廠用電快速切換裝置相關(guān)問題分析_圖文

1、第31卷第9期華電技術(shù)Vol .31No .92009年9月Huadian Technol ogySep.2009廠用電快速切換裝置相關(guān)問題分析黃海波(湖南華電長沙發(fā)電有限公司,湖南長沙410203摘要:介紹了廠用電系統(tǒng)的概況及廠用電系統(tǒng)的切換方式,論述了廠用電快速切換裝置的工作原理。根據(jù)廠用電快速切換裝置數(shù)字錄波圖,分析和總結(jié)了快速切換裝置切換方式不穩(wěn)定的原因,提出了廠用電快速切換裝置定值整定計算時應(yīng)注意的事項。關(guān)鍵詞:廠用電快速切換裝置;廠用電系統(tǒng);切換方式;保護(hù)誤動;錄波數(shù)據(jù);整定中圖分類號:T M 762:T M 712文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1674-1951(200909-000

2、1-05收稿日期:2009-05-250引言廠用電快速切換裝置(以下簡稱快切裝置是實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠廠用母線電源快速切換的關(guān)鍵控制設(shè)備。在事故情況下,廠用電系統(tǒng)安全快速切換對減少事故損失、保護(hù)人身與設(shè)備安全至關(guān)重要。另外,一些重要輔機(jī)(如交流潤滑油泵等在備用電源切換過程中,若因快切裝置本身定值設(shè)置缺陷導(dǎo)致切換失敗或保安電源等原因造成失電,則有可能釀成重大事故,造成事故范圍擴(kuò)大。湖南華電長沙發(fā)電有限公司采用鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠生產(chǎn)的PZ H -1C 型微機(jī)廠用電快速切換裝置,廠用電備用電源事故切換為串聯(lián)、全自動方式。當(dāng)全爐膛滅火造成鍋爐主燃料跳閘(MFT 動作時,快切裝置有時會以“快速切換”方式切換備

3、用電源、有時還會以“同期捕捉”方式切換備用電源,在廠用自動切換過程中,由于切換方式不穩(wěn)定甚至?xí)斐蓮S用負(fù)荷速斷保護(hù)動作誤切換電機(jī)。1廠用電系統(tǒng)概況湖南華電長沙發(fā)電有限公司現(xiàn)有2臺600MW機(jī)組(機(jī)組編號為#1、#2。#1、#2發(fā)電機(jī)組分別于2007年10月和12月建成投產(chǎn)。發(fā)電機(jī)均為上海東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的QFS N -600-2-22C 型水氫氫汽輪發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)出口電壓均為22k V,接有1臺容量為SFF -63/35-35MV A 、電壓為22/6.36.3k V 的高壓廠用工作變壓器(以下簡稱高廠變作為廠用電系統(tǒng)的工作電源。廠用電系統(tǒng)的啟動備用變壓器(以下簡稱啟備變電源由1臺容量

4、為SFFZ10-63/35-35MV A 、電壓為230/6.36.3k V 的#01啟備變提供。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后有功負(fù)荷達(dá)180MW 左右時,將廠用系統(tǒng)電源由#01啟備變切換至高廠變供電,首先在分散控制系統(tǒng)(DCS 畫面上將廠用電切換方式投并聯(lián),將快切保護(hù)屏自動/半自動壓板投入(半自動狀態(tài),即正常切換方式為并聯(lián)半自動。每臺機(jī)組6.3kV 廠用電一次系統(tǒng)均采用2段式母線接線方式,2段母線分別接自高廠變/啟備變低壓側(cè)2個分裂繞組,且2臺機(jī)組共用1臺啟備變。#1機(jī)組6.3k V 廠用電系統(tǒng)一次接線圖如圖1所示。2廠用電系統(tǒng)的切換方式湖南華電長沙發(fā)電有限公司廠用電切換方式主要有2種。(1正常切換是指正常

5、啟、停機(jī)時進(jìn)行的廠用電源切換,其切換方式為并聯(lián)半自動。即,手動啟動裝置經(jīng)同期檢定后,裝置發(fā)合備用電源命令,而跳開工作電源由人工操作完成,這種方式的優(yōu)點(diǎn)是切換過程中不會造成廠用電的中斷,但兩側(cè)電源存在短時并列運(yùn)行,若此時6.3k V 側(cè)發(fā)生短路,短路電流將更大。當(dāng)6.3k V 廠用系統(tǒng)電源由#1高廠變切換至#01啟備變時,首先選擇好正常切換方式(并聯(lián)半自動,即在集控室顯示器(CRT 畫面上將該段母線備用電源切換方式選擇開關(guān)投并聯(lián),在快切保護(hù)屏上將自動/半自動壓板短接,手動啟動裝置,經(jīng)同期檢定后,裝置發(fā)合備用電源開關(guān)命令,而跳開工作電源開關(guān)由人工在集控室通過操作CRT 畫面由DCS 通過廠用電綜合

6、自動化系統(tǒng)(FECS 完成,切換完畢后,在CRT 畫面上將該段母線備用電源切換方式選擇開關(guān)投串聯(lián),并斷開快切保護(hù)屏上自動/半自動壓板,即轉(zhuǎn)到事故切換所需的切換方式(串聯(lián)全自動,以備事故切換。6.3kV 廠用系統(tǒng)電源由#01啟備變切換至#1高廠變與此類似。2華電技術(shù)第31卷 圖1廠用電系統(tǒng)一次接線圖(2事故切換是指由于工作電源故障而引起的切換,它是單向的,只能由工作電源切至備用電源,其切換方式為串聯(lián)全自動。由反映工作電源故障的保護(hù)出口啟動裝置先跳開工作電源,如此時同期條件滿足并確認(rèn)工作電源已跳開,則合上備用電源。當(dāng)#1發(fā)變組保護(hù)發(fā)生事故跳閘時,保護(hù)動作跳開6.3kV一段、二段母線工作電源進(jìn)線開關(guān)

7、,同時分別啟動該段母線的快切裝置,如此時同期條件滿足并確認(rèn)工作電源開關(guān)已跳開,快切裝置就發(fā)出合該段母線備用電源進(jìn)線開關(guān)的命令,完成事故情況下廠用電源的自動切換。若鍋爐主燃料跳閘(MFT動作,則先觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘,由主汽門關(guān)閉接點(diǎn)觸發(fā)發(fā)變組保護(hù)啟動快切。3廠用電快切裝置切換方式不穩(wěn)定原因分析3.1快切裝置的切換模式(1快速切換是在母線殘壓還沒有下降之前,投上備用電源。為了避免母線電壓與備用電源電壓相位差過大時進(jìn)行切換的危險,快切裝置具有在切換過程中非同期閉鎖的功能,當(dāng)不滿足同期條件時,閉鎖快速切換,轉(zhuǎn)而進(jìn)行同期捕捉。(2同期捕捉即在母線電壓還未大幅下跌之前,軟件連續(xù)分析母線相差、頻差值,通過對母線

8、相位變化的實(shí)時計算分析,根據(jù)合閘所需時間,捕捉合閘時機(jī),使得合閘完成時備用電源電壓與母線電壓的相位差接近0°。這樣既減小了對廠用設(shè)備的沖擊電流,又利于設(shè)備的自啟動。同期捕捉切換的最大允許頻差為6.0Hz。(3殘壓切換是當(dāng)快切和同捕不能滿足時,當(dāng)母線殘壓下降到設(shè)定電壓時實(shí)現(xiàn)的切換為殘壓切換。經(jīng)殘壓檢定的慢速切換作為快速切換和同期捕捉的后備切換,以提高切換的成功率。(4長延時切換是在某些情況下,母線上殘壓可能不容易衰減或殘壓切換參數(shù)設(shè)置不合理,可能會推遲或不再進(jìn)行合閘操作。當(dāng)檢測到母線電壓低于母線允許電壓參數(shù)設(shè)定值時,裝置啟動長延時允許切換計時,當(dāng)累計時間大于長延時時間設(shè)定值時,裝置發(fā)出

9、合閘命令,裝置中的長延時切換是其他切換方式的后備補(bǔ)充。3.2切換記錄分析2009年1月18日,由于全爐膛滅火而造成MFT動作停機(jī)時,快切裝置的定值和數(shù)字錄波記錄如下:PZ H-1C廠用切換裝置打印報告打印時間:2009-01-28參數(shù)信息01同期捕捉:1允許同期捕捉設(shè)置為“1”,禁止同期捕捉設(shè)置為“0”02低壓減載允許:0允許低壓減載設(shè)置為“1”,禁止低壓減載設(shè)置為“0”03長延時允許:1允許裝置采用長延時方式合閘設(shè)置為“1”,禁止長延時方式合閘設(shè)置為“0”第9期黃海波:廠用電快速切換裝置相關(guān)問題分析304相差:20°允許快速切換的最大相角差05頻差:1.0Hz允許快速切換的最大頻率

10、差06殘壓:30.0V允許慢速切換的最大母線電壓07低電壓啟動值:70.0V啟動低壓延時的最大母線電壓08工作電壓正常:80.0V工作電源電壓值不小于設(shè)定值09備用電壓正常:80.0V備用電源電壓值不小于設(shè)定值10低電壓啟動延時:0.10s允許母線低壓的最大延時11閉鎖快切延時:100m s裝置響應(yīng)外部閉鎖快切接點(diǎn)的時間,即外部開入確認(rèn)的有效時間12合備用延時:20m s事故并聯(lián)自動切換時,為了防止故障工作電源跳閘時間長于備用電源合閘時間,備用電源和故障工作電源并聯(lián)運(yùn)行,導(dǎo)致切換失敗,延時發(fā)出合備用命令的時間13合閘時間:80m s(同捕允許時有效目標(biāo)電源斷路器的合閘時間14低壓減載延時1:9

11、.99s(減載允許時有效母線電壓持續(xù)低于低壓啟動值的時間,超出時裝置發(fā)出低壓減載命令115低壓減載延時2:9.99s(減載允許時有效母線電壓持續(xù)低于低壓啟動值的時間,超出時裝置發(fā)出低壓減載命令216后加速延時:4.00s當(dāng)裝置合上備用時同時發(fā)出后加速跳備用允許命令,此命令僅在一段時間內(nèi)有效17長延時時間:2.00s當(dāng)長延時允許時,時間有效18備用方式:1當(dāng)備用電壓取于6k V,設(shè)置值為“0”,否則為“1”19母線-工作相差:0°母線AB相和工作電源的相角差20母線-備用相差:0°母線AB相和備用電源的相角差21母線電壓允許:70.0V允許長延時切換的最大母線電壓22冷備延時

12、:100m s當(dāng)需要合高壓開關(guān)時,合6kV開關(guān)需要延遲的時間23通訊地址:2通訊過程中用來識別裝置的通訊碼PZ H-1C廠用切換裝置打印報告打印時間:2009-01-28切換記錄切換時間:2009-01-18T07:16:13同期捕捉分析切換記錄,發(fā)現(xiàn)了以下2個問題:(1非電量保護(hù)動作,快切裝置切換完畢所需時間為934m s,是采用母線工作電源開關(guān)輔助接點(diǎn)接入備用電源開關(guān)合閘回路來實(shí)現(xiàn)切換的原始備自投方式所用時間的5倍左右。(2根據(jù)快切裝置的原理,在切換過程中,如不滿足快切所設(shè)定的同期條件(定值設(shè)置的第04,05項,母線電壓與備用電源電壓相位差小于20°、頻差小于1Hz時,閉鎖快速切

13、換,但頻差又小于6Hz 時,裝置自動轉(zhuǎn)入同期捕捉狀態(tài),根據(jù)母線電壓相位變化速率及斷路器固有合閘時間,連續(xù)實(shí)時計算相位差,在頻差允許范圍內(nèi),捕捉合閘時機(jī),使得合閘完成時相位差接近零度。從切換記錄上看合備用電源進(jìn)線斷路器結(jié)束時母線殘壓與備用電源電壓相位4華電技術(shù)第31卷差為360-298=62(°。根據(jù)快切裝置圖紙、接線、定值、設(shè)備運(yùn)行方式及快切裝置的幾次動作報告,筆者展開了全面的分析:(1湖南華電長沙發(fā)電有限公司#01啟備變處于熱備用狀態(tài),備用電源電壓取6kV,因此,定值設(shè)置的第18項備用方式應(yīng)設(shè)置為“0”。而實(shí)際定值按冷備用方式整定,與湖南華電長沙發(fā)電有限公司實(shí)際運(yùn)行方式不符,導(dǎo)致合

14、備用電源時增加100m s (定值設(shè)置的第22項延時,是導(dǎo)致快切方式不穩(wěn)定的直接原因。因為當(dāng)工作電源失去后,由于電動機(jī)氣隙磁場及電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的存在,使6.3k V母線產(chǎn)生殘壓,而殘壓衰減的快慢與初始的儲能有關(guān),即與工作電源失去以前的負(fù)荷狀況有關(guān),切換前負(fù)荷越小,母線殘壓及相角變化越大,經(jīng)100m s(定值設(shè)置的第22項后越易造成非同期(定值設(shè)置的第04,05項動作閉鎖快速切換,轉(zhuǎn)而進(jìn)行同期捕捉切換。(2從切換記錄可知,備用電源進(jìn)線斷路器動作時間實(shí)測為719-675=44(m s,而定值設(shè)置的第13項合閘時間設(shè)為80m s,是導(dǎo)致合備用電源進(jìn)線斷路器結(jié)束時母線殘壓與備用電源電壓相位差為62&#

15、176;的主要原因。斷路器動作時間設(shè)為44m s時,快切裝置合備用結(jié)束時母線殘壓與備用電源電壓相位差為360(1/4.6×1000×44+223=296(°,理論計算與快切報告(298°基本相符。斷路器動作時間設(shè)為80m s時,快切裝置合備用結(jié)束時母線殘壓與備用電源電壓相位差為360(1/4.6×1000×80+223=356(°,合閘完成時相位差360-356=4(°,接近零度。4快切裝置定值重新整定后的錄波數(shù)據(jù)分析4.1快切裝置整定時的注意事項為了提高裝置快速切換的成功率,減小對廠用設(shè)備的沖擊電流保證設(shè)備的自啟

16、動,又對快切裝置定值重新進(jìn)行了整定。典型快速切換設(shè)置參數(shù)為:(定值的第05項頻差為1.0Hz,(定值的第04項相差為30°。如裝置在30°合閘,頻差為1.0Hz情況下,50m s(備用斷路器合閘時間后相差擴(kuò)大到360×50+30= 48(°<60°,依據(jù)鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠生產(chǎn)的PZ H-1C型微機(jī)廠用電快速切換裝置技術(shù)說明書可知:當(dāng)備用電源斷路器開關(guān)合上時,母線殘壓和備用電源電壓相位差在60°以內(nèi)的快速切換是安全的。母線低電壓啟動值(定值的第07項的設(shè)置應(yīng)按廠用母線電動機(jī)自啟動時最低允許母線電壓來考慮,低電壓啟動延時(定值的

17、第10項的設(shè)置需要考慮以下2個問題:(1大于廠用母線電動機(jī)的自啟動時間,因為這種狀況不需要裝置啟動切換。(2與判斷母線故障的后備保護(hù)動作時間相配合,防止備用電源投切到故障母線上。兩者取較大者。依據(jù)參考文獻(xiàn)1的觀點(diǎn):母線允許電壓(定值的第21項的設(shè)置主要考慮到當(dāng)母線出現(xiàn)容性負(fù)載時,母線上殘壓可能不容易衰減,或殘壓切換參數(shù)設(shè)置不合理,母線殘壓不能下降到殘壓切換設(shè)定電壓時,裝置將啟動長延時允許切換,當(dāng)累計時間大于長延時時間(定值的第17項設(shè)定值時,裝置發(fā)出非同期合閘命令。因此,母線允許電壓(定值的第21項的設(shè)置值應(yīng)大于母線殘壓設(shè)定值(定值的第06項小于母線低電壓啟動值(定值的第07項的設(shè)定值,一般設(shè)

18、置50V。另外,軟件內(nèi)部設(shè)置頻差大于6.0Hz時閉鎖同期捕捉切換,母線三相電壓低于60V時閉鎖快速切換。為防止切換過程中母線電壓衰減較快,所帶負(fù)荷中的非重要輔機(jī)可能還來不及退出,此時合上備用電源,所有輔機(jī)將一起自啟動而引起啟備變過流,為此需要同時判斷母線電壓的情況,當(dāng)母線三相電壓低至殘壓設(shè)定值(定值的第06項時,將同時閉鎖快速切換和同期捕捉切換。4.2切換數(shù)據(jù)分析2009年3月28日,由于全爐膛滅火而造成鍋爐主燃料跳閘(MFT動作停機(jī)時,快切裝置的定值和數(shù)字錄波記錄如下:PZ H-1C廠用切換裝置打印報告打印時間:2009-03-28參數(shù)信息01同期捕捉:1允許同期捕捉設(shè)置為“1”,禁止同期捕

19、捉設(shè)置為“0”02低壓減載允許:0允許低壓減載設(shè)置為“1”,禁止低壓減載設(shè)置為“0”03長延時允許:1允許裝置采用長延時方式合閘設(shè)置為“1”,禁止長延時方式合閘設(shè)置為“0”第9期黃海波:廠用電快速切換裝置相關(guān)問題分析504相差:30°允許快速切換的最大相角差05頻差:1.0Hz允許快速切換的最大頻率差06殘壓:30.0V允許慢速切換的最大母線電壓07低電壓啟動值:70.0V啟動低壓延時的最大母線電壓08工作電壓正常:80.0V工作電源電壓值不小于設(shè)定值09備用電壓正常:80.0V備用電源電壓值不小于設(shè)定值10低電壓啟動延時:1.2s允許母線低壓的最大延時11閉鎖快切延時:100m s裝置響應(yīng)外部閉鎖快切接點(diǎn)的時間,即外部開入確認(rèn)的有效時間12合備用延時:20m s事故并聯(lián)自動切換時,為了防止故障工作電源跳閘時間長于備用電源合閘時間,備用電源和故障工作電源并聯(lián)運(yùn)行,導(dǎo)致切換失敗,延時發(fā)出合備用命令的時間13合閘時間:50m s(同捕允許時有效目標(biāo)電源斷路器的合閘時間14低壓減載延時1:9.99s(減載允許時有效母線電壓持續(xù)低于低壓啟動值的時間,超出時裝置發(fā)出低壓減載命令115低壓減載延時2:9.99s(減載允許時有效母線電壓持續(xù)低于低壓啟動值的時間,超出時