王超

(大唐國(guó)際陡河發(fā)電廠，河北省唐山市 063028)

0 引言

近年來，隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，廠用電的安全運(yùn)行以及在故障時(shí)將廠用電切換到備用電源的安全性和穩(wěn)定性越來越受到重視。因此，提高廠用電故障時(shí)的切換成功率以及一類6 kV電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)成功率，進(jìn)行廠用電快切裝置改造工作勢(shì)在必行。本文以陡河發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組采用的MFC-2000型快切裝置為例，論述廠用電6 kV快切裝置改造過程及改造后的效果，為同類電廠廠用電快切改造工作提供經(jīng)驗(yàn)。

1 快切裝置二次回路改造

陡河發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組的電氣一次系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 陡河發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組電氣一次系統(tǒng)Fig.1 Primary system of No.5 unit in Douhe Power Plant

快切改造期望實(shí)現(xiàn)的功能為:正常情況下，廠用6 kV工作電源6501A向廠用6 kV備用電源6520A進(jìn)行半自動(dòng)并聯(lián)切換;故障情況下，廠用6 kV工作電源6501A向廠用6 kV備用電源6520A進(jìn)行自動(dòng)串聯(lián)切換［1］。為盡量節(jié)省改造的材料費(fèi)用，在改造前，對(duì)原有備用電源自動(dòng)投入裝置使用的電纜進(jìn)行匯總，以便充分利用已有電纜完成快切裝置的改造工作。需保留的電纜如表1所示。需新敷設(shè)的電纜如表2所示。

需新敷設(shè)的電纜只有2根，其中，G5QKQ-AB8電纜是為了節(jié)省廠用電，將起動(dòng)備用變壓器T0乙由熱備用改為冷備用，在快切裝置實(shí)現(xiàn)電源切換時(shí)，要依靠其實(shí)現(xiàn)起動(dòng)備用變壓器高壓開關(guān)的合閘［2-3］。G5QKQ-AB1電纜是快切裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)快速啟動(dòng)，切換6 kV電源的新增電纜，其僅敷設(shè)在電子間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)廠用電故障狀態(tài)下的快速啟動(dòng)功能。與全面更換新電纜的快切裝置改造方案相比，此方案大大節(jié)省了電纜費(fèi)用和敷設(shè)電纜的人工費(fèi)，其主要投資只是購(gòu)置快切裝置，改造費(fèi)用大大降低［4］。

2 快切裝置的性能優(yōu)勢(shì)

廠用電6 kV系統(tǒng)的切換形式通常為:正常并聯(lián)切換、正常串聯(lián)切換、正常同時(shí)切換、事故串聯(lián)切換、事故同時(shí)切換、廠用母線失壓切換和工作電源開關(guān)誤跳切換［5］。

改造前采用的是691UD型備用電源自動(dòng)投入裝置，只能實(shí)現(xiàn)正常并聯(lián)切換和廠用母線失壓切換;改造后采用東大金智公司生產(chǎn)的MFC-2000型快切裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所有切換方式，切換方式豐富。特別是在故障狀態(tài)下，由于保護(hù)裝置動(dòng)作速度非?？?，由保護(hù)啟動(dòng)快切裝置，通過事故串聯(lián)切換功能實(shí)現(xiàn)工作電源向備用電源的快速切換，通常只需20 ms時(shí)間［6］。

與備用電源自動(dòng)投入裝置相比，快切裝置增加了保護(hù)閉鎖功能。保護(hù)閉鎖開入量引自6 kV母線保護(hù)(發(fā)變組保護(hù)A、B分支)的出口接點(diǎn)。在該保護(hù)動(dòng)作時(shí)，閉鎖快切裝置，接通方式為閉合短脈沖［7］。在分支過流等母線保護(hù)動(dòng)作時(shí)，發(fā)出閉鎖信號(hào)，直接閉鎖快切裝置，保證備用電源不會(huì)合閘于故障母線，不會(huì)帶來母線故障電流的二次沖擊，確保備用電源的安全［8］。

3 快切改造的效果

火力發(fā)電廠的6 kV廠用設(shè)備大多為異步電動(dòng)機(jī)，圖2為廠用母線上電動(dòng)機(jī)負(fù)荷所占比例不同時(shí)的殘壓特性曲線。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)總?cè)萘吭酱螅瑲垑侯l率和幅值衰減的速度越慢。采用傳統(tǒng)的備用電源自動(dòng)投入裝置，由于機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量較多，殘壓衰減的速度很慢，遲遲達(dá)不到備用電源自動(dòng)投入裝置切換廠用電定值。廠用電切換時(shí)間過長(zhǎng)，許多大型異步電動(dòng)機(jī)無法完成自啟動(dòng)，以致造成停機(jī)事故。采用快切裝置可以避免上述情況的發(fā)生。

圖2 殘壓衰減曲線Fig.2 Residual pressure decay curves

為滿足6 kV母線段上最大電機(jī)的自啟動(dòng)要求，設(shè)啟動(dòng)電壓為1.1倍額定電壓;將母線殘壓的相量以極坐標(biāo)的形式繪制出來的變化軌跡如圖3所示［9］。備用電源電壓與母線殘壓的壓差為圖3中的ΔU;5號(hào)機(jī)組6 kV母線上的總?cè)萘繛?6940 kW;功率因素為0.8;工作電源與備用電源間的實(shí)測(cè)固有初始角相位差為9°(當(dāng)兩側(cè)電壓相位差小于60°時(shí)，產(chǎn)生的沖擊電流是系統(tǒng)可以承受的);合閘過程中平均頻差按1 Hz計(jì)算，6 kV開關(guān)的機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間為63 ms?；谏鲜鰲l件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果為:合閘角相差約18°，即兩側(cè)電壓相角差小于42°，滿足兩側(cè)電壓相位差小于60°的要求［10-11］。由圖2 可見，備用電源在140 ms以內(nèi)合閘是安全的。

圖3 母線殘壓特性示意圖Fig.3 Residual voltage characteristics of bus

改造后，對(duì)廠用電快切裝置進(jìn)行了帶負(fù)荷切換試驗(yàn)，由于使用保護(hù)啟動(dòng)，所以快速切換的動(dòng)作率達(dá)到100%。切換過程中相關(guān)的電壓、電流錄波曲線如圖4～6所示。

由圖4可以得到:在實(shí)現(xiàn)快速切換時(shí)，廠用母線的電壓降低很小，大約降至額定電壓的90%就完成了備用電源的切換，切換過程大約用時(shí)62 ms，這個(gè)時(shí)間幾乎是6 kV開關(guān)的固有動(dòng)作時(shí)間。

由圖5可以發(fā)現(xiàn)，快速切換時(shí)，最大沖擊電流只有原母線電流的1.8倍，這樣的電流不會(huì)達(dá)到上一級(jí)保護(hù)的動(dòng)作定值，不會(huì)造成越級(jí)誤動(dòng)。因快切裝置切換的時(shí)間相當(dāng)短，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下轉(zhuǎn)速不會(huì)下降很多，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)較小，這給本段母線故障時(shí)大型電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，基本能滿足所有電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的要求，減少了機(jī)組非故障停機(jī)的幾率。

由圖6可見，由于備用電源自動(dòng)投入裝置只能實(shí)現(xiàn)殘壓切換，將工作電源切向備用電源需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，圖6中顯示大約需要650 ms。這個(gè)時(shí)間是在機(jī)組所帶負(fù)荷比較低的情況下得到的試驗(yàn)結(jié)果，如果滿負(fù)荷運(yùn)行，由于殘壓下降的時(shí)間也會(huì)相對(duì)增長(zhǎng)，因此切換需要的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。在這個(gè)過程中，雖然合閘時(shí)沖擊電流得到了有效的抑制，但由于電動(dòng)機(jī)失壓時(shí)間過長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速已經(jīng)有了明顯的下降，需要更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能啟動(dòng)成功，給電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)造成很大的困難(尤其是大型電動(dòng)機(jī)，很難啟動(dòng)成功)。同時(shí)，由于母線上有很多大型電動(dòng)機(jī)需同時(shí)啟動(dòng)，如果備用電源容量不足，也會(huì)造成備用電源的掉閘，使6 kV母線切換不成功，危及運(yùn)行。

4 結(jié)論

(1)陡河發(fā)電廠廠用電6 kV快切裝置的改造方案，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)是合理、有效的。與全面更換新電纜的方案相比，減少了材料和人工費(fèi)用，降低了改造成本。

(2)快切裝置無論是試驗(yàn)性能還是實(shí)際應(yīng)用效果，都有著備用電源自動(dòng)投入裝置無可比擬的優(yōu)勢(shì)，可以保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，保證6 kV廠用電的正常切換和事故情況下的快速切換，為大型電機(jī)創(chuàng)造了良好的自啟動(dòng)條件。

(3)隨著快切裝置的性能及穩(wěn)定性的不斷提升，快切裝置將全面取代備用電源自動(dòng)投入裝置，成為發(fā)電機(jī)組廠用電切換的必然選擇。

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