火力发电厂厂用6 kV系统快切改造

王超

(大唐国际陡河发电厂，河北省唐山市 063028)

0 引言

近年来，随着发电机组容量的不断增大，厂用电的安全运行以及在故障时将厂用电切换到备用电源的安全性和稳定性越来越受到重视。因此，提高厂用电故障时的切换成功率以及一类6 kV电动机的自启动成功率，进行厂用电快切装置改造工作势在必行。本文以陡河发电厂5号机组采用的MFC-2000型快切装置为例，论述厂用电6 kV快切装置改造过程及改造后的效果，为同类电厂厂用电快切改造工作提供经验。

1 快切装置二次回路改造

陡河发电厂5号机组的电气一次系统如图1所示。

图1 陡河发电厂5号机组电气一次系统Fig.1 Primary system of No.5 unit in Douhe Power Plant

快切改造期望实现的功能为:正常情况下，厂用6 kV工作电源6501A向厂用6 kV备用电源6520A进行半自动并联切换;故障情况下，厂用6 kV工作电源6501A向厂用6 kV备用电源6520A进行自动串联切换［1］。为尽量节省改造的材料费用，在改造前，对原有备用电源自动投入装置使用的电缆进行汇总，以便充分利用已有电缆完成快切装置的改造工作。需保留的电缆如表1所示。需新敷设的电缆如表2所示。

需新敷设的电缆只有2根，其中，G5QKQ-AB8电缆是为了节省厂用电，将起动备用变压器T0乙由热备用改为冷备用，在快切装置实现电源切换时，要依靠其实现起动备用变压器高压开关的合闸［2-3］。G5QKQ-AB1电缆是快切装置实现保护快速启动，切换6 kV电源的新增电缆，其仅敷设在电子间内，实现厂用电故障状态下的快速启动功能。与全面更换新电缆的快切装置改造方案相比，此方案大大节省了电缆费用和敷设电缆的人工费，其主要投资只是购置快切装置，改造费用大大降低［4］。

2 快切装置的性能优势

厂用电6 kV系统的切换形式通常为:正常并联切换、正常串联切换、正常同时切换、事故串联切换、事故同时切换、厂用母线失压切换和工作电源开关误跳切换［5］。

改造前采用的是691UD型备用电源自动投入装置，只能实现正常并联切换和厂用母线失压切换;改造后采用东大金智公司生产的MFC-2000型快切装置，可以同时实现上述所有切换方式，切换方式丰富。特别是在故障状态下，由于保护装置动作速度非常快，由保护启动快切装置，通过事故串联切换功能实现工作电源向备用电源的快速切换，通常只需20 ms时间［6］。

与备用电源自动投入装置相比，快切装置增加了保护闭锁功能。保护闭锁开入量引自6 kV母线保护(发变组保护A、B分支)的出口接点。在该保护动作时，闭锁快切装置，接通方式为闭合短脉冲［7］。在分支过流等母线保护动作时，发出闭锁信号，直接闭锁快切装置，保证备用电源不会合闸于故障母线，不会带来母线故障电流的二次冲击，确保备用电源的安全［8］。

3 快切改造的效果

火力发电厂的6 kV厂用设备大多为异步电动机，图2为厂用母线上电动机负荷所占比例不同时的残压特性曲线。通过试验发现，电动机总容量越大，残压频率和幅值衰减的速度越慢。采用传统的备用电源自动投入装置，由于机组正常运行时，异步电动机运行数量较多，残压衰减的速度很慢，迟迟达不到备用电源自动投入装置切换厂用电定值。厂用电切换时间过长，许多大型异步电动机无法完成自启动，以致造成停机事故。采用快切装置可以避免上述情况的发生。

图2 残压衰减曲线Fig.2 Residual pressure decay curves

为满足6 kV母线段上最大电机的自启动要求，设启动电压为1.1倍额定电压;将母线残压的相量以极坐标的形式绘制出来的变化轨迹如图3所示［9］。备用电源电压与母线残压的压差为图3中的ΔU;5号机组6 kV母线上的总容量为16940 kW;功率因素为0.8;工作电源与备用电源间的实测固有初始角相位差为9°(当两侧电压相位差小于60°时，产生的冲击电流是系统可以承受的);合闸过程中平均频差按1 Hz计算，6 kV开关的机构动作时间为63 ms。基于上述条件进行计算，结果为:合闸角相差约18°，即两侧电压相角差小于42°，满足两侧电压相位差小于60°的要求［10-11］。由图2 可见，备用电源在140 ms以内合闸是安全的。

图3 母线残压特性示意图Fig.3 Residual voltage characteristics of bus

改造后，对厂用电快切装置进行了带负荷切换试验，由于使用保护启动，所以快速切换的动作率达到100%。切换过程中相关的电压、电流录波曲线如图4～6所示。

由图4可以得到:在实现快速切换时，厂用母线的电压降低很小，大约降至额定电压的90%就完成了备用电源的切换，切换过程大约用时62 ms，这个时间几乎是6 kV开关的固有动作时间。

由图5可以发现，快速切换时，最大冲击电流只有原母线电流的1.8倍，这样的电流不会达到上一级保护的动作定值，不会造成越级误动。因快切装置切换的时间相当短，电动机在惯性作用下转速不会下降很多，启动转矩相对较小，这给本段母线故障时大型电动机自启动创造了良好的条件，基本能满足所有电动机自启动的要求，减少了机组非故障停机的几率。

由图6可见，由于备用电源自动投入装置只能实现残压切换，将工作电源切向备用电源需要一个相当长的时间，图6中显示大约需要650 ms。这个时间是在机组所带负荷比较低的情况下得到的试验结果，如果满负荷运行，由于残压下降的时间也会相对增长，因此切换需要的时间会更长。在这个过程中，虽然合闸时冲击电流得到了有效的抑制，但由于电动机失压时间过长，转速已经有了明显的下降，需要更大的启动转矩才能启动成功，给电动机的自启动造成很大的困难(尤其是大型电动机，很难启动成功)。同时，由于母线上有很多大型电动机需同时启动，如果备用电源容量不足，也会造成备用电源的掉闸，使6 kV母线切换不成功，危及运行。

4 结论

(1)陡河发电厂厂用电6 kV快切装置的改造方案，经实践检验是合理、有效的。与全面更换新电缆的方案相比，减少了材料和人工费用，降低了改造成本。

(2)快切装置无论是试验性能还是实际应用效果，都有着备用电源自动投入装置无可比拟的优势，可以保证机组的安全、稳定运行，保证6 kV厂用电的正常切换和事故情况下的快速切换，为大型电机创造了良好的自启动条件。

(3)随着快切装置的性能及稳定性的不断提升，快切装置将全面取代备用电源自动投入装置，成为发电机组厂用电切换的必然选择。

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