MPM-405BZT5型備自投裝置應用研究

謝 沖

（國能（綏中）發電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125099）

0 引 言

隨著電力技術發展，國內機組單臺裝機容量不斷增大，主流火電機組已經由600 MW過渡至1 000 MW。裝機容量的增加一方面提高了電網總的裝機容量和電力系統的冗余容量；另一方面在調峰、調頻等輔助服務方面為電網提供了便利。但是大容量機組一旦發生故障、甩負荷或者跳機，對電力系統的影響更加嚴重，大容量機組的恢復、啟動也需要消耗更多的能源，這就對大容量機組的安全穩定運行提出了更高的要求。

發電廠一般有0.38 kV電源為一些用電設備供電，重要的保安段都設有備用電源自動投入裝置，當檢測到工作電源進線開關跳閘，工作段母線失壓時，經過延時，自動將備用段至工作段開關投入，恢復供電。但現場實際使用時經常出現備自投不成功需人工搶合開關恢復供電的現象，如果操作不當或搶合不及時，將會造成一些重要輔機設備失壓延時跳閘，進而造成發電機組連鎖跳閘，給電廠或企業帶來巨大的經濟損失。

國能（綏中）發電有限責任公司二期為2×1 000 MW機組，廠用0.38 kV電除塵MCC、脫硫MCC、保安MMC段均采用MPM-405BZT5型微機同期閉鎖式快速切換裝置，下面針對備自投裝置原理、動作邏輯、常見問題等開展討論。

1 備自投裝置介紹

MPM-405BZT5型同期閉鎖式工備互投切換裝置（以下簡稱備自投），主要應用于變電站、電廠、一些廠礦企業的低壓電源快速切換，一般直接用于380 V母線，經功率變換器（Power Transformer，PT）也可用于其他電壓等級母線。在正常運行時，備自投裝置可以實現備用電源與工作電源雙向切換；事故或異常情況下，備自投裝置可以完成工作電源向備用電源的單向切換功能。通過配置備自投裝置能夠大大提高廠用電切換成功率和切換速度，徹底解決非同期切換對廠用設備的沖擊損壞的問題。備自投裝置設置簡單、操作方便，大大提高了機組的可靠性和自動化水平。每套裝置可以對1段廠用母線的工作電源開關、備用電源開關和保安電源開關進行切換控制[1]。

2 備自投裝置的主要技術特點：

（1）采用高性能的美國進口高速DSP單片數字信號處理控制器作為主控單元，雙CPU工作。

（2）采用高性能的美國進口高速16位AD，極大提高測量精度，通道誤差小于0.5%。

（3）用大容量FLASH存放定值、設備參數、統計值、事件順序記錄（Seqvence Of Event，SOE）及故障記錄，保證數據安全可靠。

（4）采用全交流采樣，軟件數字濾波，徹底消除了硬件電路零漂的影響。

（5）具有成熟的自檢功能，三級Watchdog及電源監視功能，保證可靠性。

（6）手動切換能實現雙向檢同期并聯切換，自動切換有檢反饋電壓同期快速切換功能。

（7）具有故障錄波功能，可記錄出口動作時刻的運行參數及動作過程的電流最大值，實現故障波形及動作過程波形的再現。

（8）設置485及控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）接口，可方便地組成廠用電綜合管理系統。

（9）拔插式結構，電流互感器（Current Transformer，CT）回路采用自短路端子，便于檢修。

（10）電磁兼容設計，抗干擾能力強，符合《靜態繼電器及保護裝置電氣干擾試驗》（GB/T 6162—1985）標準。

3 工作原理

本裝置模擬輸入量包括工作進線開關某相電流、備用電源進線開關某相電流、工作進線電壓Uab、工作母線（380 V）三相電壓UA、UB、UC、備用電源進線（380 V）Uab，開關輸入量包括工作電源高壓側開關（1DL）信號、備用電源低壓側開關（2DL）信號、外部閉鎖（BK）信號以及PT隔離開關（1HJD）信號等。經信號調理電路轉換為0～2 V的電壓信號，并送至AD，轉化為數字信號后送給數字信號處理器（Digital Signal Processing，DSP），處理器將各通道數據讀入、運算、處理，并與各參數整定值自動比較，判別故障，如有故障則控制相應出口繼電器動作[2]。備自投裝置BZT的電氣一次和二次接線聯系如圖1所示。

圖1 電氣一次和二次接線聯系圖

3.1 工作投備用、備用投工作功能

因工作投備用、備用投工作功能原理相同，只是涉及不同開關的模擬量和輔助接點正好相反，此處只分析“工作投備用”功能[3]。

3.1.1 工作母線低電壓啟動BZT功能

（1）快投裝置面板“就緒”指示燈亮；（2）工作母線低電壓，經整定延時后，啟動BZT，同時1DL合位（“開入1為1”，“開入2為0”），2DL跳位（“開入3為0”，“開入4為1”，備用開關無電流）；（3）備用電源電壓正常。

上述條件滿足，BZT跳1DL，檢查工作母線殘壓小于設定值時，合2DL開關，發備投成功信號。

3.1.2 工作進線開關1DL突然跳閘啟動BZT功能

（1）快投裝置面板“就緒”指示燈亮；（2）1DL突變跳位（“開入1為0”，“開入2為1”，工作開關無電流），啟動BZT，2DL跳位（“開入3為0”，“開入4為1”，備用開關無電流）；（3）備用電源電壓正常。上述條件滿足，BZT檢查工作母線殘壓小于設定值時，合2DL開關，發備投成功信號。邏輯見圖2。

圖2 工作投備用邏輯

3.2 快速備自投功能

當工作電源1DL（或備用電源2DL）突然跳開，備自投立即執行快速切換，在允許時間內比較母線UAB與進線（工或備）UAB電壓矢量差（壓差400 V相當60°相位差），條件滿足，立即快速切換。若切換失敗，備自投自動轉為殘壓切換[4]。

3.3 同期閉鎖手動切換“合1DL跳2DL”“合2DL跳1DL”功能

因同期“合1DL跳2DL”“合2DL跳1DL”功能原理相同，只是涉及不同開關的模擬量和輔助接點正好相反，此處只分析“合1DL跳2DL”功能。同期閉鎖手動切換“合1DL跳2DL”功能如圖3所示。

圖3 同期閉鎖手動切換‘合1DL跳2DL’功能

在BZT“就緒”，無閉鎖信號，工作電源的電壓已經恢復正常，1DL為跳閘位置，2DL為合閘位置，工作電源的Uab與備用電源的Uab電壓矢量差（相角差）小于設定值，當“允許H1T2”開入接通時，裝置屏幕顯示“合1DL跳2DL就緒”，此時接通“H1T2”開入，BZT快速合上1DL，確認1DL合上后，延時跳開2DL，確認2DL跳開后，備自投發“備投手投成功”信號；當斷開“允許H1T2”開入，遠方或就地按BZT的復歸按鈕，BZT才恢復自動備自投功能。

3.4 雙回進線失電啟動保安回路功能

在BZT投入，當工作電源和備用電源都失壓時，啟動雙回進線失電繼電器J11，裝置ND：7與ND：8端子導通，該接點自保持30 s后，自動返回；該接點用于啟動保安電源自投回路，邏輯圖見圖4[5]。

圖4 雙回進線失電啟動保安回路邏輯

4 “雙回進線失電啟動保安電源試驗”失敗分析

在綏中公司4號機組A修期間，電氣二次專業按規程要求更換鍋爐保安段備自投裝置，裝置靜態試驗結論合格，回路檢查完畢。組織開展廠用電聯鎖試驗。

（1）帶開關“合 1DL跳2DL”“合 2DL跳1DL”試驗動作正確。

（2）模擬工作電源失電合備用電源開關試驗動作正確。

（3）恢復工作電源，模擬備用電源失電合工作電源開關試驗動作正確。

（4）在上一步驟基礎上模擬工作電源失電，此時工作、備用電源均失電，裝置沒有啟動柴油發電機，即保安電源，試驗失敗。

工作人員通過試驗儀對裝置再次進行雙回進行失電試驗，裝置雙回進線失電保護可靠動作，啟動保安電源接點接通，動作行為正確。

通過試驗儀模擬狀態和現場實際工況對比：試驗儀模擬運行工況，備自投裝置處于“就緒”狀態，先后拉開工作電源和備用電源的時間間隔較短，雙回進線保護動作；現場廠用電聯鎖試驗，在步驟（3）時，裝置已經動作1次。根據備自投放電邏輯（圖5），備自投動作后會執行“放電”，而通過圖2可知，“放電”狀態下備自投無法“就緒”，也就無法滿足備自投雙回進線失電動作的條件。這也就是現場雙回進線失電試驗失敗的原因。

圖5 備自投放電邏輯

通過現場實際運行經驗來看，雙回進線并不一定是工作電源和備用電源同時失電。工作電源先失電，備自投動作后，備用電源故障失電，而此時工作電源還沒有恢復，這種可能性是存在的，此時備自投裝置應該以“雙回進線失電”動作去啟動柴油發電機等保安電源，以保證重要負荷的可靠供電。經過工作人員和廠家人員的現場確認，最終通過軟件將“雙回進線失電”邏輯中的備自投“就緒”條件取消，保證備自投裝置動作邏輯符合生產需要。

5 結 論

發電機組的主要任務一方面是給電力系統提供可持續的電力供應；另一方面就是保證電力系統的安全穩定運行?？梢哉f，發電機組的每一個安全環節都對電網的安全發揮著重要的作用，備自投裝置雖然用于低壓380 V系統，看上去重要性沒有高等級電壓系統的安全自動裝置那么高，但是木桶的儲水量往往取決于最短的那塊木板。對于批量生產的或者已經有一定應用的保護裝置和安全自動裝置，也要勇于質疑，從多維度考慮電氣二次設備的實用性，不斷改進。作為電氣二次從業人員，就是要抓住細節，提高對不起眼設備的重視程度，進一步保證機組可靠性水平。