虎耀森

（國(guó)家能源集團(tuán)神華寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，寧夏 靈武 750011）

隨著供電技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)對(duì)供電安全、可靠的要求，無(wú)擾動(dòng)快切已逐步替代傳統(tǒng)備自投技術(shù)。無(wú)擾動(dòng)快切裝置由于其自身準(zhǔn)確且豐富的切換邏輯和可靠地故障判別功能，使其在工業(yè)可靠連續(xù)不間斷供電系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。但工業(yè)供電方式是復(fù)雜多樣的，這就要求無(wú)擾動(dòng)快切裝置面對(duì)不同的工況，應(yīng)采取不同的切換準(zhǔn)則。尤其是在發(fā)用電平衡系統(tǒng)中，要切換帶有發(fā)電機(jī)的母線(xiàn)，必須有一套完整可靠的切換方案，否則無(wú)擾動(dòng)快切將會(huì)給生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)不可預(yù)知的安全事故。本文通過(guò)介紹某化工企業(yè)在自備發(fā)電廠(chǎng)的供配電系統(tǒng)中使用的SID-40B-T 型快速無(wú)擾動(dòng)備用電源控制系統(tǒng)。保證母線(xiàn)帶發(fā)電機(jī)工況情況下，發(fā)電和供配電系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換的方案提出和響應(yīng)的邏輯升級(jí)改造方案。

1 某化工企業(yè)的35KV 供用電系統(tǒng)現(xiàn)狀

該廠(chǎng)35kV 供電系統(tǒng)為單母線(xiàn)分段系統(tǒng)，正常運(yùn)行方式為：Ⅰ段進(jìn)線(xiàn)斷路器301 合位、1#發(fā)變組斷路器3001 合位、Ⅱ段進(jìn)線(xiàn)斷路器302 合位、2#發(fā)變組斷路器3002 合位、Ⅰ、Ⅱ母聯(lián)3100 分位；Ⅲ段進(jìn)線(xiàn)斷路器303 合位、3#發(fā)變組斷路器3003 合位、Ⅳ段進(jìn)線(xiàn)斷路器304 合位、4#發(fā)變組斷路器3004 合位、Ⅲ、Ⅳ母聯(lián)3200 分位。主接線(xiàn)圖見(jiàn)圖1。在事故狀態(tài)下各進(jìn)線(xiàn)與母聯(lián)間切換由35kV 備自投裝置完成。

圖1 快切裝置主接線(xiàn)示意圖

2 35kV 供配電系統(tǒng)應(yīng)用無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換裝置的原因

在某化工企業(yè)35kV 發(fā)用電平衡，進(jìn)線(xiàn)無(wú)電壓互感器的供配電系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)為備自投裝置。備自投自動(dòng)切換裝置在切換過(guò)程中出現(xiàn)母線(xiàn)短時(shí)失電，造成化工廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)裝置停車(chē)。在高溫高壓、易燃易爆、有毒有害的化工生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)供配電電力系統(tǒng)的要求比較高，由于備自投裝置自身功能的限制已不能滿(mǎn)足廠(chǎng)內(nèi)供配電的要求。具體問(wèn)題如下：

2.1 母聯(lián)備自投誤動(dòng)作

當(dāng)進(jìn)線(xiàn)301 無(wú)流，母線(xiàn)電壓異常（PT 空開(kāi)跳閘、PT 斷線(xiàn)）時(shí)引起備自投切換裝置誤動(dòng)，切除進(jìn)線(xiàn)301、該段母線(xiàn)電容器、該段所帶發(fā)電機(jī)后合母聯(lián)斷路器，將會(huì)使35kV 該段母線(xiàn)短暫失電。

2.2 母聯(lián)備自投正常動(dòng)作

當(dāng)母聯(lián)備自投正常動(dòng)作后，等待進(jìn)線(xiàn)301、該段母線(xiàn)電容器、該段所帶發(fā)電機(jī)斷路器分閘位置節(jié)點(diǎn)返回，且Ⅰ段母線(xiàn)電壓達(dá)到定值，延時(shí)合上母聯(lián)斷路器，將會(huì)使35kV 該段母線(xiàn)短暫失電。

2.3 應(yīng)用常規(guī)快切存在的問(wèn)題

（1）常規(guī)快切是進(jìn)線(xiàn)母聯(lián)快切模式，未判斷發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況，當(dāng)常規(guī)快切應(yīng)用于該發(fā)用電平衡，進(jìn)線(xiàn)無(wú)電壓互感器的35kV 供配電系統(tǒng)時(shí)，出現(xiàn)進(jìn)線(xiàn)無(wú)流二次母線(xiàn)無(wú)壓（母線(xiàn)三相無(wú)電壓）將啟動(dòng)快切，快切按照四種切換準(zhǔn)則，快速切換、首次同相、殘壓、長(zhǎng)延時(shí)切換，在殘壓及長(zhǎng)延時(shí)這兩種切換模式下，切換過(guò)程中存在發(fā)電機(jī)非同期合閘，非同期合閘電流可能會(huì)引起系統(tǒng)振蕩，這對(duì)所有電氣一二次設(shè)備和保護(hù)裝置有沖擊較大，如果非同期合閘沖擊電流非常大，會(huì)直接沖擊到發(fā)電機(jī)的主軸，由于大電流產(chǎn)生的大扭矩，嚴(yán)重的可能直接會(huì)導(dǎo)致主軸的變形或者燒毀。

（2）當(dāng)上級(jí)電源失電（110kV 失電）時(shí)，35kV 由于發(fā)用電平衡母線(xiàn)電壓不能突變，導(dǎo)致快切無(wú)法第一時(shí)間啟動(dòng)，母線(xiàn)電壓達(dá)到定值時(shí)模擬量啟動(dòng)快切裝置，快切切換過(guò)程中不判斷發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，存在發(fā)電機(jī)的非同期合閘。

（3）常規(guī)快切取用開(kāi)關(guān)的單位置節(jié)點(diǎn)判斷開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)異常時(shí)啟動(dòng)快切，快切按照四種切換準(zhǔn)則進(jìn)行切換，快切切換過(guò)程中不判斷發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，存在發(fā)電機(jī)的非同期合閘。

（4）保護(hù)啟動(dòng)常規(guī)快切，快切切換過(guò)程中同樣存在發(fā)電機(jī)的非同期合閘。通過(guò)上述問(wèn)題分析與廠(chǎng)家交流，由廠(chǎng)家針對(duì)該化工企業(yè)的供電系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了一款適用于該化工企業(yè)的無(wú)擾動(dòng)快切裝置，該裝置解決了上述存在問(wèn)題。將升級(jí)后的無(wú)擾動(dòng)切換裝置代替原備自投裝置，以確保供電系統(tǒng)可靠性及快速恢復(fù)性。

3 無(wú)擾動(dòng)快切啟動(dòng)方式分析

（1）保護(hù)啟動(dòng)（降壓變差動(dòng)保護(hù)、降壓變非電量保護(hù)）：裝置檢測(cè)到301 保護(hù)啟動(dòng)開(kāi)入，快切裝置接受到保護(hù)啟動(dòng)，則立即啟動(dòng)快速切換，跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)低壓側(cè)301 開(kāi)關(guān)、合上母聯(lián)開(kāi)關(guān)3100。

（2）開(kāi)關(guān)位置啟動(dòng)（降壓變高壓側(cè)位置，降壓變低壓側(cè)位置）：快切裝置具備開(kāi)關(guān)誤跳啟動(dòng)功能，快切裝置接受到開(kāi)關(guān)301 位置變化，則立即啟動(dòng)快速切換，跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)301、合上母聯(lián)開(kāi)關(guān)3100。

（3）模擬量啟動(dòng)：裝置在檢測(cè)到301 進(jìn)線(xiàn)無(wú)流且母線(xiàn)失壓時(shí)，啟動(dòng)失壓切換，跳開(kāi)301 開(kāi)關(guān)，合上母聯(lián)3100 開(kāi)關(guān)。

（4）為實(shí)現(xiàn)母線(xiàn)帶發(fā)電機(jī)工況的無(wú)擾動(dòng)切換，對(duì)SID-40B 快切裝置提出了以下幾點(diǎn)要求：①保護(hù)啟動(dòng)：優(yōu)先按照快速切換和同期捕捉切換來(lái)進(jìn)行判斷是否合母聯(lián)，如果上述兩個(gè)判斷準(zhǔn)則都沒(méi)有捕捉到，母線(xiàn)電壓下降至殘壓切換區(qū)間時(shí)，裝置應(yīng)聯(lián)切掉發(fā)電機(jī)后再合母聯(lián)開(kāi)關(guān)。通過(guò)采集3001和3002 位置及CT 電流信號(hào)來(lái)判斷發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。②開(kāi)關(guān)位置啟動(dòng)：判據(jù)應(yīng)該為降壓變高壓側(cè)位置和發(fā)變組開(kāi)關(guān)位置均分位時(shí)，或者降壓變低壓側(cè)位置和發(fā)變組開(kāi)關(guān)位置均分位時(shí)，裝置啟動(dòng)開(kāi)關(guān)位置誤跳進(jìn)行切換。要求發(fā)電機(jī)在合位運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)偷跳不啟動(dòng)，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)分位時(shí)報(bào)警異常，但僅報(bào)警不閉鎖，考慮發(fā)電機(jī)調(diào)整失敗時(shí)跳閘后啟動(dòng)切換。③模擬量啟動(dòng)：采集發(fā)電機(jī)電流，當(dāng)3001 開(kāi)關(guān)側(cè)無(wú)流時(shí)301 進(jìn)線(xiàn)無(wú)流母線(xiàn)無(wú)壓，或3002 開(kāi)關(guān)側(cè)無(wú)流時(shí)302 進(jìn)線(xiàn)無(wú)流母線(xiàn)無(wú)壓。啟動(dòng)失壓切換，跳開(kāi)301（302）開(kāi)關(guān)，合上母聯(lián)3100 開(kāi)關(guān)。

4 快切裝置發(fā)用電平衡系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）無(wú)擾動(dòng)快切裝置采集四路電流，分別為兩條進(jìn)線(xiàn)電流IL1 和IL2，兩條發(fā)變組進(jìn)線(xiàn)電流IL3 和IL4。

（2）無(wú)擾動(dòng)快切裝置采集四路電壓，分別為兩條進(jìn)線(xiàn)單相電壓和兩段母線(xiàn)三相電壓，由于進(jìn)線(xiàn)PT 已拆除，現(xiàn)場(chǎng)直接從母線(xiàn)PT 上并列取進(jìn)線(xiàn)電壓。

（3）主要開(kāi)入量為兩臺(tái)降壓變高、低壓側(cè)斷路器雙位置節(jié)點(diǎn)、母聯(lián)斷路器、1#發(fā)電機(jī)出口斷路器及2#發(fā)電機(jī)出口斷路器位置節(jié)點(diǎn)，降壓變差動(dòng)、非電量保護(hù)及低后備保護(hù)動(dòng)作節(jié)點(diǎn)，母線(xiàn)差動(dòng)動(dòng)作節(jié)點(diǎn)。

（4）主要開(kāi)出為分合301 斷路器、分合302 斷路器、分合母聯(lián)3100 斷路器、分1#發(fā)電機(jī)出口斷路器及分2#發(fā)電機(jī)出口斷路器命令節(jié)點(diǎn)。

（5）在設(shè)計(jì)無(wú)擾動(dòng)快切的判斷邏輯上增加了發(fā)電機(jī)運(yùn)行開(kāi)入檢測(cè)信號(hào)，當(dāng)發(fā)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的無(wú)擾動(dòng)切換就按照捕捉同期準(zhǔn)則切換；如果發(fā)電機(jī)處于檢修狀態(tài)，此時(shí)快切裝置將進(jìn)行快速切換、耐受電壓切換、捕捉同期切換、殘壓切換和長(zhǎng)延時(shí)切換，進(jìn)行順序判斷。

5 測(cè)試驗(yàn)證

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)手動(dòng)啟動(dòng)快切切換、保護(hù)啟動(dòng)切換、開(kāi)關(guān)位置啟動(dòng)切換、母線(xiàn)失壓切換、頻壓品質(zhì)切換、頻差無(wú)流切換、保護(hù)閉鎖快切、母線(xiàn)、進(jìn)線(xiàn)TV 斷線(xiàn)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變化快切切換準(zhǔn)則的試驗(yàn)，各項(xiàng)功能均能正常切換。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，電力發(fā)電及供配電系統(tǒng)中，大量的應(yīng)用無(wú)擾動(dòng)快切技術(shù)及相對(duì)應(yīng)的快速切斷裝置，可靠有效的使用這項(xiàng)技術(shù)，在化工廠(chǎng)有自備電廠(chǎng)的供配電系統(tǒng)中更加能夠凸顯其重要性。這一技術(shù)的應(yīng)用，也能解決當(dāng)國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，自備電廠(chǎng)準(zhǔn)確快速地投入供電，保證工廠(chǎng)各種裝置、壓縮機(jī)及各類(lèi)機(jī)泵連續(xù)運(yùn)行，保證整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的長(zhǎng)周期運(yùn)行都起到非常重要的作用。本次通過(guò)改造升級(jí)無(wú)擾動(dòng)快切裝置的邏輯，優(yōu)化后兼顧了同期裝置和快切裝置的雙重功能。這種優(yōu)化讓化工企業(yè)供電的負(fù)荷連續(xù)不間斷供電提供了安全、可靠的保障。這次技術(shù)改造也可以推廣到同一類(lèi)型的發(fā)電平衡供配電系統(tǒng)，解決因?yàn)榫€(xiàn)路故障或者變壓器故障造成的系統(tǒng)停電有一定的借鑒作用。