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        適應廠用電運行方式改變的電源快速切換系統(tǒng)研究

        2022-11-07 08:29:40
        科技創(chuàng)新與應用 2022年31期

        彭 榮

        (廣州發(fā)展電力科技有限公司,廣州 511458)

        某電廠為20世紀90年代典型4×300 MW火力發(fā)電廠,采用發(fā)電機——變壓器組單元接線送220 kV雙母雙分段母線,配220 kV啟動備變,關(guān)口電能計量點設(shè)在220 kV線路。啟動備變低壓側(cè)6 kV公用段為燃料系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)等公用系統(tǒng)供電,并作為機組6 kV廠用段備用電源。在機組6 kV廠用工作電源與啟備變6 kV公用備用電源間配置MFC2000-2型快切裝置。2020年,為適應電力現(xiàn)貨交易,電廠關(guān)口電能計量點由線路改為主變及啟備變計量,關(guān)口電能計量點后移,啟備變公用系統(tǒng)電量由廠用電電量轉(zhuǎn)變?yōu)橛镁W(wǎng)電量,需向電網(wǎng)繳納啟備變電量電費、增加用電成本。為減少啟備變用網(wǎng)電量、提高電廠經(jīng)濟效益,進行廠用電運行方式調(diào)整,啟備變高壓側(cè)開關(guān)合閘、低壓側(cè)開關(guān)分閘變壓器空載運行,公用段負荷由機組廠用段供電,該運行方式下廠用電源故障時無備用電源自投功能,影響6 kV廠用、公用系統(tǒng)運行的可靠性。需在機組6 kV廠用電系統(tǒng)加裝第二套快切裝置。鑒于原有快切裝置運行12 a,步入電子產(chǎn)品故障高發(fā)期和壽命末年,從控制回路簡潔性、經(jīng)濟性角度,研究應用一種適應廠用電運行方式改變的電源快速切換系統(tǒng):可同時滿足廠用段帶公用段運行和廠用段與公用段獨立運行的2種運行方式的快切裝置。

        1 切換方案

        1.1 技改前快切方式

        以該電廠1號機6 kV廠用IA段快切為例,如圖1所示,原廠用電運行方式為6 kV廠用段與公用段獨立分段運行,即1號機高廠變A分支601a帶廠用IA段運行、1號機啟備變A分支605a帶公用IA段運行、廠用IA段與公用IA段的聯(lián)絡(luò)電源610a斷開運行作為快切備用自投電源。原快切裝置僅是廠用段的電源快速切換裝置,只能實現(xiàn)工作電源1DL 601a與聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a之間的切換:手動并聯(lián)——雙向自動切換、不正常及事故切換——工作電源1DL 601a向聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a自動單向串聯(lián)切換——即跳1DL合3DL。

        圖1 改進前1號機6 kV廠用IA段快切原理接線圖(廠用段與公用段獨立運行方式)

        1.2 技改后快切方案

        當根據(jù)廠用電經(jīng)濟性要求改變廠用電運行方式,減少使用電網(wǎng)電量切換至廠用段帶公用段運行方式,啟備變高壓側(cè)開關(guān)合閘、低壓側(cè)A分支605a分閘變壓器空載運行,6 kV公用IA段負荷通過聯(lián)絡(luò)電源610a由機組廠用IA段供電,該運行方式下除具備原舊裝置功能外,新增切換功能:聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a與備用電源2DL 605a之間的切換,手動并聯(lián)——雙向自動切換,在切換至廠用段帶公用段運行方式下“工作電源1DL 601a合閘態(tài)和聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a合閘態(tài)、備用電源2DL 605a分閘態(tài)”時,不正常及事故切換——工作電源1DL 601a向備用電源2DL 605a自動單向串聯(lián)切換——即跳1DL合2DL。研究的新快切裝置需增加輸入輸出電氣量,其原理接線圖如圖2所示。

        圖2 改進后1號機6 kV廠用IA段快切原理接線圖

        需增加的輸入輸出電氣量僅為:①啟備變低側(cè)PT二次線電壓;②啟備變低側(cè)后加速保護;③6 kV公用IA段母線三相電壓;④啟備變低側(cè)2DL 605a位置信號及快切裝置到2DL 605a斷路器的跳合閘開出量。

        快切裝置按照選定模式操作工作電源和備用電源斷路器。裝置按手動切換、事故切換、非正常工況有并聯(lián)、串聯(lián)和同時切換方式。按照預定的切換方式跳工作開關(guān)和合備用開關(guān)。

        2 新型快速切換裝置研制原則

        ①確保安全。實時監(jiān)測開關(guān)兩側(cè)電源的電壓、頻率和相位,需提供多種可靠的起動、切換方式,能快速安全地投入備用電源,且不會對電動機造成大的沖擊。②廠用電接線有單母分段方式、單母方式。能靈活適應新的接線方式,僅需更改部分定值即可滿足備用電源自投要求。③裝置硬件需使用最新的DSP+ARM+CPLD硬件平臺、高精度芯片,確保數(shù)據(jù)的實時性及切換的快速性。④需采取抗干擾措施,有完善的自檢、閉鎖邏輯。⑤總要求是模塊化設(shè)計、豐富的切換邏輯、靈活的設(shè)置及高速的運算能力。

        3 裝置主要起動方式

        ①手動起動。在裝置面板或DCS遠方手動操作起動快切裝置,實現(xiàn)單母分段運行方式的工作電源1DL 601a開關(guān)到聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a之間的互相切換,也可以實現(xiàn)備用電源2DL 605a和聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a之間的互相切換。對單母方式,手動起動實現(xiàn)工作電源1DL 601a開關(guān)和備用電源2DL 605aL之間的互相切換。②保護起動。工作電源的主保護動作接點接入快切裝置,一旦檢測到工作電源保護動作,裝置立即起動切換,斷開故障線路,投入備用電源。③誤跳起動。當本處于合位的開關(guān)跳開且進線突然無電流,起動快切合上另一側(cè)電源以保證母線供電。

        4 裝置閉鎖及告警

        裝置硬件RAM、EPROM、出口回路故障、CPLD故障、電源故障,閉鎖切換和保護功能。當檢測到切換初始狀態(tài)不滿足、失壓、進線/母線TV斷線或電源開關(guān)位置異常,發(fā)出報警并閉鎖快切。

        5 實施與應用

        將原快切屏柜內(nèi)快切裝置、元器件及配線全部拆除,保留原外部接線電纜及端子排,安裝特殊定制的新快切裝置。新敷設(shè)電纜增加電氣量:啟備變低側(cè)分支電壓、公用段母線三相電壓、605a斷路器位置信號及快切裝置到605a斷路器的跳合閘指令,增加605a斷路器后加速保護。

        新快切裝置結(jié)構(gòu)組成:由電源模件(板5)、測量模件(板1、板2)、開入模件(板5)、信號輸出模件(板5、板6)、通信模件(板4)和出口模件(板7)組成。

        電源快速切換裝置分別采集工作電源進線電壓互感器二次電壓、廠用段母線電壓互感器二次電壓、公用段母線電壓互感器二次電壓(新增)和備用電源進線電壓互感器二次電壓(新增),工作進線斷路器1DL位置狀態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源斷路器3DL位置狀態(tài)、備用進線斷路器2DL位置狀態(tài)(新增),發(fā)變組保護起動(閉鎖)快切指令,以及出口操作工作進線斷路器1DL、聯(lián)絡(luò)電源斷路器3DL、備用進線斷路器2DL(新增)的跳合閘。實現(xiàn)原有運行方式——廠用段與公用段獨立運行“工作電源1DL合閘態(tài)、備用電源2DL合閘態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源3DL分閘態(tài)”下,工作電源1DL與聯(lián)絡(luò)電源3DL之間的切換:手動并聯(lián)——雙向自動切換、不正常及事故切換——工作電源1DL向聯(lián)絡(luò)電源3DL自動單向切換——即跳1DL合3DL;新增切換功能,聯(lián)絡(luò)電源3DL與備用電源2DL之間的手動并聯(lián)雙向自動切換、新增運行方式切換——在切換至廠用段帶公用段運行方式“工作電源1DL合閘態(tài)和聯(lián)絡(luò)電源3DL合閘態(tài)、備用電源2DL分閘態(tài)”下,實現(xiàn)不正常及事故切換——工作電源1DL向備用電源2DL自動單向切換——即跳1DL合2DL。

        運行方式切換選擇單元,新裝置手動快切切換方式轉(zhuǎn)換開關(guān)BK——切至“1DL與3DL”側(cè)時進行1DL與3DL間的并聯(lián)雙向自動切換(原有功能,也可在DCS遠方操作),切至“3DL與2DL”側(cè)時進行3DL與2DL間的并聯(lián)雙向自動切換(是新增功能,在快切裝置面板操作)。當手動起動快切裝置切換成“工作電源1DL合閘態(tài)、備用電源2DL合閘態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源3DL分閘態(tài)”就是原有廠用段與公用段獨立運行方式,切換成“工作電源1DL合閘態(tài)、聯(lián)絡(luò)電源3DL合閘態(tài)、備用電源2DL分閘態(tài)”就是新的廠用段帶公用段運行方式。上述2種運行方式是通過裝置并聯(lián)切換模式來實現(xiàn)。并聯(lián)切換模式只能以手動起動方式觸發(fā)。

        5.1 廠用段與公用段獨立運行方式下切換邏輯

        裝置充電條件,廠用段母線、公用段母線三相有壓;工作電源1DL合、備用電源2DL合,聯(lián)絡(luò)電源3DL分;保護起動、手動起動接點未閉合。經(jīng)過10 s后充電完成。裝置放電條件:①控制字“1→3切換起動”設(shè)為退出;②開入“保護閉鎖”閉合;③定值“快速合閘”“同捕合閘”“殘壓合閘”和“長延時合閘”都退出;④開入“閉鎖切換”閉合;⑤工作電源1DL、備用電源2DL、聯(lián)絡(luò)電源3DL位置異常;⑥聯(lián)絡(luò)電源3DL在合位;⑦廠用段、公用段母線均小于“失壓起動定值”,延時15 s。起動條件,當工作電源1DL向聯(lián)絡(luò)電源3DL切換起動投入、公用段大于等于“有壓定值”,下列任一條件滿足。①廠用段、公用段母線未斷線且開入“保護起動”閉合;②廠用段、公用段母線未斷線且工作電源1DL變位起動;③廠用段母線失壓起動;④廠用段、公用段母線未斷線且開入“手動起動1”閉合。動作過程,起動方式①—③,按定值“故障切換串聯(lián)”的設(shè)定(0表示同時;1表示串聯(lián))進行切換;起動方式④按定值“手動切換并聯(lián)”的設(shè)定(0表示串聯(lián);1表示并聯(lián))進行切換。

        原廠用段與公用段獨立運行方式(工作電源1DL 601a到聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a并聯(lián)切換邏輯)為例,進行并聯(lián)切換邏輯時序說明,新的廠用段帶公用段運行方式(備用電源2DL 605a到聯(lián)絡(luò)電源3DL 610a并聯(lián)切換邏輯)類同。

        5.2 廠用段帶公用段運行方式下切換邏輯

        裝置充電條件,廠用段、公用段母線三相有壓;檢后備電壓控制字投入時,U2大于等于“有壓定值”;工作電源1DL合、備用電源2DL分、聯(lián)絡(luò)電源3DL合;保護起動、手動起動接點未閉合。經(jīng)過10s后充電完成。裝置放電條件:①控制字“1→2切換起動”設(shè)為退出;②開入“保護閉鎖”閉合;③定值“快速合閘”“同捕合閘”“殘壓合閘”和“長延時合閘”都退出;④開入“閉鎖切換”閉合;⑤工作電源1DL、備用電源2DL跳位異常;⑥備用電源2DL在合位或聯(lián)絡(luò)電源3DL在跳位;⑦檢后備電壓控制字投入時,U2小于“有壓定值”,延時15 s。起動條件,當1→2切換起動投入、檢后備電壓控制字投入時U2有壓,下列任一條件滿足。①廠用段、公用段母線未斷線且開入“保護起動1”閉合;②廠用段、公用段母線未斷線且工作電源1DL變位起動;③廠用段母線失壓起動。動作過程:按定值“故障切換串聯(lián)”的設(shè)定(0表示同時;1表示串聯(lián))進行切換。

        自動切換單元,用于在根據(jù)信號采集單元獲取的電壓信號判斷母線失壓或發(fā)變組保護起動信號或工作電源斷路器跳閘變位,且備用電源正常時執(zhí)行自動串聯(lián)切換操作。以下以新的廠用段帶公用段運行方式(工作電源1DL 601a到備用電源2DL 605a串聯(lián)切換邏輯)為例,進行自動串聯(lián)切換邏輯時序說明,原有廠用段與公用段獨立運行方式(工作電源1DL 601a到聯(lián)絡(luò)備用電源3DL 610a自動串聯(lián)切換邏輯)類同,如圖3所示。

        圖3 工作電源1DL 601a到備用電源2DL 605a串聯(lián)切換邏輯圖(廠用段帶公用段運行方式)

        6 結(jié)束語

        按上述原理圖接線整定好快切定值、經(jīng)整組傳動試驗及實際驗證,達到了預期的效果,取得了良好的經(jīng)濟效益,并安全可靠實現(xiàn)快切所有功能,6 kV廠用IA段與公用IA電源開關(guān)的手動正常倒換。①1DL 601a與3DL 610a的手動并聯(lián)雙向切換按原方式在DCS操作員站起動快切裝置操作;②3DL 610a與2DL 605a的手動并聯(lián)雙向切換在1號機機快切裝置屏操作對應的手動切換把手BK。實現(xiàn)2種運行方式下的故障自動切換:廠用段帶公用段單母方式①、1號機機組運行,1號機啟備變05T低壓側(cè)電源作為1號機高廠變01T聯(lián)鎖備用。1DL 601a事故跳閘聯(lián)合2DL 605a。廠用段不帶公用段原有單母分段方式②、1號機機組運行、6 kV公用I段由1號機啟備變05T供電,6 kV廠用I段由1號機高廠變01T供電,6 kV公用I段母線電源作為1號機高廠變01T聯(lián)鎖備用。1DL 601a事故跳閘聯(lián)合3DL 610a。

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