動(或拒動)的直接原因。廠用電電源斷路器應統一采用機構性能優良的產品，保證分合閘時間的快速性；此外，還需定期對廠用電電源斷路器進行整體大修，提高斷路器使用可靠性及延長斷路器壽命，重點檢查斷路器跳合閘機構、輔助接點等相關部件。

2)對于無法確保斷路器本體機構快速動作，且對快速切換要求不高的用戶，在進行并聯切換時，可將正常切換方式由并聯自動切換改為并聯半自動切換或同時切換。并聯半自動切換如前所述，即快切裝置在滿足并聯條件時，先合上備用(工作)電源，再由運行操作人員在就地手動跳開工作(備用)電源，采用此種切換方式時，若經30 s工作(備用)電源仍未跳開，裝置閉鎖，并發出告警信號；而同時切換，即是快切裝置在啟動切換時同時發出跳工作(備用)電源開關命令和合備用(工作)電源開關命令，切換條件包括快速切換、越前時間切換、殘壓切換等等。

3 改進設想

PCS－9655快切裝置在切換過程中，將電源斷路器的輔助接點狀態作為斷路器狀態判斷的唯一依據，并按照固有邏輯而保持出口命令，執行切換程序。這種程序設計雖然簡單但可靠性太低，是個安全隱患。

針對以上情況，可以進一步完善快切裝置邏輯，使之具備更強大的容錯能力。斷路器本體故障造成開關拒動，從而引起母線失壓的根本原因，就在于RCS－9655快切裝置去耦合使得兩路電源均跳開，造成母線失壓后沒有防誤程序執行失壓起動邏輯。故而，針對石門電廠6 kV廠用電系統，有以下幾個方面的改進建議:

1)優化廠用電系統設計。如前所述，分段母線之間采用聯鎖互備方式，主要輔機設備實現冗余備用。

2)快切裝置增設母線失壓自動投入備用電源邏輯。當切換廠用電過程中發生兩路電源全跳開，母線失壓的情況下，快切裝置應立即動作，有選擇性的強合備用電源，保證廠用電供電的可靠性。當然，這里的“強合”并不是一種最好的選擇，而只是一種“兩弊相權取其輕”的選擇。上述事件中，裝置起動去耦合功能，跳開2003后，原先跳工作電源的命令一直保持，經過500 ms又將工作電源跳開，最終導致母線失壓，這個過程完全可以列入諸如不正常切換的邏輯，裝置可以再合上備用電源開關，保證廠用電供電正常。

3)完善快切裝置去耦合邏輯。

首先，在并聯切換去耦合邏輯中增加有流判據。如圖1中，并聯切換啟動后，合2003，2003位置接點合位后延時跳2301，若在200 ms內2301仍有流，則起動去耦合跳開2003。

其次，取消快切裝置出口保持功能。快切裝置去耦合跳開備用電源后，立即將原跳工作電源的命令返回，工作電源斷路器跳閘線圈無法繼續勵磁，無法跳閘，完全可以防止兩路電源全跳開的情況發生。這種情況下，必須保證在開關實際未跳開或者未合上時，裝置出口接點直接返回引起拉弧而不被燒損，或者裝置元器件不被燒壞。這也對快切裝置的硬件提出了更高的要求，裝置的造價也必然會更加昂貴。

當然，要改進裝置硬件質量，細化裝置軟件判據，還要保證裝置的切換速度，對裝置的設計和制造方面都存在一定的難度，從而提高了裝置的造價。但是，考慮廠用系統的可靠性和穩定性，這樣的改進還是值得去研究的。

〔1〕國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材:電力系統安全自動裝置〔M〕.北京:中國電力出版社，2009.

〔2〕南京南瑞繼保電氣有限公司.PCS－9655廠用電快速切換裝置技術和使用說明書(ZL_DYBH0701.0803.2007.09V1.00)〔R〕.2007.

〔3〕國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護規定匯編:繼電保護及安全自動裝置技術規程〔M〕.北京:中國電力出版社，1997.

〔4〕杜耀明.廠用電失電與快切裝置邏輯缺陷分析與改進〔J〕.電力安全技術，2010，12(3):28-29.

〔5〕劉忠岳.電氣設備及其系統〔M〕.北京:中國電力出版社，2003.

TM762

B

1008-0198(2016)01-0060-03

羅艷(1980)，女，漢族，湖南衡南人，工程師，工學學士，主要從事繼電保護及自動裝置的檢修維護工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.017

2015-05-11 改回日期:2015-06-04