火電機(jī)組廠用電源異網(wǎng)問(wèn)題探討

朱皓

(陜西能源趙石畔煤電有限公司，陜西 榆林 719000)

1 異網(wǎng)時(shí)廠用工作電源和備用電源電壓差

圖1 工作和備用電源電壓相量

2 廠用工作電源和備用電源的異網(wǎng)切換

2.1 未設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器機(jī)組啟停時(shí)

如圖2所示，若發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，送出電網(wǎng)和引接啟動(dòng)備用變壓器(以下簡(jiǎn)稱啟備變)電源的本地電網(wǎng)不在一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)，廠用母線工作電源和備用電源無(wú)法并列切換，火電機(jī)組廠用供電又不能中斷，機(jī)組啟、停時(shí)只能利用發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行，作為中間環(huán)節(jié)進(jìn)行廠用電源在兩個(gè)異網(wǎng)間的切換。需將廠用電工作電源和備用電源開關(guān)作為同期點(diǎn)接入同期回路，發(fā)電機(jī)需帶廠用電負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)要求高，且低負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行情況下汽輪機(jī)、鍋爐熱力系統(tǒng)需穩(wěn)定運(yùn)行。

以#1機(jī)組為例，1ZK開關(guān)分閘，啟機(jī)時(shí)廠用電由本地電網(wǎng)經(jīng)啟備變通過(guò)01A，01B開關(guān)供電，#1機(jī)組沖轉(zhuǎn)定速，發(fā)電機(jī)加勵(lì)磁升壓至額定電壓，分別選1A，1B開關(guān)作為同期點(diǎn)投入同期裝置，#1發(fā)電機(jī)和本地電網(wǎng)并列，將廠用1A，1B段倒至#1發(fā)電機(jī)經(jīng)#1高壓廠用變壓器(以下簡(jiǎn)稱高廠變)帶廠用電孤網(wǎng)運(yùn)行；再選1ZK開關(guān)作為同期點(diǎn)投入同期裝置，#1發(fā)電機(jī)和送出電網(wǎng)并列，合上1ZK開關(guān)，廠用1A，1B段由送出電網(wǎng)供電。停機(jī)時(shí)#1機(jī)組減負(fù)荷至與廠用負(fù)荷相當(dāng)，拉開1ZK開關(guān)，#1發(fā)電機(jī)帶廠用電負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行，再分別選01A，01B開關(guān)作為同期點(diǎn)投入同期裝置，#1發(fā)電機(jī)和本地電網(wǎng)并列，廠用1A，1B段倒至啟備變由本地電網(wǎng)帶。

2.2 設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器機(jī)組啟停時(shí)

如圖2所示，若發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器，機(jī)組啟、停無(wú)需在異網(wǎng)間切換廠用電。以#1機(jī)組為例，啟動(dòng)前1ZK合閘、GCB1分閘，送出電網(wǎng)通過(guò)#1主變壓器(以下簡(jiǎn)稱主變)、#1高廠變經(jīng)1A，1B開關(guān)向廠用1A，1B段供電，待#1發(fā)電機(jī)升壓后，選GCB1開關(guān)作為同期點(diǎn)投入同期裝置，#1發(fā)電機(jī)和送出電網(wǎng)并列機(jī)組運(yùn)行。停機(jī)時(shí)只需斷開GCB1開關(guān)發(fā)電機(jī)和送出電網(wǎng)解列，廠用電仍由#1主變、#1高廠變給廠用母線供電。

圖2 發(fā)變組及廠用一次接線

2.3 事故情況下

如圖2所示，以#1發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明。若發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器，#1發(fā)電機(jī)或熱機(jī)故障時(shí)跳開GCB1開關(guān)，機(jī)組和送出電網(wǎng)隔離，廠用電仍由送出電網(wǎng)倒送供電。僅在#1主變或#1高廠變故障時(shí)，需跳開1ZK，GCB1，1A，1B開關(guān)，快切裝置動(dòng)作合上01A，01B開關(guān)由啟備變給廠用供電。若發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，#1發(fā)電機(jī)或熱機(jī)、#1主變、#1高廠變故障時(shí)，均需跳開1ZK，1A，1B開關(guān)，快切裝置動(dòng)作合上01A，01B開關(guān)由啟備變給廠用供電。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，火電機(jī)組故障跳閘中，熱機(jī)故障跳閘占85%以上，變壓器為靜止設(shè)備，故障跳閘的幾率較低，故發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器的機(jī)組發(fā)生快切裝置異網(wǎng)串聯(lián)切換的幾率相對(duì)也較低。

快切裝置事故串聯(lián)切換方式，按備用電源開關(guān)投入速度由快到慢分為快速切換、同期捕捉、殘壓、長(zhǎng)延時(shí)4種方式。切換速度越慢對(duì)廠用負(fù)荷供電的影響越大，快切裝置究竟以何種方式完成切換不可控，與廠用工作電源開關(guān)跳閘前兩異網(wǎng)系統(tǒng)的相角差和頻率差有關(guān)，差值越小完成快速切換的可能性越大。結(jié)合大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司[2]的經(jīng)驗(yàn)，在異網(wǎng)下快切裝置多數(shù)完成同期捕捉切換，很少完成快速切換，也有進(jìn)行殘壓切換的。

由此可見，在異網(wǎng)下快切裝置的事故切換，對(duì)廠用負(fù)荷的供電可靠性影響較大，為了保證機(jī)組設(shè)備安全，重要輔機(jī)，如引風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、主機(jī)交流潤(rùn)滑油泵等，需對(duì)所配置的保護(hù)邏輯進(jìn)行梳理，并對(duì)其他大功率電動(dòng)機(jī)的低電壓定值正確整定，在廠用母線電壓[3]下降期間能快速恢復(fù)，保證重要輔機(jī)自啟動(dòng)正常，確保機(jī)組能安全停機(jī)，防止發(fā)生設(shè)備損壞事故。

從上述分析可知，發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，機(jī)組啟停時(shí)廠用電源在異網(wǎng)間的切換操作很復(fù)雜，且事故情況下廠用電源異網(wǎng)切換的頻次高，對(duì)廠用負(fù)荷供電的可靠性和安全性影響較大，不利于機(jī)組的安全運(yùn)行；相對(duì)而言，發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器[4]，對(duì)廠用工作和備用電源處于異網(wǎng)的機(jī)組優(yōu)點(diǎn)突出。

3 廠用系統(tǒng)異網(wǎng)運(yùn)行防止非同期并列措施

3.1 廠用工作電源和備用電源開關(guān)異網(wǎng)運(yùn)行

如圖2所示，廠用母線工作電源和備用電源分別來(lái)自兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)，為兩個(gè)差頻電源，一直處于異網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，一旦并列會(huì)出現(xiàn)非同期短路而損壞設(shè)備，以#1機(jī)組為例，可采取以下措施防止誤并列。

(1)在廠用工作電源1A(1B)開關(guān)分散控制系統(tǒng)(DCS)手動(dòng)合閘回路增加備用電源01A(01B)開關(guān)的常閉輔助接點(diǎn)，只有在備用電源01A(01B)開關(guān)在分閘狀態(tài)時(shí)，方可在DCS上手動(dòng)合上工作電源1A(1B)開關(guān)；同理，在廠用備用電源01A(01B)開關(guān)DCS手動(dòng)合閘回路增加工作電源1A(1B)開關(guān)的常閉輔助接點(diǎn)。

(2)廠用工作電源1A(1B)開關(guān)DCS合閘邏輯中設(shè)備用電源01A(01B)開關(guān)在分位合允許；同理，在廠用備用電源01A(01B)開關(guān)DCS合閘邏輯中設(shè)工作電源1A(1B)開關(guān)在分位合允許。

(3)廠用母線的快切裝置手動(dòng)切換和事故切換方式控制字均選串聯(lián)方式。

(4)廠用工作電源1A(1B)開關(guān)快切合閘回路也經(jīng)備用電源01A(01B)開關(guān)常閉接點(diǎn)閉鎖；同理，廠用備用電源01A(01B)開關(guān)快切合閘回路也經(jīng)工作電源1A(1B)開關(guān)常閉接點(diǎn)閉鎖。

(5)廠用工作1A(1B)和備用電源01A(01B)開關(guān)，保證僅在試驗(yàn)位可就地開關(guān)柜合閘，工作位就地開關(guān)柜無(wú)法合閘，只能通過(guò)DCS合閘。

(6)取消廠用工作1A(1B)和備用電源01A(01B)開關(guān)合閘回路的同期閉鎖繼電器，按設(shè)計(jì)規(guī)程[5]，同網(wǎng)情況下要求設(shè)計(jì)同期閉鎖的手動(dòng)切換回路，對(duì)于異網(wǎng)的情況不適用。

以上措施保證了在開關(guān)柜合閘、DCS合閘、快切裝置合閘時(shí)，廠用工作和備用電源開關(guān)不會(huì)出現(xiàn)非同期誤并列事故。

3.2 廠用380 V動(dòng)力中心(PC)進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)異網(wǎng)運(yùn)行

當(dāng)一臺(tái)機(jī)組的高壓廠用母線由高廠變帶，另一臺(tái)由啟備變帶時(shí)，分別從兩臺(tái)機(jī)組引接電源的兩段PC母線來(lái)自兩個(gè)差頻電源，兩進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)均有誤并列的可能，必須采取防止異網(wǎng)并列的措施。當(dāng)同臺(tái)機(jī)組的一段高壓廠用母線由高廠變帶，另一段由啟備變帶時(shí)，從同臺(tái)機(jī)組兩段高壓廠用母線引接電源的PC母線來(lái)自兩個(gè)差頻電源，兩進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)均有誤并列的可能，也需要采取防止異網(wǎng)并列的措施。

(1)在PC兩進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)框架斷路器本體合閘按鈕處加裝機(jī)械鎖，防止開關(guān)本體誤合而發(fā)生非同期短路。

(2)在PC兩進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)柜就地電動(dòng)合閘回路加裝輔助接點(diǎn)閉鎖，3個(gè)開關(guān)中，另兩個(gè)開關(guān)只要有一個(gè)在分閘狀態(tài)可合本開關(guān)，防止在開關(guān)柜上電動(dòng)合閘發(fā)生非同期短路事故。

(3)在PC兩進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)DCS合閘脈沖設(shè)合允許，3個(gè)開關(guān)中，另兩個(gè)開關(guān)只要有一個(gè)在分位可合本開關(guān)。

(4)兩進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)在DCS并列合閘時(shí)，需經(jīng)過(guò)DCS同網(wǎng)判斷邏輯，同網(wǎng)時(shí)方可發(fā)出合閘脈沖。

411A，411B，011A開關(guān)DCS合閘回路需設(shè)本機(jī)同網(wǎng)判斷邏輯：兩段高壓廠用母線的工作電源1A，1B開關(guān)均在合位且備用電源01A，01B開關(guān)均在分位，或工作電源1A，1B開關(guān)均在分位且備用電源01A，01B開關(guān)均在合位，為本機(jī)兩段高壓廠用母線同網(wǎng)狀態(tài)。

412A，412B，012A開關(guān)DCS合閘回路需設(shè)兩機(jī)同網(wǎng)判斷邏輯：兩機(jī)高壓廠用母線工作電源1A，2A開關(guān)均在合位且備用電源01A，02A開關(guān)均在分位，或工作電源1A，2A開關(guān)均在分位且備用電源01A，02A開關(guān)均在合位，為兩機(jī)高壓廠用母線同網(wǎng)狀態(tài)。

以上措施保證了PC進(jìn)線和母聯(lián)開關(guān)僅在檢修時(shí)打開機(jī)械鎖，開關(guān)投運(yùn)后嚴(yán)禁使用開關(guān)本體合閘按鈕合開關(guān)；就地開關(guān)柜電動(dòng)合閘，只能在3個(gè)開關(guān)中僅合1個(gè)或2個(gè)開關(guān)時(shí)使用，防止發(fā)生誤并列合閘；DCS合閘既能滿足同網(wǎng)情況下兩段PC母線并列的要求，又能保證3個(gè)開關(guān)中僅合1個(gè)或2個(gè)開關(guān)的需求。

3.3 雙電源異網(wǎng)供電的380 V 就地控制中心(MCC)

對(duì)于雙電源供電的MCC，其電源分別從PC段上引接，上級(jí)電源有異網(wǎng)的可能，故雙電源供電的MCC電源開關(guān)須采用單刀雙擲的刀閘，或不會(huì)引起兩路電源并列的雙電源自動(dòng)切換開關(guān)，保證在任何情況下不會(huì)引起上級(jí)兩路電源非同期并列。

3.4 其他情況

對(duì)于雙路電源供電的就地箱或就地柜，必須保證上級(jí)兩路電源不能并列。就地雙路電源供電的設(shè)備嚴(yán)禁采用環(huán)網(wǎng)設(shè)解列點(diǎn)的供電方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于廠用工作和備用電源處于異網(wǎng)的火電機(jī)組，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮廠用電源在異網(wǎng)間切換所存在的困難，宜采用發(fā)電機(jī)出口配置斷路器的方案，有利于機(jī)組的安全運(yùn)行。對(duì)于高、低壓廠用系統(tǒng)存在非同期并列的問(wèn)題，廠用高壓工作和備用電源開關(guān)因一直處于異網(wǎng)狀態(tài)，必須在開關(guān)合閘回路加輔助接點(diǎn)閉鎖，保證任何情況下都不會(huì)出現(xiàn)非同期并列；廠用380 V系統(tǒng)，因上級(jí)電源系統(tǒng)運(yùn)行方式變化，可能會(huì)出現(xiàn)異網(wǎng)并列的開關(guān)，開關(guān)本體合閘按鈕加機(jī)械鎖，就地電動(dòng)合閘回路必須加輔助接點(diǎn)閉鎖，DCS合閘回路并列操作時(shí)加同網(wǎng)判據(jù)邏輯，DCS合閘回路不并列操作時(shí)采取“3開關(guān)合2個(gè)或3開關(guān)合1個(gè)”的閉鎖邏輯，既能滿足系統(tǒng)的并列需求，又能防止發(fā)生非同期并列損壞設(shè)備、危及人身安全等惡性事故。