廠用電快速切換技術(shù)在發(fā)電廠的運用分析

康建文

（茂名石化熱電分部電氣一車間，廣東 茂名 525000）

電力供應(yīng)不僅僅要保證電能的實時傳輸，同時要做好電能質(zhì)量的管理，比如，電壓、頻率要保持穩(wěn)定性，否則，會對電力網(wǎng)絡(luò)線路和用電設(shè)備造成一定程度的沖擊。為了能夠確保良好的供電效果，一般發(fā)電廠都會有預(yù)備的廠用電源，當原有電源受到故障影響或者線路沖擊作用發(fā)生供電問題后，就要進行快速的電源切換，保障電廠設(shè)備的穩(wěn)定運行，這樣才能夠確保電廠供電的穩(wěn)定性和可靠性。

以往在進行廠用電切換的過程中，受到技術(shù)條件和設(shè)備的限制，都是采用慢速切換的方式，這種方式意味著在電源切斷瞬間無法實現(xiàn)有效電廠設(shè)備供電，會造成電力供應(yīng)的中斷，對于電網(wǎng)電壓和頻率會產(chǎn)生嚴重的影響，對于下游的用電設(shè)備來說也會造成極大的危害，帶來不可估量的損失。而現(xiàn)在，隨著技術(shù)和設(shè)備的不斷更新，快速切換技術(shù)逐漸取代了以往的切換方式，為供電的穩(wěn)定性和可靠性提供了更多的安全保障。

1 廠用電切換動態(tài)過程

發(fā)電廠工作過程中，其相關(guān)的發(fā)電設(shè)備也會用到電能，而這些電能是通過廠內(nèi)的發(fā)電機提供的，通過變壓器實現(xiàn)對電壓的調(diào)節(jié)，最終供給發(fā)電設(shè)備使用，也就是發(fā)電廠的廠用工作電源。為了能夠保證發(fā)電廠廠用工作電源的穩(wěn)定性，會有備用電源作為補充。當廠用工作電源因為故障問題導(dǎo)致線路跳閘后，廠用母線失電，此時，發(fā)電設(shè)備將會失去動力。雖然發(fā)電設(shè)備失去了電力供應(yīng)，但是在慣性的作用下，電動機設(shè)備轉(zhuǎn)子仍然會繼續(xù)運行，并且電動機內(nèi)部仍然保留一部分的磁場能量。而在轉(zhuǎn)速差的變化之后，異步電動機就會成為發(fā)電機，輸出電能。電廠中不同的電動機參數(shù)并不一致，所以不同電動機所輸出的電能也會存在差異。這些電能進入母線之后，就會形成合成的反饋電壓，也就是母線殘壓。該殘壓的大小和頻率會隨著時間推移不斷衰減，備用電源啟之后，殘壓與備用電源電壓的相位差值將會不斷增加。在這個過程中根據(jù)備用電源切換的位置和殘壓的衰減程度可以講廠用電切換分為快速切換、同期捕捉切換和殘壓切換。

在進行電源切換的過程中，涉及系統(tǒng)電壓、頻率等參數(shù)的穩(wěn)定性，而切換時又需要用到斷路器等電氣設(shè)備，所以，考慮到切換過程中的準確性，現(xiàn)在的快速切換都是通過快速切換裝置實現(xiàn)的。

當裝置內(nèi)部檢測到達到切換標準，便能夠?qū)崿F(xiàn)電源的自動切換。而切換時間的把握對于電源切換工作的有效性有著重要的影響，一般切換時間包含開關(guān)固有的跳閘與合閘時間以及快速切換裝置自身所需的動作時間。從現(xiàn)在的設(shè)備性能來看，開關(guān)跳合閘時間一般在40～100ms，而切換裝置的動作時間大約在50～80ms。這樣的產(chǎn)品性能，也為電源快速切換的實現(xiàn)提供了保障。

2 廠用電快速切換的優(yōu)點

通過上述的分析可以發(fā)現(xiàn)，電廠廠用電源的快速切換對于保證系統(tǒng)的正常供電有著重要的作用，當然，除此之外，快速廠用電源的快速切換還有著其他的優(yōu)點。

2.1 維護系統(tǒng)

隨著我國用電量的不斷增加，發(fā)電廠要想滿足用電端的需求，必須增加電廠的發(fā)電設(shè)備，在這個過程中，發(fā)電廠的廠用供電系統(tǒng)的負荷量也會迅速增加。當廠用電源出現(xiàn)故障后，發(fā)電設(shè)備的衰減速度可能會更快，如果采用慢切換的形式，那么可能會造成發(fā)電設(shè)備衰減量過大，此時如果再實現(xiàn)電源供電，則無法維持系統(tǒng)的正常運行。而快速切換技術(shù)則大大縮短了電源切換的時間，在這一時間段中，發(fā)電設(shè)備的運行衰減量較小，重新恢復(fù)運行狀態(tài)相對容易。所以，采用快速切換技術(shù)對于維持系統(tǒng)的正常運行有著極大的作用。

2.2 穩(wěn)定運行

電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性是實現(xiàn)供電的基本要求，發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運行保證了對外供電電壓、頻率等參數(shù)的穩(wěn)定，為下游用電設(shè)備的安全運行提供基本的保障。而廠用電源的快速切換是在廠用母線電壓出現(xiàn)故障之后實現(xiàn)電源重新供應(yīng)的關(guān)鍵，只有保證快速切換的實現(xiàn)，才能夠保障發(fā)電設(shè)備的正常運行。現(xiàn)在在一些小型發(fā)電廠中，仍然采用慢速切換的技術(shù)，但是在許多大型發(fā)電廠中，其后端的負荷量較大，如果采用慢速切換的方式，會嚴重影響電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，無法保證網(wǎng)絡(luò)供電的安全。而利用快速切換技術(shù)，能夠加快電源轉(zhuǎn)換供電的速度，確保發(fā)電設(shè)備能夠在極短的實踐內(nèi)恢復(fù)供電，能夠有效地保障發(fā)電設(shè)備的正常運行。

2.3 防止故障

廠用供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后，發(fā)電設(shè)備失去動力供應(yīng)，此時發(fā)電廠相關(guān)設(shè)備會受到慣性作用繼續(xù)運行，但是如果電廠線路受到電網(wǎng)的作用力，那么強大的作用力會直接作用在發(fā)電設(shè)備上，此時發(fā)電設(shè)備受力較大，可能會存在一定程度的損壞現(xiàn)象。而通過快速切換裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電設(shè)備快速供電恢復(fù)，避免出現(xiàn)設(shè)備停機狀態(tài)，保障了發(fā)電設(shè)備的安全。如：快速切換方式在時間消耗上較短，當供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后迅速轉(zhuǎn)移到備用電源上，這就避免因切換時間過長造成的設(shè)備受損。另外，在高負荷電能生產(chǎn)狀態(tài)下，快速切換技術(shù)也可加強發(fā)電廠設(shè)備的穩(wěn)定性，通過正確的接線及時轉(zhuǎn)接電源。

2.4 加強防護

電廠廠用電電源的切換一直都存在，這是保障電廠能夠穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。以往采用的慢速切換因為處置實踐較長，容易對設(shè)備帶來損壞的同時，也無法保障下游的正常用電，對用電設(shè)備也會產(chǎn)生一定的影響。但是通過快速切換技術(shù)的使用，無論是發(fā)電廠的運行效率還是電廠運行的穩(wěn)定性都得到了極大的保障。同時為了能夠提高切換的成功率，在備用電源上也會增加相應(yīng)的防護措施，確保切換之后能夠?qū)崿F(xiàn)順利供電。

2.5 避免失電

電廠廠用供電系統(tǒng)失電，那么電廠發(fā)電設(shè)備將無法運行，電網(wǎng)失去電力輸入，負載負荷與實際供給嚴重不匹配，那么會給電網(wǎng)的運行埋下極大的安全隱患。

在保證電廠廠用電源供電方面，往往會采用單母線分段供電的方式，這樣能夠保障電源供電過程中存在兩路進線，確保供電的可靠性。但是一旦母線故障，那么供電可靠性仍然無法保障。所以利用備用電源作為單獨的供電保障，而在這個過程中，實現(xiàn)備用電源的快速切換是避免失電的又一安全措施。

3 發(fā)電廠快速切換的常見形式

發(fā)電廠快速切換結(jié)束的實現(xiàn)，既需要相應(yīng)的斷路合閘設(shè)備，同時也需要快速切換裝置，憑借其快速的監(jiān)測和動作能力，能夠極大地節(jié)省電源切換過程的實踐。現(xiàn)在快速切換的常見形式主要有三種：恒定越前相角、恒定越前時間以及沖擊電流時機。

3.1 恒定越前相角

在這種切換方式的原理下要參照同期捕捉過程中相角的變化情況而定，如相角的速度、位置、大小等。此外，還需要對合閘的時間進行詳細計算。根據(jù)這兩方面的數(shù)據(jù)可以獲得合閘的提前角，快切裝置實時跟蹤頻差和相差。若裝置內(nèi)部的元件運行到一定程度后，則可操控合閘狀態(tài)。如若相差符合整定值、頻差在整定范圍內(nèi)，則會有合閘信號發(fā)出，相反，則放棄合閘。

3.2 恒定越前時間

實現(xiàn)廠用電快速切換技術(shù)中基于“恒定越前時間”原理的切換，最關(guān)鍵的是參照了實時的頻差、相差，通過計算機創(chuàng)建相對應(yīng)的變化模型，由此推算出離相角差過零點的時間，根據(jù)時間狀況來確定合閘控制的狀態(tài)。如當時間靠近合閘回路總時間后，控制系統(tǒng)會發(fā)出合閘命令。需要注意的是使用這種同期捕捉切換時要熟悉掌握頻差、相角差等指標變化情況。

3.3 沖擊電流時機

電力系統(tǒng)內(nèi)部電流大小變化對備用電源的影響較大，基于“沖擊電流時機”原理的切換技術(shù)，其主要是捕捉電動機群規(guī)定的沖擊電流完成切換動作。由于這一階段許多電動機未能完全切除，給自啟動創(chuàng)造有利的條件，這對于維護發(fā)電廠廠用電源的安全性有重要意義。

4 結(jié)語

廠用電快速切換無論是對于電廠供電的穩(wěn)定性還是對下游用電企業(yè)的發(fā)展都有重要的作用，同時，快速切換裝置的使用，使得現(xiàn)在電廠廠用電在維護設(shè)備的安全，保證正常發(fā)電方面也能夠起到巨大的作用。隨著我國對電能資源需求的不斷擴大，進一步提升廠用電快速切換的能力是必不可少的。在切換的過程中，也應(yīng)該防止切換失敗的問題，提高廠用電切換的成功率。