陳緒勇

(陽城國際發(fā)電有限責任公司，山西 陽城 048102)

MFC2000-6型微機快切裝置在電廠的應用

陳緒勇

(陽城國際發(fā)電有限責任公司，山西 陽城 048102)

在火力發(fā)電廠中，保證廠用電的連續(xù)可靠供電對發(fā)電機組穩(wěn)定運行具有重要的意義。介紹了MFC2000-6型微機快切裝置的特點及切換原理，對其在某電廠的應用效果及應用中存在的問題進行了分析，并對裝置的啟動邏輯進行了優(yōu)化。

微機快切裝置；廠用電；啟動邏輯；切換方式

0 引言

在火力發(fā)電廠中，輔機設備的可靠運行是保證發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的基本條件。傳統(tǒng)的備用電源自投方式是利用工作進線開關的輔助接點直接，或經(jīng)低電壓繼電器、延時繼電器啟動備用進線開關投入。這種方式無相頻檢測，廠用電切換的成功率低或切換時間較長，高壓電動機及啟備變易受沖擊損壞或絕緣老化的影響，而縮短使用壽命。

隨著真空斷路器在廠用電系統(tǒng)的廣泛應用，開關斷開和閉合的速度已經(jīng)能夠滿足大部分廠用電快速切換的要求，所以對傳統(tǒng)備自投方式進行改造顯得尤為迫切。

1 改造前的廠用電概況

1.1 廠用電切換方式

某電廠機組6 kV廠用電切換方式在改造前采用的是殘壓切換，切換時采用串切的方式，即先斷開工作進線開關，再合上備用進線開關。

在發(fā)生事故時，由發(fā)變組保護斷開工作進線開關，同時發(fā)出廠用電切換命令，當廠用段母線電壓低至30 % Ue且工作進線開關已斷開時，合上備用進線開關。

殘壓切換時間較長，切換過程中常常會造成部分6 kV電機由于低電壓而跳閘，電機自啟動失敗。

1.2 廠用電接線

以3號機為例，6 kV廠用Ⅰ，Ⅱ段工作電源由發(fā)電機經(jīng)1號高壓廠用變壓器(以下簡稱“高廠

變”)引入，6 kV公用Ⅰ段工作電源由發(fā)電機經(jīng)2號高廠變引入，備用電源均由3號啟備變引入。3號機6 kV廠用電系統(tǒng)接線如圖1所示。正常運行時，由發(fā)電機經(jīng)2個高廠變分別帶6 kV廠用、公用段，啟動或事故情況下切換為備用電源帶。6 kV開關全部采用西門子8BK20真空斷路器，此開關結構簡單、分合閘速度快、絕緣性能好。因此，從廠用電的運行方式和開關等硬件設備上來看，該廠6 kV廠用電開關設備具備使用MFC2000-6型微機快切裝置的條件。

2 MFC2000-6型微機快切裝置簡介

2.1 裝置特點

MFC2000-6型微機快切裝置的主要特點為：

(1) 可進行手動、自動啟動，具有并聯(lián)、串聯(lián)和同時3種切換方式；

(2) 可實現(xiàn)快速切換、同期捕捉切換、殘壓切換和長延時切換4種方式；

(3) 可實現(xiàn)自動頻率跟蹤采樣計算，幅值、相位、頻率測量快速準確；

(4) 可方便接入DCS系統(tǒng)。

2.2 切換原理

2.2.1 快速切換

正常運行時，廠用母線由工作電源供電，當工作電源側發(fā)生故障時，必須先跳開工作電源，再合上備用電源。母線殘壓特性如圖2所示，是以極坐標形式繪出的某300 MW機組6 kV母線殘壓相量變化軌跡。

圖1 3號機6 kV廠用電系統(tǒng)接線

圖2 母線殘壓特性示意

當合上備用電源后，電動機所承受電壓VM為

式中：XM為母線上所有負荷折算到高壓廠用電后的等值電抗；XS為備用電源的等值電抗。令K=XM/(XM+XS)，則：VM=K△U。

為保證電動機能安全啟動，VM應小于電動機的允許啟動電壓，一般為1.1倍額定電壓，Ue即：K△U＜1.1 Ue，所以，△U(%)＜1.1/K。

設XS∶XM=1∶2，K=0.67，則△U(%)＜1.64。在圖2中以A為圓心，1.64為半徑繪出弧線A′—A″，則A′—A″的右側為備用電源允許合閘的安全區(qū)域，左側則為不安全區(qū)域。若取K=0.95，則△U(%)＜1.15，同理繪出的弧線B′—B″的左側均為不安全區(qū)域。理論上K取值范圍為0—1，可見K值越大，安全區(qū)越小。

假定正常運行時，工作電源與備用電源同相，其電壓相量端點為A，則失電后殘壓相量端點將沿殘壓曲線由A向B方向移動?！翱焖偾袚Q”就是在A—B段內合上備用電源，既能保證電動機安全，又不會使電動機轉速下降太多。根據(jù)該廠實際情況，經(jīng)計算，整定快速切換相差定值為45°，快速切換頻差定值為1 Hz，能保證廠用電動機的安全運行。

2.2.2 同期捕捉切換

實時跟蹤殘壓的頻差和角差變化，在C—D段捕捉殘壓與備用電源電壓第1次相位重合點實現(xiàn)合閘。此時廠用母線電壓約為65 %—70 %Ue，電動機轉速不致下降很大，可順利自啟。另外，由于2電壓同相，備用電源合上時沖擊電流較小，不會對設備及系統(tǒng)造成危害。

同期捕捉切換有2種基本方法：同捕恒定越前相角和同捕恒定越前時間。該廠快切裝置同期捕捉切換采用同捕恒定越前時間，整定值為69 ms。

2.2.3 殘壓切換

如果快速切換和同期捕捉切換不成功，則將轉入殘壓切換。殘壓切換雖然能保證電動機安全運行，但由于停電時間過長，電動機能否自啟成功、自啟動時間等都將受到較大的限制。該廠快切裝置殘壓切換設定值為25 %Ue。

2.2.4 長延時切換

如果快速切換、同期捕捉切換和殘壓切換均不成功，則將轉入長延時切換。當長延時切換投入時，在快切裝置啟動后，經(jīng)過設定的延時，裝置將發(fā)出命令，斷開工作進線開關，合上備用進線開關。該廠長延時切換整定時間為9 s。

3 MFC2000-6型微機快切裝置實際應用

3.1 引入閉鎖條件

(1) 保護閉鎖。為防止備用電源誤投入故障母線，當保護裝置動作后，由保護出口啟動閉鎖快切裝置。該廠實際運用中由工作進線開關過流保護動作啟動閉鎖快切裝置。

(2) 異常閉鎖。快切裝置啟動切換的必要條件之一是工作、備用進線開關任意一個在合位，而另一個斷開，同時母線PT小車在工作位置。

若正常監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)這一條件不滿足(工作開關誤跳除外)，包括工作、備用進線開關同時在分位，工作、備用進線開關同時在合位，工作進線開關在分位但電流大于0.5 A，母線PT小車不在工作位置，母線PT斷線以及后備電源失電等，裝置將閉鎖切換。

3.2 存在的問題及解決方法

快切裝置自投運以來，運行良好且動作正確可靠；但經(jīng)過探討和分析，發(fā)現(xiàn)不正常情況下啟動快切裝置定值設置存在以下幾種隱患，并進行了優(yōu)化。3.2.1 母線失壓啟動快切邏輯

(1) 優(yōu)化前的邏輯。優(yōu)化前的母線失壓啟動邏輯如圖3所示。因快切裝置中沒有引入工作進線電流，而且快切定值中“失壓啟動檢進線無壓”控制字投“0”，故圖3中的與門輸入條件“失壓啟動檢進線無壓=0”和“工作進線電流≤0.5 A”在任何情況下都滿足，只要母線電壓小于40 %，延時0.5 s就會發(fā)“失壓啟動”命令，啟動快切裝置進行廠用電切換。

該邏輯在母線失壓的情況下，能夠實現(xiàn)快速啟動快切裝置進行廠用電切換；但在正常運行中，當母線PT二次小開關故障跳閘后，就會發(fā)出“母線電壓＜40 %”，快切裝置也會啟動進行廠用電切換。然而此時母線并沒有失電，不需要進行電源切換，而且切換過程中會造成輔機設備跳閘，影響機組安全運行。

圖3 優(yōu)化前的母線失壓啟動邏輯

(2) 優(yōu)化后的邏輯。鑒于圖3中的邏輯存在誤動的可能，故對邏輯條件進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的母線失壓啟動邏輯如圖4所示。將快切定值中“失壓啟動檢進線無壓”控制字投“1”；將檢測“工作進線電流≤0.5 A”改為檢測“工作進線電壓≤40 %”。

優(yōu)化后的邏輯能夠避免上述誤動的問題：正常運行中，當母線PT二次小開關故障跳閘后，雖然“母線電壓＜40 %”發(fā)出，但“工作進線電壓≤40 %”不滿足，故不會啟動快切裝置。只有在母線與工作進線同時失壓的情況下才會發(fā)“失壓啟動”命令，啟動快切裝置進行廠用電切換。

圖4 優(yōu)化后的母線失壓啟動邏輯

3.2.2 工作進線開關誤跳啟動快切邏輯

(1) 優(yōu)化前的邏輯。優(yōu)化前的工作進線開關誤跳啟動邏輯如圖5所示。因快切裝置中沒有引入工作進線電流，而且快切定值中“誤跳失流判據(jù)”控制字投“0”，故圖5中的與門輸入條件“誤跳失流判據(jù)=0”和“工作進線電流＜0.5 A”在任何情況下都滿足，只要工作進線開關跳開，就會發(fā)“誤跳啟動”命令，啟動快切裝置進行廠用電切換。

圖5 優(yōu)化前的工作進線開關誤跳啟動邏輯

該邏輯在工作進線開關無故障跳閘的情況下，能夠迅速啟動快切裝置進行廠用電切換，保證母線不失電。但因“工作進線開關跳開”信號取自開關的輔助接點，正常運行中，若該輔助接點故障或接觸不良，造成輔助接點位置丟失，就會啟動快切裝置進行廠用電切換。然而實際上工作進線開關并沒有跳閘，母線也沒有失電，不需要進行電源切換，而且切換過程中會造成輔機設備跳閘，影響機組的安全運行。

(2) 優(yōu)化后的邏輯。鑒于圖5中的邏輯存在誤動的可能，對邏輯條件進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的工作進線開關誤跳啟動邏輯如圖6所示。將工作進線電流引入快切裝置，作為邏輯條件進行判斷；將快切定值中“誤跳失流判據(jù)”控制字投“1”；將檢測“工作進線電流＜0.5 A”改為檢測“工作進線電流＜0.1 A”。

優(yōu)化后的邏輯能夠避免上述誤動的問題：正常運行中，當工作進線開關輔助接點位置丟失時，由于實際上工作進線開關并沒有跳開，邏輯中“工作進線電流＜0.1 A”不滿足，故不會啟動快切裝置；只有在工作進線開關跳閘，同時工作進線電流＜0.1 A的情況下才會發(fā)“誤跳啟動”命令，啟動快閉裝置進行廠用電切換。

圖6 優(yōu)化后的工作進線開關誤跳啟動邏輯

4 結束語

MFC2000-6型微機快切裝置具有完備的切換功能，測量精度高、切換速度快，在保證廠用電安全切換、設備安全運行方面有相當?shù)膬?yōu)越性。但在實際應用中要根據(jù)廠用電的接線方式、運行方式、開關類型以及廠用電負荷的具體情況進行綜合分析考慮，并按實際情況進行整定計算，來選擇合適的切換方式和整定值，從而保證事故情況下廠用電切換的成功率，提高廠用電運行可靠性。

2016-11-12。

陳緒勇(1973—)，男，工程師，主要從事火電廠電氣專業(yè)運行管理工作，email：554336340@qq.com。