適應廠用電運行方式改變的電源快速切換系統(tǒng)研究

彭 榮

（廣州發(fā)展電力科技有限公司，廣州 511458）

某電廠為20世紀90年代典型4×300 MW火力發(fā)電廠，采用發(fā)電機——變壓器組單元接線送220 kV雙母雙分段母線，配220 kV啟動備變，關口電能計量點設在220 kV線路。啟動備變低壓側6 kV公用段為燃料系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)和產業(yè)園區(qū)等公用系統(tǒng)供電，并作為機組6 kV廠用段備用電源。在機組6 kV廠用工作電源與啟備變6 kV公用備用電源間配置MFC2000-2型快切裝置。2020年，為適應電力現(xiàn)貨交易，電廠關口電能計量點由線路改為主變及啟備變計量，關口電能計量點后移，啟備變公用系統(tǒng)電量由廠用電電量轉變?yōu)橛镁W電量，需向電網繳納啟備變電量電費、增加用電成本。為減少啟備變用網電量、提高電廠經濟效益，進行廠用電運行方式調整，啟備變高壓側開關合閘、低壓側開關分閘變壓器空載運行，公用段負荷由機組廠用段供電，該運行方式下廠用電源故障時無備用電源自投功能，影響6 kV廠用、公用系統(tǒng)運行的可靠性。需在機組6 kV廠用電系統(tǒng)加裝第二套快切裝置。鑒于原有快切裝置運行12 a，步入電子產品故障高發(fā)期和壽命末年，從控制回路簡潔性、經濟性角度，研究應用一種適應廠用電運行方式改變的電源快速切換系統(tǒng)：可同時滿足廠用段帶公用段運行和廠用段與公用段獨立運行的2種運行方式的快切裝置。

1 切換方案

1.1 技改前快切方式

以該電廠1號機6 kV廠用IA段快切為例，如圖1所示，原廠用電運行方式為6 kV廠用段與公用段獨立分段運行，即1號機高廠變A分支601a帶廠用IA段運行、1號機啟備變A分支605a帶公用IA段運行、廠用IA段與公用IA段的聯(lián)絡電源610a斷開運行作為快切備用自投電源。原快切裝置僅是廠用段的電源快速切換裝置，只能實現(xiàn)工作電源1DL 601a與聯(lián)絡電源3DL 610a之間的切換：手動并聯(lián)——雙向自動切換、不正常及事故切換——工作電源1DL 601a向聯(lián)絡電源3DL 610a自動單向串聯(lián)切換——即跳1DL合3DL。

圖1 改進前1號機6 kV廠用IA段快切原理接線圖（廠用段與公用段獨立運行方式）

1.2 技改后快切方案

當根據廠用電經濟性要求改變廠用電運行方式，減少使用電網電量切換至廠用段帶公用段運行方式，啟備變高壓側開關合閘、低壓側A分支605a分閘變壓器空載運行，6 kV公用IA段負荷通過聯(lián)絡電源610a由機組廠用IA段供電，該運行方式下除具備原舊裝置功能外，新增切換功能：聯(lián)絡電源3DL 610a與備用電源2DL 605a之間的切換，手動并聯(lián)——雙向自動切換，在切換至廠用段帶公用段運行方式下“工作電源1DL 601a合閘態(tài)和聯(lián)絡電源3DL 610a合閘態(tài)、備用電源2DL 605a分閘態(tài)”時，不正常及事故切換——工作電源1DL 601a向備用電源2DL 605a自動單向串聯(lián)切換——即跳1DL合2DL。研究的新快切裝置需增加輸入輸出電氣量，其原理接線圖如圖2所示。

圖2 改進后1號機6 kV廠用IA段快切原理接線圖

需增加的輸入輸出電氣量僅為：①啟備變低側PT二次線電壓；②啟備變低側后加速保護；③6 kV公用IA段母線三相電壓；④啟備變低側2DL 605a位置信號及快切裝置到2DL 605a斷路器的跳合閘開出量。

快切裝置按照選定模式操作工作電源和備用電源斷路器。裝置按手動切換、事故切換、非正常工況有并聯(lián)、串聯(lián)和同時切換方式。按照預定的切換方式跳工作開關和合備用開關。

2 新型快速切換裝置研制原則

①確保安全。實時監(jiān)測開關兩側電源的電壓、頻率和相位，需提供多種可靠的起動、切換方式，能快速安全地投入備用電源，且不會對電動機造成大的沖擊。②廠用電接線有單母分段方式、單母方式。能靈活適應新的接線方式，僅需更改部分定值即可滿足備用電源自投要求。③裝置硬件需使用最新的DSP+ARM+CPLD硬件平臺、高精度芯片，確保數據的實時性及切換的快速性。④需采取抗干擾措施，有完善的自檢、閉鎖邏輯。⑤總要求是模塊化設計、豐富的切換邏輯、靈活的設置及高速的運算能力。

3 裝置主要起動方式

①手動起動。在裝置面板或DCS遠方手動操作起動快切裝置，實現(xiàn)單母分段運行方式的工作電源1DL 601a開關到聯(lián)絡電源3DL 610a之間的互相切換，也可以實現(xiàn)備用電源2DL 605a和聯(lián)絡電源3DL 610a之間的互相切換。對單母方式，手動起動實現(xiàn)工作電源1DL 601a開關和備用電源2DL 605aL之間的互相切換。②保護起動。工作電源的主保護動作接點接入快切裝置，一旦檢測到工作電源保護動作，裝置立即起動切換，斷開故障線路，投入備用電源。③誤跳起動。當本處于合位的開關跳開且進線突然無電流，起動快切合上另一側電源以保證母線供電。

4 裝置閉鎖及告警

裝置硬件RAM、EPROM、出口回路故障、CPLD故障、電源故障，閉鎖切換和保護功能。當檢測到切換初始狀態(tài)不滿足、失壓、進線/母線TV斷線或電源開關位置異常，發(fā)出報警并閉鎖快切。

5 實施與應用

將原快切屏柜內快切裝置、元器件及配線全部拆除，保留原外部接線電纜及端子排，安裝特殊定制的新快切裝置。新敷設電纜增加電氣量：啟備變低側分支電壓、公用段母線三相電壓、605a斷路器位置信號及快切裝置到605a斷路器的跳合閘指令，增加605a斷路器后加速保護。

新快切裝置結構組成：由電源模件（板5）、測量模件（板1、板2）、開入模件（板5）、信號輸出模件（板5、板6）、通信模件（板4）和出口模件（板7）組成。

電源快速切換裝置分別采集工作電源進線電壓互感器二次電壓、廠用段母線電壓互感器二次電壓、公用段母線電壓互感器二次電壓（新增）和備用電源進線電壓互感器二次電壓（新增），工作進線斷路器1DL位置狀態(tài)、聯(lián)絡電源斷路器3DL位置狀態(tài)、備用進線斷路器2DL位置狀態(tài)（新增），發(fā)變組保護起動（閉鎖）快切指令，以及出口操作工作進線斷路器1DL、聯(lián)絡電源斷路器3DL、備用進線斷路器2DL（新增）的跳合閘。實現(xiàn)原有運行方式——廠用段與公用段獨立運行“工作電源1DL合閘態(tài)、備用電源2DL合閘態(tài)、聯(lián)絡電源3DL分閘態(tài)”下，工作電源1DL與聯(lián)絡電源3DL之間的切換：手動并聯(lián)——雙向自動切換、不正常及事故切換——工作電源1DL向聯(lián)絡電源3DL自動單向切換——即跳1DL合3DL；新增切換功能，聯(lián)絡電源3DL與備用電源2DL之間的手動并聯(lián)雙向自動切換、新增運行方式切換——在切換至廠用段帶公用段運行方式“工作電源1DL合閘態(tài)和聯(lián)絡電源3DL合閘態(tài)、備用電源2DL分閘態(tài)”下，實現(xiàn)不正常及事故切換——工作電源1DL向備用電源2DL自動單向切換——即跳1DL合2DL。

運行方式切換選擇單元，新裝置手動快切切換方式轉換開關BK——切至“1DL與3DL”側時進行1DL與3DL間的并聯(lián)雙向自動切換（原有功能，也可在DCS遠方操作），切至“3DL與2DL”側時進行3DL與2DL間的并聯(lián)雙向自動切換（是新增功能，在快切裝置面板操作）。當手動起動快切裝置切換成“工作電源1DL合閘態(tài)、備用電源2DL合閘態(tài)、聯(lián)絡電源3DL分閘態(tài)”就是原有廠用段與公用段獨立運行方式，切換成“工作電源1DL合閘態(tài)、聯(lián)絡電源3DL合閘態(tài)、備用電源2DL分閘態(tài)”就是新的廠用段帶公用段運行方式。上述2種運行方式是通過裝置并聯(lián)切換模式來實現(xiàn)。并聯(lián)切換模式只能以手動起動方式觸發(fā)。

5.1 廠用段與公用段獨立運行方式下切換邏輯

裝置充電條件，廠用段母線、公用段母線三相有壓；工作電源1DL合、備用電源2DL合，聯(lián)絡電源3DL分；保護起動、手動起動接點未閉合。經過10 s后充電完成。裝置放電條件：①控制字“1→3切換起動”設為退出；②開入“保護閉鎖”閉合；③定值“快速合閘”“同捕合閘”“殘壓合閘”和“長延時合閘”都退出；④開入“閉鎖切換”閉合；⑤工作電源1DL、備用電源2DL、聯(lián)絡電源3DL位置異常；⑥聯(lián)絡電源3DL在合位；⑦廠用段、公用段母線均小于“失壓起動定值”，延時15 s。起動條件，當工作電源1DL向聯(lián)絡電源3DL切換起動投入、公用段大于等于“有壓定值”，下列任一條件滿足。①廠用段、公用段母線未斷線且開入“保護起動”閉合；②廠用段、公用段母線未斷線且工作電源1DL變位起動；③廠用段母線失壓起動；④廠用段、公用段母線未斷線且開入“手動起動1”閉合。動作過程，起動方式①—③，按定值“故障切換串聯(lián)”的設定（0表示同時；1表示串聯(lián)）進行切換；起動方式④按定值“手動切換并聯(lián)”的設定（0表示串聯(lián)；1表示并聯(lián)）進行切換。

原廠用段與公用段獨立運行方式（工作電源1DL 601a到聯(lián)絡電源3DL 610a并聯(lián)切換邏輯）為例，進行并聯(lián)切換邏輯時序說明，新的廠用段帶公用段運行方式（備用電源2DL 605a到聯(lián)絡電源3DL 610a并聯(lián)切換邏輯）類同。

5.2 廠用段帶公用段運行方式下切換邏輯

裝置充電條件，廠用段、公用段母線三相有壓；檢后備電壓控制字投入時，U2大于等于“有壓定值”；工作電源1DL合、備用電源2DL分、聯(lián)絡電源3DL合；保護起動、手動起動接點未閉合。經過10s后充電完成。裝置放電條件：①控制字“1→2切換起動”設為退出；②開入“保護閉鎖”閉合；③定值“快速合閘”“同捕合閘”“殘壓合閘”和“長延時合閘”都退出；④開入“閉鎖切換”閉合；⑤工作電源1DL、備用電源2DL跳位異常；⑥備用電源2DL在合位或聯(lián)絡電源3DL在跳位；⑦檢后備電壓控制字投入時，U2小于“有壓定值”，延時15 s。起動條件，當1→2切換起動投入、檢后備電壓控制字投入時U2有壓，下列任一條件滿足。①廠用段、公用段母線未斷線且開入“保護起動1”閉合；②廠用段、公用段母線未斷線且工作電源1DL變位起動；③廠用段母線失壓起動。動作過程：按定值“故障切換串聯(lián)”的設定（0表示同時；1表示串聯(lián)）進行切換。

自動切換單元，用于在根據信號采集單元獲取的電壓信號判斷母線失壓或發(fā)變組保護起動信號或工作電源斷路器跳閘變位，且備用電源正常時執(zhí)行自動串聯(lián)切換操作。以下以新的廠用段帶公用段運行方式（工作電源1DL 601a到備用電源2DL 605a串聯(lián)切換邏輯）為例，進行自動串聯(lián)切換邏輯時序說明，原有廠用段與公用段獨立運行方式（工作電源1DL 601a到聯(lián)絡備用電源3DL 610a自動串聯(lián)切換邏輯）類同，如圖3所示。

圖3 工作電源1DL 601a到備用電源2DL 605a串聯(lián)切換邏輯圖（廠用段帶公用段運行方式）

6 結束語

按上述原理圖接線整定好快切定值、經整組傳動試驗及實際驗證，達到了預期的效果，取得了良好的經濟效益，并安全可靠實現(xiàn)快切所有功能，6 kV廠用IA段與公用IA電源開關的手動正常倒換。①1DL 601a與3DL 610a的手動并聯(lián)雙向切換按原方式在DCS操作員站起動快切裝置操作；②3DL 610a與2DL 605a的手動并聯(lián)雙向切換在1號機機快切裝置屏操作對應的手動切換把手BK。實現(xiàn)2種運行方式下的故障自動切換：廠用段帶公用段單母方式①、1號機機組運行，1號機啟備變05T低壓側電源作為1號機高廠變01T聯(lián)鎖備用。1DL 601a事故跳閘聯(lián)合2DL 605a。廠用段不帶公用段原有單母分段方式②、1號機機組運行、6 kV公用I段由1號機啟備變05T供電，6 kV廠用I段由1號機高廠變01T供電，6 kV公用I段母線電源作為1號機高廠變01T聯(lián)鎖備用。1DL 601a事故跳閘聯(lián)合3DL 610a。