趙明軍 張立民 王志強(qiáng)

（寶鋼集團(tuán)新疆八一鋼鐵有限公司能源中心 新疆 烏魯木齊 830022）

6kV廠用電切換失敗的原因分析及對(duì)策

趙明軍 張立民 王志強(qiáng)

（寶鋼集團(tuán)新疆八一鋼鐵有限公司能源中心 新疆 烏魯木齊 830022）

通過(guò)對(duì)一起八鋼熱電廠6kV廠用電備自投切換失敗的原因分析，指出了采用新型廠用電快切裝置解決廠用電切換的必要性，闡述了DEP-549N廠用電快切裝置在八鋼熱電廠中的實(shí)際應(yīng)用和的使用方法;對(duì)調(diào)試中存在問(wèn)題進(jìn)行分析解決，提高廠用電切換的成功率。

廠用電切換；備自投；母線殘壓；快切裝置

0 前言

八鋼熱電廠在年修、消缺及工作電源故障的情況下必須進(jìn)行廠用電切換，廠用電切換是整個(gè)廠用電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。自2010年以來(lái)，廠用電切換導(dǎo)致鍋爐滅火3次，對(duì)八鋼產(chǎn)業(yè)鏈造成了重大影響，為此對(duì)廠用電切換裝置進(jìn)行改造，提高廠用電切換成功率，勢(shì)在必行。

1 廠用電接線方式及備自投選型

廠用電接線如圖1。

圖1

6kVIB段、IIB段、IIIB段為我廠6kV廠用母線，工作電源開(kāi)關(guān)分別是0634、0637、0658，由發(fā)電機(jī)直配母線供電，備用電源開(kāi)關(guān)是0635、0638、0659，由6kV0段供電，每段母線兩路進(jìn)線電源通過(guò)備自投切換。

6kVIB、IIB、IIIB母線備自投分別采用上海申瑞生產(chǎn)的DEP-827、DEP-827、DEP-541N微機(jī)備自投裝置?？蓪?shí)現(xiàn)母線失壓自投備用電源開(kāi)關(guān)的功能。工作原理為：檢備用開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)量正確，備用進(jìn)線電壓大于70%，母線三相電壓低于70%、工作進(jìn)線無(wú)電流，起動(dòng)備自投跳工作電源開(kāi)關(guān)，合備用電源開(kāi)關(guān)。若備用開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)量不正確，工作進(jìn)線有電流，備用電源電壓低于70%，任意條件滿足閉鎖備自投。

2 備自投切換失敗案例分析及存在問(wèn)題

2.1 切換失敗經(jīng)過(guò)

2010年 9月 27日在6kV直配 IA段母線檢修中，將6kVIIIB段電源由工作電源切換至備用電源時(shí)，備自投動(dòng)作成功，但6kVIIIB段上所有電機(jī)均過(guò)流I段動(dòng)作跳閘，鍋爐滅火。

2.2 原因分析

根據(jù)八鋼熱電廠廠用電母線電動(dòng)機(jī)的殘壓特性和電動(dòng)機(jī)耐受電流能力，以極坐標(biāo)形式繪制出母線殘壓向量變化軌跡（圖2）。

圖2

圖中，VD為母線殘壓，VS為備用電源電壓，△U為備用電源電壓與母線殘壓間的差拍電壓。合上備用電源后電動(dòng)機(jī)承受的電壓UM；為保證電動(dòng)機(jī)安全自起動(dòng)，UM應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的允許起動(dòng)電壓，假設(shè)為1.1倍額定電壓Ue，則有：K△U＜1.1Ue△U(%)＜1.1/K設(shè)K=0.67，則△U(%)＜1.64。圖中，以A為圓心，以1.64為半徑繪出弧線A'-A''，則A'-A''的右側(cè)為備用電源允許合閘的安全區(qū)域，左側(cè)則為不安全區(qū)域。若取K= 0.95，則△U(%)＜1.15，圖中B'-B''的左側(cè)均為不安全區(qū)域。

根據(jù)圖2分析，如果在0.3～0.5s時(shí)間內(nèi)合入備用電源開(kāi)關(guān)，殘壓與備用電源的相位接近180°，在不安全區(qū)，沖擊電流很大，過(guò)流定值躲不過(guò)，動(dòng)作跳閘。如果過(guò)流保護(hù)定值增大，會(huì)降低過(guò)流保護(hù)的靈敏度，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)造成保護(hù)拒動(dòng)。

根據(jù)以上分析6kVIIIB電機(jī)均過(guò)流I段動(dòng)作的主要原因?yàn)閭渥酝肚袚Q過(guò)程中母線殘壓與備用電源電壓相位不一致。

2.3 八鋼熱電廠備自投切換存在問(wèn)題

2.3.1 切換方式存單一，等同于事故切換。八鋼熱電廠備自投切換時(shí)均采用拉開(kāi)上級(jí)電源開(kāi)關(guān)（0607、0616、0607）使母線失壓來(lái)起動(dòng)備自投。

2.3.2 切換時(shí)間長(zhǎng)。跟據(jù)2010年9月27日6kVIIIB段母線電壓錄波分析，6kVIIIB段母線電壓跌落到70%的時(shí)間約為0.4s。備自投裝置整定動(dòng)作時(shí)限為延時(shí)0.1s跳工作電源，工作電源開(kāi)關(guān)跳閘后延時(shí)0.3s合備用電源開(kāi)關(guān)，母線失壓時(shí)間至少約為0.8s。

3 解決對(duì)策

3.1 增加切換方式。使電源切換在正常時(shí)、保護(hù)動(dòng)作時(shí)、開(kāi)關(guān)誤跳時(shí)、事故時(shí)，分別采用各自啟動(dòng)判據(jù)，提高廠用電切換成功率。

3.2 采用快速切換。減少母線電壓跌落時(shí)間，使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降較小的情況下，投入備用電源。

3.3 同相切換。保證母線殘壓與備用電源電壓在一定允許的相角差范圍內(nèi)進(jìn)行切換。

因此，為了提高6kV廠用電切換成功率必須采用新型的廠用電快切裝置。

4 DEP-549N廠用電快切裝置的應(yīng)用

4.1 DEP-549N廠用電快切裝置的功能

2012年6月對(duì)6kVIIIB段DEP541N備自投裝置進(jìn)行了改造，換型為DEP-549N廠用電快切裝置。該裝置有正常手動(dòng)切換、事故切換和不正常情況切換功能。兼有快速切換、首次同相切換、檢耐壓切換和殘壓切換功能，其中快速切換可選擇采用檢相角方式或檢耐壓方式。兼有并聯(lián)、串聯(lián)和同時(shí)切換功能。

4.2 DEP-549N廠用電快切裝置的工作原理

由母線殘壓向量軌跡分析，快速切換方式自投成功率取決于母線殘壓和備用電源電壓的相角差，快速切換的時(shí)間及母線允許耐受電壓。

如圖2中知，假定正常運(yùn)行時(shí)，工作電源與備用電源同相，其電壓相量端點(diǎn)為A，則母線失電后殘壓相量端點(diǎn)將沿殘壓曲線由A向B方向移動(dòng)，如能在A-B段內(nèi)合上備用電源，則既能保證電動(dòng)機(jī)安全，又不使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降太多，從而實(shí)現(xiàn)“快速切換”，由圖2可知快速切換的時(shí)間應(yīng)小于0.2s。

對(duì)于不間斷的切換 （如手動(dòng)或保護(hù)啟動(dòng)）,DEP-549N快速切換裝置能進(jìn)行快速切換,裝置分別檢母線和備用電源相角差、頻差或允許耐受電壓在定值范圍內(nèi)，分工作電源開(kāi)關(guān)，合備用電源開(kāi)關(guān)。

如果當(dāng)前工作電源故障瞬間不滿足同步條件，即無(wú)法進(jìn)行快速切換，裝置自動(dòng)進(jìn)行首次同相切換，也就是通常所說(shuō)的同期捕捉切換。

在快速切換和首次同相切換條件不滿足的時(shí)候，自動(dòng)轉(zhuǎn)入檢耐壓切換或殘壓切換。

4.3 DEP-549N廠用電快切裝置的具體應(yīng)用

我廠高壓開(kāi)關(guān)均采用VS系列真空斷路器，6kV廠用母線兩路進(jìn)線開(kāi)關(guān)實(shí)測(cè)固有合閘時(shí)間小于100ms，繼電器動(dòng)作時(shí)間20ms，由于我廠6kV廠用電源一路電源由發(fā)電機(jī)直配供電，一路由鋼中變電站供電，不允許并聯(lián)切換，因此選用串聯(lián)切換，設(shè)置50ms延時(shí)，總切換時(shí)間不大于0.2s，此時(shí)在備用電源投入在允許安全區(qū)內(nèi)，滿足快切要求。

由于檢耐壓原理直觀，整定更方便，只需整定“允許耐受電壓”，采用檢耐壓方式比檢相角有更多的機(jī)會(huì)，而且殘壓衰減得越快機(jī)會(huì)越大。因此我廠設(shè)置快速切換方式為“檢耐壓切換”。

DEP-549N廠用電快切裝置采用充放電條件，判斷切換條件滿足或不滿足，滿足時(shí)充電電量為100%，不滿足時(shí)放電閉鎖快切。

充電條件為：

1）對(duì)應(yīng)操作對(duì)象的功能軟壓板投入。

2）4個(gè)切換條件控制字必須有一個(gè)整定為投入。

3）如果投入“備用失電閉鎖”功能，那么要求備用電源電壓正常，即備用電源的電壓應(yīng)大于“備用進(jìn)線有壓定值”。

4）母三相電壓對(duì)稱，且線電壓都大于“失壓?jiǎn)?dòng)電壓”。沒(méi)有其它放電條件，則5秒（默認(rèn)充電時(shí)間）后充電完成。

放電條件：

1）開(kāi)關(guān)位置異常。

2）外接“I母保護(hù)閉鎖”遙信量有閉鎖輸入。

3）投入“備用失電閉鎖”功能時(shí)，備用電源失壓；未投入“備用失電閉鎖”功能時(shí)，沒(méi)有投入“殘壓切換”功能。

4）母線三相電壓不對(duì)稱，或線電壓都小于“失壓?jiǎn)?dòng)電壓”10伏以下。

除了條件2、3是瞬時(shí)放電外，其它任一條件成立均延遲10秒放電。

4.4 切換功能的使用

4.4.1 正常切換功能，正常切換時(shí)采用手動(dòng)啟動(dòng)快切裝置，按事先設(shè)定的手動(dòng)切換方式進(jìn)行分合閘操作。

4.4.2 事故切換功能，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)同時(shí)啟動(dòng)快切裝置，置按事先設(shè)定的手動(dòng)切換方式進(jìn)行分合閘操作。

4.4.3 不正常情況自動(dòng)切換：有兩種不正常情況，一是母線失壓，母線電壓低于整定電壓達(dá)整定延時(shí)后，裝置自行啟動(dòng)，并按自動(dòng)方式進(jìn)行切換；二是工作電源開(kāi)關(guān)誤跳，由工作開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)啟動(dòng)，裝置在切換條件滿足時(shí)合上備用電源。

5 調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決方案

改造完畢手動(dòng)切換三次均動(dòng)作成功，但模擬失壓起動(dòng)快切時(shí)，給水泵過(guò)流I段跳閘。對(duì)此次跳閘時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，6kVIIIB段母線快切失壓?jiǎn)?dòng)定值為75%，當(dāng)電壓低于75%時(shí)啟動(dòng)快切，進(jìn)入首次同相程序失敗，進(jìn)而轉(zhuǎn)入殘壓切換，母線失壓時(shí)間較長(zhǎng)，功率最大的給水泵電機(jī)重啟電流較大。

由于電機(jī)重加速保護(hù)電壓跌落定值為70%，低于母線失壓快切啟動(dòng)定值，且電機(jī)啟動(dòng)門檻電流未設(shè)定默認(rèn)為99A，因此當(dāng)電壓跌落到75%時(shí)快切起動(dòng)，而給水泵電機(jī)重加速未動(dòng)作導(dǎo)致給水泵未進(jìn)入電流啟動(dòng)定值程序，過(guò)流運(yùn)行定值動(dòng)作跳閘。因此將電機(jī)重加速啟動(dòng)定值設(shè)為75%，啟動(dòng)門檻電流設(shè)定為1.2倍額定電流，電機(jī)能夠躲過(guò)殘壓切換產(chǎn)生的沖擊電流。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)廠用電切換的實(shí)例分析及DEP-549N在八鋼熱電廠的應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

6.1 廠用電快切裝置較傳統(tǒng)的備自投裝置，在切換方式、切換時(shí)機(jī)、切換可靠性上有諸多優(yōu)越性，因此八鋼熱電廠將逐步將備自投裝置改型為快切裝置。

6.2 八鋼熱電廠DEP-549N快切裝置不采用并聯(lián)啟動(dòng)方式，采用串聯(lián)切換方式，快速切換方式整定為“檢耐壓切換”。

6.3 廠用母線電機(jī)重加速電壓定值和快切失壓?jiǎn)?dòng)定值設(shè)置相同，電機(jī)啟動(dòng)門檻電流設(shè)定為1.2倍額定電流，在母線電壓低于75%時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)重加速保護(hù)，進(jìn)入啟動(dòng)定值認(rèn)定程序。

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趙明軍，寶鋼集團(tuán)八鋼公司能源中心熱電分廠，發(fā)電專業(yè)工程師，電氣助理工程師。

張立民，寶鋼集團(tuán)八鋼公司能源中心電力系統(tǒng)主任，工程師，電氣高級(jí)工程師。

王志強(qiáng)，寶鋼集團(tuán)八鋼公司能源中心熱電分廠，電氣工程師。

王洪澤］