1 概 述

1.1 廠用電使用快切裝置的必要性

以往廠用電切換大都采用工作電源的輔助接點(diǎn)直接(或經(jīng)低壓繼電器、延時(shí)繼電器)起動(dòng)備用電源投入。這種方式未經(jīng)同步檢定，用電切換成功率低或切換時(shí)間長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)復(fù)起動(dòng)電流過大易超過允許值范圍受沖擊損壞。若經(jīng)過延時(shí)待母線殘壓衰減到一定幅值后再投入備用電源，電動(dòng)機(jī)組的自起動(dòng)電流很大，母線電壓將可能難以恢復(fù)，某些輔機(jī)勢(shì)必退出，嚴(yán)重時(shí)重要機(jī)組自起動(dòng)困難勢(shì)必造成停機(jī)停爐。從而對(duì)電廠的穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的危害。因此國內(nèi)廠用電切換通常采用配置單獨(dú)的快切裝置來實(shí)現(xiàn)備用電源的快速投入。

本文專門就核電站內(nèi)交流供電系統(tǒng)的廠用電和備用電源的快速切換通過電源線路SEL保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)的方式和功能進(jìn)行探討。并與國內(nèi)發(fā)電廠通常采用廠用電快速切換裝置的效果和本質(zhì)進(jìn)行比較和分析，以此來給出具體的配置方案和邏輯整定，實(shí)現(xiàn)快切功能。

2 發(fā)電機(jī)組接線方式和廠用電切換方式

2.1 發(fā)電機(jī)組接線方式

列出發(fā)電機(jī)組交流供電系統(tǒng)接線方式示意圖

由圖1電廠的交流供電系統(tǒng)圖可以看到，其供電方式為單母線雙電源方式，每段廠用工作母線均有一條工作進(jìn)線，一條備用進(jìn)線，以保證每段負(fù)荷具備雙電源切換。正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組廠用電由單元機(jī)組高廠變供電，停機(jī)狀態(tài)或事故狀態(tài)時(shí)，由起備變供電。另外，廠用電的用電負(fù)荷為大量的高壓感性電動(dòng)機(jī)負(fù)載。當(dāng)機(jī)組或廠用工作電源發(fā)生故障時(shí)，為了保證廠用電不中斷及機(jī)組安全有序地停機(jī)，不至于因一般故障、誤動(dòng)造成停電、復(fù)啟動(dòng)電流過大等擴(kuò)大事故，必須盡快把廠用電電源從工作電源切換到備用電源。因此，在工作進(jìn)線和備用進(jìn)線上裝設(shè)具有快速備用電投切的自動(dòng)裝置，在國內(nèi)就是大家熟知的廠用電快切裝置。

2.2 廠用電切換方式：

電廠用電系統(tǒng)切換分為三類：即機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)過程的正常切換和故障情況下的事故切換以及不正常切換等三種情況。具體介紹如下：

正常切換由手動(dòng)啟動(dòng)，在DCS系統(tǒng)或裝置面板上均可進(jìn)行。正常切換是雙向的，可以由工作電源切向備用電源，也可以由備用電源切向工作電源。系統(tǒng)結(jié)線方式和運(yùn)行方式?jīng)Q定了正常運(yùn)行時(shí)廠用母線電壓與備用電源電壓間的初始相角，若該初始相角較大，(例如大于 20°)，正常并聯(lián)切換會(huì)因?yàn)榄h(huán)流太大而失敗或造成設(shè)備損壞事故。因此正常切換時(shí)，廠用電源和備用電源間必須通過同期相角檢測(cè)才能進(jìn)行切換。

事故切換由廠用電故障的保護(hù)出口繼電器啟動(dòng)，它是單向進(jìn)行的，只能由工作電源切向備用電源。事故切換也選擇同時(shí)切換方式，即廠用電保護(hù)出口繼電器啟動(dòng)的同時(shí)，啟動(dòng)快切判據(jù)，當(dāng)快速切換條件滿足時(shí)合上備用電源。

正常切換和事故切換均需啟動(dòng)同期檢測(cè)判據(jù)，廠用電源和備用電源間必須通過同期相角檢測(cè)才能進(jìn)行切換。

不正常切換由裝置檢測(cè)到不正常情況后自行啟動(dòng)，單向，只能由工作電源切向備用電源。不正常切換包括兩種情況：1)廠用母線失電2)工作電源開關(guān)誤跳。

3 線路保護(hù)和實(shí)現(xiàn)快切的應(yīng)用方式

3.1 保護(hù)裝置在進(jìn)線的配置方式

電廠的廠用電進(jìn)線和備線保護(hù)配置和功能如下圖所示，配置相反時(shí)限過流和保護(hù)和零序反時(shí)限過流保護(hù)，做為本線路電流保護(hù)和下級(jí)線路的電流后備保護(hù)。配置低電壓保護(hù)和同期相電壓檢測(cè)。

保護(hù)的Vs輸入端接入線路PTB相，相電壓輸入端接入母線PT的Va、Vb、Vc，線路電壓與母線電壓進(jìn)行25元件的同期檢測(cè)，以此來判別工作進(jìn)線和備用進(jìn)線的電壓同期操作。捕捉最佳的同期時(shí)機(jī)，保證備用進(jìn)線切速的切換成功。

3.2 25檢同期元件

由快切檢同期理論分析，其本質(zhì)是檢同期元件，因此，我們下面詳細(xì)討論保護(hù)裝置檢同期元件的整定和使用。

3.2.1SEL保護(hù)的同期檢測(cè)元件，設(shè)置SEL保護(hù)的同期元件E25=Y，則投入了同期檢測(cè)元件。使用了單相電壓輸入VP和VS進(jìn)行比較和判斷：VP為相輸入電壓(VA、VB、VC用于星型連接電壓;VAB、VBC、VCA用于三角形連接電壓)，由整定值SYNCP決定采用那一相電壓(如果SYNCP=VA，那么VP=VA)，VS為同期檢測(cè)電壓，如接線示意圖2所示。

3.2.2圖3為進(jìn)線保護(hù)的同期檢測(cè)元件25的整定值進(jìn)行說明。

整定值 定義 范圍

25VLO 低電壓門檻用于“健康電壓”窗口 0.0-150.0V二次側(cè)(星型連接電壓)

0.0-260.0V二次側(cè)(三角形連接電壓)

25VHI 高電壓門檻用于“健康電壓”窗口 0.0-150.0V二次側(cè)(星型連接電壓)

0.0-260.0V二次側(cè)(三角形連接電壓)

25SF 最大轉(zhuǎn)差頻率 0.005-0.500Hz

25ANG1 同期檢測(cè)元件25A1最大角 0°-80°

25ANG2 同期檢測(cè)元件25A2最大角 0°-80°

SYNCP 同期相 VA、VB、VC(星型連接電壓)

VAB、VBC、VCA(三角形連接電壓)

TCLOSD 斷路器合閘時(shí)間用于角度補(bǔ)償 0.00-60.00周波

BSYNCH SELogic控制方程閉鎖同期檢測(cè)整定值 繼電器字位

3.2.3電壓合格區(qū)間值，對(duì)單相電壓輸入VP和VS設(shè)置了一個(gè)低值和一個(gè)高值的合格的電壓區(qū)間值，以便檢測(cè)輸入的VP和VS是有效的。整定值為25VLO和25VHI。在其范圍內(nèi)的電壓值被認(rèn)為是合格的并投入運(yùn)算。

3.2.4轉(zhuǎn)差頻率，為了決定轉(zhuǎn)差頻率25SF，VS決定一側(cè)的頻率，另一側(cè)的系統(tǒng)頻率由接入相電壓VA(對(duì)于星型連接電壓輸入)或電壓VAB(對(duì)于三角形連接電壓輸入)決定。用其頻率反映三相電力系統(tǒng)的頻率。轉(zhuǎn)差頻率計(jì)算器輸出為：

轉(zhuǎn)差頻率=fp-fs (單位為Hz=轉(zhuǎn)差周波/秒)

fp=電壓Vp頻率 (單位為Hz=周波/秒)

fs=電壓Vs頻率 (單位為Hz=周波/秒)

完全的轉(zhuǎn)差周波是一個(gè)電壓(如：Vs)相對(duì)于另一個(gè)電壓(如：Vp)的單個(gè)360度旋轉(zhuǎn)。所有電壓均認(rèn)為是按相序方向旋轉(zhuǎn)，這樣Vs對(duì)于Vp的“轉(zhuǎn)差”是Vs超前于Vp的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)差頻率輸出的絕對(duì)值通過比較器，如果轉(zhuǎn)差頻率小于最大轉(zhuǎn)差頻率整定值25SF，繼電器字位SF置位為邏輯1。

3.2.5角度差計(jì)算器

圖4中的同期檢測(cè)元件的角度差計(jì)算器在轉(zhuǎn)差頻率小于最大轉(zhuǎn)差頻率整定值25SF(繼電器字位SF置位)時(shí)運(yùn)行。

同頻角差計(jì)算器：如果轉(zhuǎn)差頻率小于或等于0.005Hz，角度差計(jì)算器不進(jìn)行斷路器合閘時(shí)間累計(jì)——它假定電壓Vp和Vs是“靜態(tài)的”(同頻)。這種情況發(fā)生在打開的斷路器的電壓Vp和Vs是并行取自同一電力系統(tǒng)的不同電氣路徑。角度差計(jì)算器計(jì)算電壓Vp和Vs間的角度差：

角度差=|(∠Vp-∠Vs)|

差頻角差計(jì)算器：電壓Vp和Vs是“滑動(dòng)的”(差頻);如果轉(zhuǎn)差頻率大于0.005Hz，角度差計(jì)算器將包含斷路器合閘時(shí)間整定值TCLOSD(設(shè)置為周波數(shù))。角度差計(jì)算器計(jì)算電壓Vp和Vs間的角度差，并補(bǔ)償了斷路器合閘時(shí)間：

角度差=|(∠Vp-∠Vs)+[(fp-fs)*TCLOSD*(1秒/60周波)*(360°/轉(zhuǎn)差周波)]|

3.2.6同期檢測(cè)元件輸出

同期檢測(cè)元件輸出繼電器字位25A1和25A2在下面解釋的條件下置位為邏輯1。

電壓Vp和Vs是“同頻同期”;如果角度差小于相關(guān)的最大角度整定值25ANG1或25ANG2時(shí)同期檢測(cè)元件25A1或25A2置位為邏輯1。

電壓Vp和Vs是“差頻同期”角度差經(jīng)斷路器合閘時(shí)間TCLOSD補(bǔ)償后，角度差仍然小于最大角度整定值25ANG1或25ANG2，那么相關(guān)的同期檢測(cè)元件25A1或25A2置位為邏輯1。

4 結(jié)語

線路保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)變電站供電系統(tǒng)備用電源的快速切換方式應(yīng)用較少，通過研究國內(nèi)快切裝置我們可以發(fā)現(xiàn)備用電源快切的其核心的本質(zhì)原理，根據(jù)此原理，結(jié)合利用SEL強(qiáng)大的同期檢測(cè)元件和強(qiáng)大的邏輯編程功能，可以方便的實(shí)現(xiàn)備用電源的快速切換。

參考文獻(xiàn)

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SID-8BT 多微機(jī)同期快切復(fù)用裝置技術(shù)說明書

SEL-351,5,6,7 操作手冊(cè)

王維儉 主編 發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用 北京電力出版社

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