某歐洲東部新建項(xiàng)目為一套6F級(jí)二拖一燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，一期工程包括兩臺(tái)安塞爾多AE64.3A燃機(jī)、兩臺(tái)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)、兩臺(tái)自然循環(huán)臥式余熱鍋爐和一臺(tái)蒸汽輪發(fā)電機(jī)，燃機(jī)與汽機(jī)不同軸，聯(lián)合循環(huán)設(shè)計(jì)工況出力160MW。

廠內(nèi)2號(hào)燃機(jī)通過2號(hào)主變（2號(hào)GT）與電網(wǎng)相連，1號(hào)燃機(jī)與汽機(jī)連接于1號(hào)主變（1號(hào)GT）低壓側(cè)兩個(gè)分裂繞組，通過主變與系統(tǒng)相連。發(fā)電機(jī)與主變之間均設(shè)有發(fā)電機(jī)斷路器。主變低壓側(cè)額定電壓為11kV，經(jīng)過T接于主變低壓側(cè)和發(fā)電機(jī)斷路器之間封閉母線的電抗器將電源送至11kV母線，再經(jīng)過高壓廠用變壓器（AT）將電源送至6.3kV母線，為三臺(tái)發(fā)電機(jī)提供起動(dòng)電源。

中壓廠用電系統(tǒng)如圖1所示，廠用電接線方式采用單母分段方式，11kV及6.3kV母線均為兩段配置，兩段11kV母線相互獨(dú)立，兩段6.3kV母線之間設(shè)有母聯(lián)斷路器CB5，正常運(yùn)行時(shí)為熱備用狀態(tài)，當(dāng)任意一臺(tái)主變或高壓廠用變壓器停電時(shí)，母聯(lián)斷路器CB5應(yīng)能通過快切裝置快速合閘，以滿足兩段6.3kV母線不失電或者短時(shí)失電的要求，之后由正常運(yùn)行的主變和高壓廠用變壓器給三臺(tái)機(jī)組的廠用負(fù)荷提供電源。

對(duì)于廠用電快速切換系統(tǒng)來(lái)說，斷路器CB2和斷路器CB4均為工作電源斷路器，而母聯(lián)斷路器CB5則是備用電源斷路器，因此，該項(xiàng)目的廠用電快速切換系統(tǒng)要求所采用的快切裝置應(yīng)具備能夠同時(shí)控制三臺(tái)斷路器的功能，也可稱之為三電源切換。

圖1 中壓廠用電系統(tǒng)

該項(xiàng)目初始設(shè)計(jì)為配置一臺(tái)雙電源快速切換裝置，如圖2所示，控制對(duì)象只有兩個(gè)斷路器，CB1和CB2，顯然初始設(shè)計(jì)忽略了母聯(lián)斷路器的影響，不能滿足該項(xiàng)目對(duì)兩臺(tái)機(jī)廠用電通過母聯(lián)斷路器相互備用的要求。

通過查閱國(guó)產(chǎn)主流快切裝置的原理說明發(fā)現(xiàn)，快切裝置的應(yīng)用場(chǎng)合均為圖2所示的接線方式，類似圖1所示的單母分段主接線方式，需通過備自投裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的相互備用，而備自投裝置的動(dòng)作時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于快切裝置，且無(wú)快切裝置所具備的同期捕捉、殘壓切換等功能，一般用于低壓配電系統(tǒng)且對(duì)切換速度要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合。

圖2 快切裝置典型適用主接線

本文通過對(duì)比兩種廠用電接線方式的不同，綜合考慮快切裝置和備自投裝置切換功能的特點(diǎn)，提出用兩臺(tái)快切裝置共同作用來(lái)滿足同時(shí)控制三個(gè)斷路器的方案，下面從不同方面來(lái)說明初始設(shè)計(jì)的不足之處，并提出完善措施。通過試驗(yàn)驗(yàn)證及投運(yùn)后的動(dòng)作情況來(lái)看，該方案是可行的。

1 原廠用電快速切換系統(tǒng)存在的問題

1.1 裝置配置方面

該項(xiàng)目廠用電快切裝置選型為SID—8BT—A，根據(jù)有關(guān)研究文獻(xiàn)可知，其典型控制原理如圖2所示，比較圖1與圖2兩種不同的廠用電接線形式可見，圖2接線方式中快切裝置的控制對(duì)象只有兩臺(tái)斷路器，是兩臺(tái)斷路器之間的切換；而圖1接線方式中快切裝置的控制對(duì)象為三臺(tái)斷路器，需要實(shí)現(xiàn)三臺(tái)斷路器之間的“三取二關(guān)系”，常規(guī)的快切裝置是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此，快切裝置的選型不合適。

1.2 保護(hù)配置方面

該項(xiàng)目對(duì)于高壓廠用變壓器高壓側(cè)保護(hù)裝置的選型為西門子保護(hù)裝置7UT85，安裝于高壓側(cè)斷路器CB1開關(guān)柜上，保護(hù)配置有過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、低壓側(cè)零序保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)及非電量保護(hù)。變壓器低壓側(cè)保護(hù)裝置選型為7SJ8021，安裝于低壓側(cè)斷路器CB2開關(guān)柜上，僅配置有電流速斷保護(hù)和復(fù)壓過電流保護(hù)。對(duì)于廠用變壓器高壓側(cè)保護(hù)來(lái)說，過電流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)，以及設(shè)在7UT85里的低壓側(cè)零序Ⅱ段保護(hù)均應(yīng)有“啟動(dòng)切換”的功能，零序Ⅰ段應(yīng)具有“閉鎖切換”的功能。

對(duì)于其低壓側(cè)保護(hù)來(lái)說，不管是速斷保護(hù)還是過電流保護(hù)均應(yīng)具有“閉鎖切換”的功能，不需要“啟動(dòng)切換”功能。因此，原設(shè)計(jì)高壓側(cè)保護(hù)動(dòng)作后只有“啟動(dòng)切換”而沒有“閉鎖切換”的功能是不合理的。

主變不僅要將發(fā)出的電能輸送至電網(wǎng)，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著為廠內(nèi)提供廠用工作電源的職責(zé)，任意一臺(tái)主變跳閘都將造成本臺(tái)機(jī)組的廠用電失去，所以主變保護(hù)動(dòng)作跳閘的同時(shí)應(yīng)提供“啟動(dòng)切換”的命令，以使快切裝置快速動(dòng)作，將失電的6.3kV段切換至另一段供電。因此主變保護(hù)未設(shè)計(jì)啟動(dòng)快切的信號(hào)，同樣是不合理的。發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作后通過跳開發(fā)電機(jī)出口開關(guān)即可切除故障，不影響廠用電，因此發(fā)電機(jī)保護(hù)不必配置啟動(dòng)快切的信號(hào)。

母聯(lián)斷路器CB5作為備用電源斷路器，其保護(hù)配置了速斷保護(hù)和過電流保護(hù)兩種，均帶有延時(shí)。當(dāng)某一工作電源失電并成功啟動(dòng)快切裝置動(dòng)作時(shí)，備用電源將自動(dòng)投入，即CB5由快切裝置發(fā)出合閘命令，若此時(shí)故障未切除，也即備用電源投于故障母線，則備用電源的保護(hù)應(yīng)無(wú)延時(shí)加速跳閘，這就需要備用電源保護(hù)要有收到快切裝置發(fā)出的“啟動(dòng)后加速”信號(hào)且備用電源保護(hù)動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)取消保護(hù)延時(shí)的功能。由此可見，備用電源保護(hù)未配置此功能也是不合理的。

1.3 二次回路方面

通過上述保護(hù)配置的分析可知，在廠用電快速切換系統(tǒng)的二次回路方面，至少存在以下幾點(diǎn)不足之處：

1）缺少?gòu)S用變壓器高壓側(cè)保護(hù)7UT85動(dòng)作后閉鎖快切裝置動(dòng)作的回路；2）缺少主變保護(hù)動(dòng)作后啟動(dòng)快切裝置動(dòng)作的回路；3）快切裝置缺少啟動(dòng)備用電源保護(hù)加速跳閘功能的回路。

2 改進(jìn)措施

2.1 裝置配置方案優(yōu)化選擇

鑒于該項(xiàng)目廠用電接線形式的特殊性，可實(shí)施的方案有三種。

方案一：更換設(shè)備。國(guó)產(chǎn)常規(guī)的廠用電快速切換裝置均適用于圖2所示的主接線形式，即控制對(duì)象為兩臺(tái)斷路器，而備自投裝置可以控制三臺(tái)斷路器，且適用于單母分段接線方式，但備自投切換時(shí)間長(zhǎng)，原理簡(jiǎn)單，不具備快速切換、同期捕捉切換等功能，因此通過更換不同型號(hào)的設(shè)備不能滿足要求。

方案二：更換設(shè)備程序。國(guó)產(chǎn)的微機(jī)自動(dòng)裝置，內(nèi)部邏輯基本是由硬件搭建而成，若要更換程序版本，就需要更換硬件板卡，從國(guó)內(nèi)發(fā)貨時(shí)間太久。另外即使更換了板卡，其對(duì)應(yīng)的開入和開出信號(hào)勢(shì)必要變更和增加，盤柜內(nèi)部走線也要重新設(shè)計(jì)，在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)難以實(shí)現(xiàn)。

方案三：增加一臺(tái)快切裝置，每臺(tái)快切裝置控制兩臺(tái)斷路器，備用電源斷路器CB5由兩臺(tái)快切裝置共同控制。該方案通過增加一臺(tái)快切裝置，使每臺(tái)裝置只控制一個(gè)工作電源斷路器和母聯(lián)斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)兩段6.3kV母線的相互備用。即當(dāng)圖1中1號(hào)機(jī)6.3kV母線失電時(shí)，快切裝置K1（將兩臺(tái)快切裝置命名為K1、K2）動(dòng)作，跳開工作電源斷路器CB2，并合上備用電源斷路器CB5。反之，若2號(hào)機(jī)6.3kV母線失電，快切裝置K2動(dòng)作，跳開工作電源斷路器CB4，并合上備用電源斷路器CB5。

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)僅需考慮增加新增快切裝置的二次回路，并對(duì)快切盤柜內(nèi)部回路按照原有回路進(jìn)行改造即可完成，無(wú)需考慮對(duì)原有快切裝置功能及二次回路的影響，便于執(zhí)行，因此采用此方案。

2.2 保護(hù)啟動(dòng)切換功能的優(yōu)化

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求及上述分析，高壓廠用變壓器分支零序保護(hù)Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作后要閉鎖快切裝置動(dòng)作，因此對(duì)高壓廠用變壓器高壓側(cè)保護(hù)7UT85的內(nèi)部邏輯進(jìn)行再次配置，增加“閉鎖快切動(dòng)作”出口，并將其對(duì)應(yīng)的接線端子接引至端子排。

常規(guī)國(guó)產(chǎn)的主變壓器保護(hù)裝置基本都包括主變和廠用變壓器的保護(hù)項(xiàng)目，因此，只需要在一處設(shè)計(jì)一個(gè)保護(hù)動(dòng)作后的“啟動(dòng)快切”信號(hào)，這也是集中式理念保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)之一。而西門子保護(hù)設(shè)計(jì)的理念剛好相反，為分散式，即廠用變壓器的保護(hù)裝置僅保護(hù)廠變，主變壓器的保護(hù)只保護(hù)主變，造成主變保護(hù)遺漏“啟動(dòng)快切動(dòng)作”的出口設(shè)計(jì)，因此要對(duì)主變保護(hù)的內(nèi)部邏輯進(jìn)行修改，增加“保護(hù)啟動(dòng)切換”出口，并將其對(duì)應(yīng)的接線端子接引至端子排。

對(duì)備用電源，即6.3kV母聯(lián)斷路器保護(hù)而言，同樣需要增加保護(hù)邏輯。快切裝置啟動(dòng)切換的同時(shí)，會(huì)送出一個(gè)動(dòng)作信號(hào)，該信號(hào)用于取消母聯(lián)斷路器速斷保護(hù)和過電流保護(hù)的延時(shí)，所以，母聯(lián)斷路器的保護(hù)裝置要增加兩個(gè)開入信號(hào)通道，即“啟動(dòng)后加速”。此處的功能缺失同樣是由將快切裝置應(yīng)用于單母分段接線方式而造成的。

2.3 二次回路

綜合上述優(yōu)化改進(jìn)措施，廠用電快速切換系統(tǒng)接入信號(hào)匯總見表1。

表1 優(yōu)化后快切裝置信號(hào)

表1（續(xù)）

3 方案驗(yàn)證

2021年11月22日，2號(hào)燃機(jī)在試驗(yàn)期間手動(dòng)解列時(shí)，由于燃機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)未將跳11kV進(jìn)線斷路器的邏輯解除而造成誤跳11kV進(jìn)線斷路器，造成2號(hào)機(jī)廠用電源失去，快切動(dòng)作波形如圖3所示。

從圖3可看出，本次廠用電實(shí)現(xiàn)電源切換的方式是失電壓?jiǎn)?dòng)殘壓切換，這是因?yàn)槿紮C(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作誤跳11kV母線進(jìn)線斷路器，而發(fā)電機(jī)保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)快切裝置，且此時(shí)主變保護(hù)及高壓廠用變壓器保護(hù)均無(wú)動(dòng)作信號(hào)，因此快切裝置只有進(jìn)入失電壓?jiǎn)?dòng)的方式。

圖3 K1失電壓?jiǎn)?dòng)切換波形

4 結(jié)論

本文對(duì)現(xiàn)有廠用電快切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行較為全面的優(yōu)化改進(jìn)，在一年多的運(yùn)行中，經(jīng)歷了手動(dòng)并聯(lián)啟動(dòng)切換、失電壓?jiǎn)?dòng)切換和保護(hù)啟動(dòng)切換等實(shí)際工況的驗(yàn)證，充分證明了本次優(yōu)化改造的正確性。發(fā)電廠正常工作廠用電源能否在故障情況下成功切換至備用電源，保證重要輔機(jī)不停電，直接關(guān)系到發(fā)電廠主設(shè)備的安全運(yùn)行，因此快切裝置動(dòng)作的可靠性與合理性至關(guān)重要。

目前國(guó)內(nèi)快切裝置的應(yīng)用已非常廣泛和成熟，但應(yīng)用于圖1所示廠用電接線方式的案例不常見，該項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造的成功，具有一定的工程參考意義。

本文編自2022年第8期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“某電廠單母分段接線方式廠用電快速切換系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施”，作者為李洲、方子朝等。