廠用電切換方式探討

1、1廠用電系統(tǒng)簡介1-4火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一般都具有2個電源:即廠用工作電源和備用(啟動電源,其典型接線如圖1所示。 目前,絕大多數(shù)大型火力發(fā)電機(jī)組都采用單元接線,正常運行時機(jī)組廠用電由單元機(jī)組供電,停機(jī)狀態(tài)由備用電源供電,機(jī)組在啟動和停機(jī)過程都必須帶負(fù)荷進(jìn)行廠用電切換。另外,當(dāng)電源側(cè)電氣故障或汽機(jī)鍋爐發(fā)生故障時,為了保證廠用電不中斷,必須盡快把廠用電電源從工作電源切換到備用電源。因此,切換一般有2類啟動信號,一類是手動啟動信號,即機(jī)組啟、停機(jī)過程由主控室人為發(fā)出啟動信號;另一類是保護(hù)啟動信號,它包括熱工或汽機(jī)來的保護(hù)啟動信號和電氣故障啟動信號。在某些特殊條件下,廠用電系統(tǒng)的切換也可由失壓信號

2、啟動。2廠用電切換的基本理論1-2,5-10對于大容量火力發(fā)電廠,尤其是300MW 及以上的機(jī)組,廠用電高壓電動機(jī)的容量大且數(shù)量較多,當(dāng)廠用電源中斷后,由于高壓電機(jī)及負(fù)載的機(jī)械慣性,電機(jī)將在十多分鐘的時間內(nèi)維持繼續(xù)旋轉(zhuǎn),此時電機(jī)由電動機(jī)狀態(tài)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)運行。在同一母線上多臺電機(jī)的共同作用下,母線電壓會維持一定的殘壓并緩慢衰減,且頻率會隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低而緩廠用電切換方式探討陳醫(yī)平1,蔡旭1,曹小連2,吳巍2(1.上海交通大學(xué)電氣工程系,上海200030;2.廈門ABB 開關(guān)有限公司,福建廈門361006摘要:詳細(xì)分析了廠用電系統(tǒng)母線斷電后母線殘壓特性,廠用系統(tǒng)電源切換可能面臨的問題,提出了4

3、種可能的切換方式:快速切換、首次同相切換、殘壓切換和長延時切換,并就每種切換方式結(jié)合其判據(jù)及實際錄波波形對切換的全過程、切換前系統(tǒng)的特征、切換后對系統(tǒng)的影響及整定方法進(jìn)行了細(xì)致的分析。最后得出快速切換是最安全、可靠的切換方式,它是主切換且是無損切換,首次同相切換、殘壓切換和長延時切換屬于后備切換模式,是有損切換,是對快切模式的補(bǔ)充。關(guān)鍵詞:快速切換;母線殘壓;首次同相;長延時切換中圖分類號:TM 621.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1006-6047(200611-0107-04收稿日期:2006-01-11;修回日期:2006-04-25電力自動化設(shè)備Electric Power Autom

4、ation EquipmentVol.26No.11Nov.2006第26卷第11期2006年11月Research and practice of sequential operation in substationYANG Hong(Suzhou Power Supply Company ,Suzhou 215004,China Abstract :Basic conditions for the sequential operation of substation are discussed ,and a tech-nical plan is presented for substati

5、on automation system to realize cell operation at cell level and cross-cell operation at station control level.The safety mechanism in sequential operation process is analyzed ,and the main criteria for ensuring operational safety are put forward.Suggestions are given for the sequential operation of

6、 whole substation ,the change of protection operation mode during sequential operation and the restriction in communication protocol between substation and control centre.The intelligent HV electrical equipment and control system and the improvement of operation mode of substation are required for t

7、he development of electrical network.Key words :substation ;automation system ;sequential operation!圖1常見廠用電系統(tǒng)簡圖Fig .1Normal house supply system of power plant備用電源主電源GMMQF 1QF 2慢下降,其特性如圖2所示(圖中U 1為主電源電壓;U 2為備用電源電壓;U D 為差壓;U R 為母線殘壓。從圖中可以看出:在廠用電源中斷后,母線殘壓幅值緩慢衰減,母線殘壓與備用電源電壓的相角差逐漸增大,母線殘壓與備用電源電壓之間的差壓(以下簡稱差

8、壓逐漸變大后又變小,接著又變大又再變小,如此反復(fù)變化,至于變化一次的時間完全取決于負(fù)載(反向轉(zhuǎn)矩。如果主電源斷電后即投入備用電源,則母線殘壓與備用電源之間的差壓將加在電機(jī)上,此差壓決定了接通沖擊電流的大小和施加在電機(jī)繞組上的機(jī)械應(yīng)力,同樣它也決定了備用電源的暫態(tài)響應(yīng),另外這種轉(zhuǎn)矩的突然變化也將給電機(jī)或驅(qū)動機(jī)構(gòu)的機(jī)械元件造成損壞,如軸承、固定螺栓、連軸器等。如果廠用工作電源和備用(啟動電源來自同一系統(tǒng),在最壞情況下,接通沖擊電流可達(dá)6倍的額定電流;如果廠用工作電源和備用(啟動電源來自不同系統(tǒng),在最壞情況下,接通沖擊電流可達(dá)18倍的額定電流。這種高達(dá)618倍額定電流的沖擊電流將給電源和電氣設(shè)備造成

9、很大的沖擊,為了減小這種沖擊,必須確保投入備用電源時母線殘壓與備用電源電壓之間的差壓盡可能小。由圖2可知:如果備用電源電壓U 2與母線殘壓U R 夾角較小時,差壓U D 較小;同樣,當(dāng)母線殘壓U R 旋轉(zhuǎn)一周后與備用電源電壓U 2第1次同相時,差壓U D 也較小。圖3為母線殘壓和差壓的實際錄波圖,可見差壓是由不同大小的包絡(luò)構(gòu)成,并且包絡(luò)的大小隨時間的增加逐漸變小,且每個包絡(luò)的波形前后不對稱,這主要是由電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越來越低造成母線殘壓的頻率越來越低,從而引起備用電源電壓的頻率與母線殘壓的頻率差越來越大,造成包絡(luò)時延變小且前后不對稱。對于不同的系統(tǒng),殘壓特性、差壓特性和包絡(luò)的大小都不同。由以上分析

10、可知:為減小沖擊,備用電源電壓U 2與母線殘壓U R 夾角較小時實現(xiàn)切換是一比較好的切換;同樣當(dāng)母線殘壓U R 旋轉(zhuǎn)一周后與備用電源電壓U 2第1次同相時實現(xiàn)切換也是比較好的切換,但時間較長;另外也可以在母線殘壓衰減到系統(tǒng)允許的范圍后或母線殘壓完全消失后進(jìn)行切換。上述的4種切換對應(yīng)4種切換方式:快速切換、首次同相切換(也稱同期捕捉切換、殘壓切換和長延時切換。3快速切換及實測結(jié)果分析1-2快速切換是當(dāng)切換設(shè)備接到啟動命令后,如果滿足快切判據(jù),則立即同時發(fā)出斷路器的分、合閘命令,跳開工作電源,合上備用電源。其動作判據(jù)如圖4所示,圖中、f 分別為母線電壓與備用電源電壓之間的相角差和頻差;U 2為備用

11、電源電壓;U B 為母線電壓;K 1、K 2、K 3、K 4為整定值;QF 1、QF 2分別為主電源和備用電源斷路器?？焖偾袚Q時,系統(tǒng)電氣上的斷開時間一般不超過15ms ,主要由斷路器的分、合閘時間不同造成。廠用電系統(tǒng)電動機(jī)的完全停止時間一般約為10min ,15ms 的斷電時間對電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本沒有影響,母線電壓與備用電源電壓之間的角差基本沒有變化,主要由系統(tǒng)的功角決定,如果備用電源與主電源來自同一系統(tǒng),其功角一般在7°以內(nèi);如果備用電源與主電源來自不同的系統(tǒng),其功角也在20°以內(nèi),所以快速切換加在電機(jī)上的壓差較小,切換造成的沖擊電流也較小,一般在負(fù)荷電流的1.5倍以內(nèi),總

12、的切換時間一般在7080ms ,在實際應(yīng)用中,快速切換的成功率幾乎達(dá)到100%。圖5為快速切換的錄波圖(從上到下分別為母線殘壓、差壓、工作電源、備用電源;圖7、9同,從圖中可以看到,廠用電母線斷電時間為12.5ms ,差壓小,所以電氣設(shè)備實際所受的沖擊電流也小。4首次同相切換及實測結(jié)果分析1-2,7,10首次同相切換是當(dāng)母線殘壓向量相對備用電源電壓向量旋轉(zhuǎn)一周后第1次回到同相點時進(jìn)行的切換,此時角差為0,差壓也較小,對電氣設(shè)備的沖擊也較小。其動作判據(jù)見圖6,圖中d f /d t 為母線殘壓頻率的變化率;first =0表示母線殘壓與備用電源 電壓第1次同相;K 3、K 5為整定值;U 2、QF

13、 2同圖4。圖2母線殘壓特性Fig.2The residual voltage characteristics of busbarU 1U 20.05s 0.10s 0.15s 0.20s 0.25s 0.30s 0.35s0.40s0.45s0.50s U D U R K 1f K 2U 2K 3U B K 4啟動信號閉鎖信號斷路器在要求的狀態(tài)快切允許&QF 2合QF 1分圖4快速切換動作判據(jù)Fig.4Operation criterion of fast transfer第26卷電力自動化設(shè)備100-10200-20-1.5-0.5t /su R /Vu D /V

14、圖3母線殘壓和差壓錄波圖Fig.3Recorded waves of busbar residual voltage and differential voltage為實現(xiàn)首次同期點切換,切換裝置須根據(jù)采集的電壓計算母線殘壓向量相對于備用電源電壓向量旋轉(zhuǎn)到第1個同期點的時間,并與斷路器的合閘時間相比較,在同相前1個斷路器的合閘時間發(fā)出合閘命令。圖7為首次同期點切換錄波圖。由圖可見:壓差比快速切換方式的大,故沖擊電流也較大。5殘壓切換、長延時切換及實測結(jié)果分析1-2,7殘壓切換是當(dāng)母線殘壓衰減到低于設(shè)定值時合上備用電源。一般設(shè)定值為40%的額定電壓。其動作判據(jù)如圖8所示,圖中K 3、K 6為整定

15、值;U R 為母線殘壓;U 2、QF 2同圖4。殘壓切換時,差壓較大,沖擊電流大且持續(xù)時間較長,圖9為殘壓切換的錄波圖。長延時切換是在發(fā)出切換指令后經(jīng)過一定的延時后合上備用電源的切換方式,一般設(shè)定時間為1.5s 。其動作判據(jù)如圖10所示。長延時切換方式下,大部分電機(jī)由于低電壓保護(hù)動作已被切除,未切除的電機(jī)自啟動,沖擊電流很大。圖10長延時切換動作判據(jù)Fig.10Operation criterion of long delayed transferU 2K 3殘壓切換投入啟動信號閉鎖信號斷路器在要求的狀態(tài)&QF 2合t100-10200-20t /su R /V u D /V -1.5

16、u 1/m V u 2/m V圖9殘壓切換的錄波圖Fig.9Recorded waves of residual voltage transfer6000-600600-600-2.5U 2K 3U R K 6殘壓切換投入啟動信號閉鎖信號斷路器在要求的狀態(tài)&QF 2合圖8殘壓切換動作判據(jù)Fig.8Operation criterion of residual voltage transfer100-10100-10t /msu R /Vu D /V-250-1250125250u 1/Vu 2/V圖5快速切換錄波圖Fig.5Recorded waves of fast

17、 transfer100-10-1002010d f /d t K 5U 2K 3在first=0前1個斷路器的合閘時間首次同相切換允許啟動信號閉鎖信號斷路器在要求的狀態(tài)&QF 2合圖6首次同相切換動作判據(jù)Fig.6Operation criterion of first phase coincidence transfer陳醫(yī)平,等:廠用電切換方式探討第11期圖7首次同相切換錄波圖Fig.7Recorded waves of first phase coincidence transfer 100-10200-20u R /Vu D /V-0.564u 1/m Vu 2/m V400

18、0-4004000-400-0.1880.1880.5640.940t /s6結(jié)語10-11對4種切換方式的分析及實際錄波波形比較可見,最理想的切換方式是快速切換,所以機(jī)組正常啟停的切換以及故障時的切換必須首先采用快速切換,除非快速切換失敗,才執(zhí)行其他備用切換模式。需要指出的是以上4種切換模式是同時啟動的,并非一種失效后才啟動另一種模式。另外,對于首次同相切換與殘壓切換,哪種方式首先執(zhí)行,完全取決于母線上的負(fù)載,如果母線電壓衰減很快,可能殘壓切換先執(zhí)行,反之首次同相切換先執(zhí)行,一般情況下首次同相切換先執(zhí)行,長延時切換只有在其他3種切換都失靈后才可能執(zhí)行?？焖偾袚Q因總切換時間為7080ms ,所

19、以是無損切換且是主切換方式,其他切換方式是后備切換方式,屬慢速切換,切換過程可能引起失壓保護(hù)動作切掉部分負(fù)荷,所以是有損切換。參考文獻(xiàn):1陳醫(yī)平,徐向東.火力發(fā)電廠廠用電切換新理念的分析及應(yīng)用J .電工技術(shù)雜志,2004(9:6-9.CHEN Yi-ping ,XU Xiang-dong.New idea analysis and appli-cation about high speed transfer in thermal power plant J .Electrotechnical Journal ,2004(9:6-9.2徐向東.對廠用電系統(tǒng)快速切換的幾點看法J .高壓電器,200

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25、 ,WANG Shun ,HAN Xue-yi.Application research on the auxiliary power high-speed transfer device J .Relay ,2002,30(7:37-39.12李瑞生,王義平,熊章學(xué),等.廠用電快速切換應(yīng)用與研究J .繼電器,2005,33(10:79-81.LI Rui-sheng ,WANGYi-ping ,XIONG Zhang-Xue ,et al.Applica-tion and research of station service fast switchover J .Relay ,2005,3

26、3(10:79-81.(責(zé)任編輯:柏英武作者簡介:陳醫(yī)平(1972-,男,甘肅天水人,碩士研究生,主要從事繼電保護(hù)、二次設(shè)計及自動化方面的工作(E-mail :cliz-yiping.chen ;蔡旭(1964-,男,江蘇徐州人,教授,主要從事配電網(wǎng)安全與配電自動化方面的教學(xué)與研究工作(E-mail :caixu_cumt ;曹小連(1971-,女,江蘇鹽城人,主要從事繼電保護(hù)、二次設(shè)計及自動化方面的工作(E-mail :Janet-xiaolian.cao ;吳巍(1978-,男,福建龍巖人,主要從事繼電保護(hù)、二次設(shè)計及自動化方面的工作(E-mail :Will-wei.wu 。第26卷電力自動化設(shè)備Discussion on house supply transferCHEN Yi-ping 1,CAI Xu 1,CAO Xiao-lian 2,WU Wei