10.5kV廠用電快切試驗及其邏輯分析

摘 要：廠用電源的可靠性對于電廠來說十分重要，由于廠用電源的失電，一方面可能會造成經濟損失，另一方面可能會對系統或設備的安全運行造成不良影響。本文主要通過對某核電10.5kV廠用電源切換方式的介紹，結合現場調試情況，重點對快切邏輯進行了分析。

關鍵詞：廠用電；10.5kV；切換；快切

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.188

1 引言

廠用電的可靠性對于電廠來講十分重要，這直接關系到電廠的經濟性及安全性。

本文重點通過對某核電廠廠用電切換方式的介紹、切換邏輯的分析、幾種切換裝置的優缺點進行了分析，給后續廠用電切換相關試驗提供一定的借鑒作用。

2 廠用電結構圖

3 快切功能實現

3.1 快切原理

當UAT因各種原因失電后，此時由于10.5kV中壓母線上電動機負荷的惰轉，異步電動機此時的工作方式為異步發電機，母線上所有正在惰轉電動機的電壓合成反饋電壓。圖2是某300kV機組6kV母線反饋向量軌跡（衰減較慢的情況）。

其中：K=XM/（ XS+XM）；VS為系統電壓；VD為母線反饋電壓；△U為VS與VD壓差；XS為系統電抗；XM為中壓電動機電抗；A'A"為當K=0.67時的安全合閘曲線，曲線右邊為安全區；B'B"為當K=0.95時的安全合閘曲線，曲線右邊為安全區。

如圖2所示，正常運行時，工作電源與備用電源同相，其電壓向量端點為A，母線失電后，反饋電壓端點將沿曲線逆時針移動，如果能在AB段合上備用電源，此時既能保證電動機運行安全，又不會使電動機轉速下降太多，這就是快切。

3.2 快切邏輯圖

啟動快切，需要滿足如下條件：

（1）運行人員需在PLS界面上許可母線切換；（2）MSUT、UAT、發電機故障；（3）切換裝置無內部報警；（4）切換裝置電源電壓在正常范圍內；（5）M2斷路器跳閘監視回路1、2正常；（6）M2斷路器保護裝置無跳閘信號；（7）M1、M2檢同期，滿足同期要求；（8）M2斷路器分閘。

復歸快切，需要滿足如下條件：

（1）M1斷路器分閘、M2斷路器合閘，且母線低電壓（低于90%額定電壓）；（2）殘壓切換；（3）M2斷路器合閘。

3.3 快切定值

（1）快切窗口PU為0.2s；（2）同期元件25的電壓高值25VHI為63.5V，25VLO為52V，同期角度為20°；（3）低電壓27B3定值為52V（額定57.74V）。

25元件的高值25VHI主要是考慮到母線上電動機負荷一般能承受的最高電壓為1.1倍額定電壓，而25VLO主要考慮如果母線電壓較低進行同期，則啟動電流過大，這樣對系統乃至設備的安全運行有不良影響，因此需要這兩個限值進行閉鎖。

4 快切試驗

在進行快切試驗前，除了有些沒有辦法實現的情況需要進行模擬，其它情況下，我們盡可能的讓試驗條件接近實際運行工況。為滿足快切條件需要，需要以下條件得到滿足：

（1）M1給中壓母線供電，M2熱備用；（2）中壓母線帶負荷運行（根據現場條件，在進行試驗時，盡可能地帶了較大的泵及其它所有可以帶的負荷）；（3）由于快切邏輯需要中壓廠用電上游電氣設備有故障才能啟動快切，該核電廠快切裝置為了保證切換的快速性，盡可能不影響系統上設備的穩定運行，在執行快切時，發出分M1斷路器和合M2斷路器是同時進行的。因此，我們人為通過一個兩級空開，接入2對接點到M1斷路器分閘、M2斷路器合閘回路中。

圖4是帶上該核電廠廠用電中壓FWS、CCS及4段400V負荷中心負載時的快切試驗錄波波形圖：

由圖4可以看出，快切命令發出（A點），到M1斷路器分閘，用時34.8ms，從M1斷路器分閘，到最終M2斷路器合閘，用時24ms，整個過程用時58.8ms，整個過程，除了在M1斷路器分閘瞬間因為電動機惰轉反饋電壓的原因，母線電壓稍微有點畸形，且在M2斷路器合閘前大小稍微有點下降、相角略有滯后外，電壓波形平滑，切換過程平穩，切換電流平穩。在快切試驗完成后，所有廠用電中壓母線上負荷沒有因為切換的過程有任何不正常運行狀態，相應的電動機正常運行沒有收到任何影響。

5 快切裝置優缺點比較

根據開關動作順序，快切裝置有以下幾種切換方式：

（1）并聯切換。先合上備用電源，兩電源短時并聯，再跳開工作電源。（2）串聯切換。先跳開工作電源，在確認工作電源跳開后，再合上備用電源。（3）同時切換。這種方式介于并聯切換和串聯切換之間。合備用命令在跳開命令之后、工作開關跳開之前發出。母線斷電時間小于備用開關合閘時間，可根據實際情況設置一定延時來進行調整。

國內很多快切裝置使用的是串聯切換，串聯切換需要等工作電源徹底斷開后，再合上備用電源，如果按照這種方式，該核電廠從切換開始到結束需要34.4+58.8=93.2ms，且由于備用電源合閘時間晚，此時電壓幅度及相角下降較多，可能會造成電動機負荷啟動電流過大，對設備造成不良影響。反之，該核電廠切換裝置采用的是第三種方式，有點很明顯，切換時間短，電壓相角滯后系統相角較少，切換過程對系統及設備幾乎沒有影響，且該切換裝置為了保險起見，還增加了同期檢測元件，以防電壓下降較快時的不安全切換（此時可能相角已經比系統相角滯后很多）。

6 結論

發電廠廠用電系統的穩定可靠是發電廠安全穩定運行的基礎，它涉及到系統的安全、電廠的經濟效益，而快切成功與否又是保證廠用電可靠性的重中之重，而要保證快切的可靠性，合閘的命令就必須盡可能早的發出，該核電廠的快切裝置集中于保護裝置之中，利用保護裝置的可編輯功能，實現了快切功能，且能夠在事故發生的第一時間進行切換，這樣保證了切換的成功率及切換的安全性，對提高核電廠的經濟效益起著相當重要的作用。

參考文獻：

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作者簡介：許中華（1982-），男，湖北黃梅人，本科，電氣工程師，主要從事包括水電、火電、核電等電氣調試工作。