4 X 300MW 機(jī)組廠用電快切過(guò)程分析及其對(duì)繼電保護(hù)的影響

1、4 x 300mw 機(jī)組廠用電快切過(guò)程分析及其對(duì)繼電保護(hù)的影響摘要關(guān)鍵詞廠用電源的快速切換技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)在大型發(fā)電機(jī)組廠用電系統(tǒng)中日益運(yùn)用成熟， 顯示出它對(duì)確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的優(yōu)越性，并已在生產(chǎn)實(shí)際中積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。本文分析了廠用電切換過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特征，并給出了工程計(jì)算的方法， 以及針對(duì)快切失敗、快切過(guò)程中對(duì)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的影響等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題提出了解決辦法及建議。 關(guān)鍵字 廠用電 快速切換 繼電保護(hù)3 0 0m w 汽輪發(fā)電機(jī)組廠用電的接線形式為：每臺(tái)機(jī)組的6kv高壓廠用電分a、b兩段， 正常工作電源由高壓廠用變提供， 故障備用電源由啟動(dòng)備用變壓器提供。6kv高壓廠用母線上的饋線開關(guān)主要為z

2、n一28型真空斷路器。隨著大機(jī)組的迅速發(fā)展， 高壓電機(jī)的容量增加很多，3 00mw 機(jī)組的給水泵容量已達(dá)到5 500kw， 鍋爐風(fēng)機(jī)的容量也達(dá)到2000kw 以上。大容量的電機(jī)在斷電后電壓衰減較慢， 殘余電壓的幅值很大， 給廠用電源的切換帶來(lái)很多問(wèn)題。如果在殘壓較大時(shí)重新接通電源， 電機(jī)將受到?jīng)_擊而損壞。如果等到殘壓降到很低， 如3 0 以下， 這樣的電壓對(duì)于重新投入備用電源而言是安全的，沖擊降到了安全值以下。但是， 要達(dá)到這樣的條件， 依照經(jīng)驗(yàn)值， 需要電機(jī)群衰減3 s以上， 這將對(duì)機(jī)爐運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整帶來(lái)很大的影響，可能在廠用電切換過(guò)程中造成機(jī)爐運(yùn)行失去穩(wěn)定。1 pzh-1型裝置特點(diǎn)及功能廠

3、用電快切裝置提供正常方式下的手動(dòng)切換和非正常狀態(tài)下的事故切換。切換的種類分為串并聯(lián)切換。串聯(lián)切換即先跳開工作電源進(jìn)線開關(guān)， 再合上備用電源進(jìn)線開關(guān)， 或者與之相反， 又叫做相繼切換。事故狀態(tài)下快切裝置由發(fā)變組保護(hù)啟動(dòng)， 切換方式是先跳工作后合備用的串聯(lián)方式。并聯(lián)切換是備用電源與工作電源短時(shí)間并聯(lián)，再跳開一側(cè)進(jìn)線開關(guān)。我廠正常方式下的手動(dòng)切換就是并聯(lián)切換。在pzhl型快切裝置內(nèi)部功能上還有并聯(lián)半自動(dòng)切換與全自動(dòng)切換之分。并聯(lián)半自動(dòng)即在裝置上啟動(dòng)切換后， 自動(dòng)經(jīng)同期判別， 在啟機(jī)時(shí)， 將工作進(jìn)線開關(guān)合上， 與備用開關(guān)并列， 再由運(yùn)行人員手動(dòng)跳開備用進(jìn)線開關(guān)，停機(jī)時(shí)則相反。并聯(lián)全自動(dòng)即啟動(dòng)切換后，

4、裝置自動(dòng)完成并列與跳另側(cè)開關(guān)的操作， 不需人員干預(yù)。除此之外， 該裝置還提供了不正常切換， 是由母線非故障性低壓引起的切換。它是單向的， 只能由工作電源切換至備用電源， 分為以下兩種情況： 母線三相持續(xù)低電壓， 超過(guò)設(shè)置時(shí)間后， 裝置自動(dòng)跳開工作電源， 投入備用電源。 由于工作電源受控跳閘， 或是誤動(dòng)跳閘， 裝置自動(dòng)投入備用電源。在切換方式上， 該裝置設(shè)快速切換和慢速切換兩種模式?？焖偾袚Q就是在母線殘壓還沒有下降之前， 在設(shè)定的頻差、相差范圍內(nèi)， 投入備用電源。慢速切換作為快速切換的后備， 是在快速切換失敗后， 檢查母線殘壓， 當(dāng)殘壓降至安全值的2040時(shí)切換。在附加功能上， 快切裝置配有以下

5、幾種閉鎖與報(bào)警：(1)保護(hù)閉鎖。為防止備用電源投入故障母線，將反映這一故障的廠高變分支過(guò)流保護(hù)、分支接地保護(hù)引入了裝置作為保護(hù)閉鎖， 在保護(hù)動(dòng)作時(shí)， 快切裝置立即關(guān)閉所有跳合閘出口。(2)去耦合及耦合閉鎖。并聯(lián)自動(dòng)切換時(shí)， 如果由于某種原因使應(yīng)跳開的斷路器未跳開， 就有可能造成兩路電源長(zhǎng)時(shí)間并列運(yùn)行。當(dāng)兩電源并列時(shí)間超過(guò)1 o0ms， 裝置自動(dòng)跳開后合上的電源， 此項(xiàng)功能為去耦合； 之后快切裝置關(guān)閉所有跳合閘出口， 發(fā)出耦合閉鎖信號(hào)。在廠用電源切換中， 由于啟動(dòng)備用變壓器的一次接線運(yùn)行方式改變， 如某些聯(lián)絡(luò)斷路器斷開后， 若聯(lián)系的系統(tǒng)所帶負(fù)荷阻抗差異較大， 則工作與備用電源之間的電壓將存在一定

6、的相位差， 即“初始相角”。初始相角的存在， 使手動(dòng)并聯(lián)切換時(shí)兩臺(tái)變壓器之間要產(chǎn)生環(huán)流， 環(huán)流過(guò)大時(shí)對(duì)變壓器是不利的。初始相角在20。時(shí)， 環(huán)流的幅值大約等于變壓器的額定電流。我廠在工作電源與備用電源進(jìn)線的控制回路接線中， 都增加了同步檢查繼電器bt-1b進(jìn)行閉鎖。但是，pzh-1型裝置在我廠的應(yīng)用也暴露出了廠用快速切換裝置的一些不足之處， 還有與其進(jìn)行配合的繼電保護(hù)方面的問(wèn)題：(1)廠用電事故切換過(guò)程中， 爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)頻頻誤動(dòng)；(2)pzh一1型裝置在其早期的使用中曾發(fā)生誤跳備用電源又延時(shí)合上備用電源， 導(dǎo)致廠用高壓母線失壓。2廠用快切對(duì)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)影響的分析及解決21特點(diǎn)

7、經(jīng)多次觀察， 我們發(fā)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)有以下特點(diǎn)：(1)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)僅發(fā)生于2臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)，5 500kw 的電動(dòng)給水泵電機(jī)雖偶爾在廠用切換時(shí)運(yùn)行， 卻從未發(fā)生差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。(2)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)僅發(fā)生于機(jī)組滿負(fù)荷事故停機(jī)的廠用快切過(guò)程中， 在平時(shí)機(jī)組帶1 8萬(wàn)千瓦負(fù)荷手動(dòng)并聯(lián)切換廠用時(shí)， 從未發(fā)生過(guò)誤動(dòng)。(3)由于鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)發(fā)生于汽輪發(fā)電機(jī)組打閘停機(jī)的事故處理過(guò)程中， 尤其是引風(fēng)機(jī)的突然跳閘， 擾亂了運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整， 給整個(gè)熱力系統(tǒng)的穩(wěn)定和設(shè)備的安全停機(jī)制造了障礙及不安全因素。22二次回路方面發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題在二次回路方面， 我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電機(jī)的空間位置離配電室較遠(yuǎn)， 從風(fēng)機(jī)電機(jī)尾部ta 引出

8、的二次電纜到開關(guān)柜差動(dòng)保護(hù)安裝處的距離， 一次風(fēng)機(jī)約120m， 吸風(fēng)機(jī)約200m；而電機(jī)首部ta就安裝在開關(guān)柜本體處。這樣， 一方面， 差動(dòng)兩側(cè)ta 的輸出阻抗很不一致； 另一方面，ta 電流進(jìn)入保護(hù)裝置還需經(jīng)過(guò)一級(jí)中間變流器的二次變流， 兩側(cè)中間變流器的原邊側(cè)阻抗角不一致， 在傳輸電機(jī)一次側(cè)出現(xiàn)的非周期分量時(shí)， 進(jìn)入差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部的首尾側(cè)二次電流就會(huì)有較大的偏差， 增加了誤動(dòng)可能性。以上的分析， 在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際也曾發(fā)生過(guò)。國(guó)內(nèi)一家大型石化企業(yè)的電氣系統(tǒng)， 每當(dāng)高壓母線上的一臺(tái)大容量電機(jī)啟動(dòng)時(shí)， 在距離開關(guān)室?guī)装倜走h(yuǎn)處的一臺(tái)運(yùn)行電機(jī)， 其差動(dòng)保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)， 其誤動(dòng)的原因主要就是上面所分析的情況所

9、致。23差動(dòng)保護(hù)裝置上發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題我廠大容量電機(jī)采用了珠海萬(wàn)力達(dá)公司生產(chǎn)的mcd-1 0型電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置， 該裝置在國(guó)內(nèi)首次采用了標(biāo)積制動(dòng)原理。該原理的引入使得當(dāng)區(qū)外故障或正常運(yùn)行時(shí)， 標(biāo)積量表現(xiàn)出很大的制動(dòng)作用，而區(qū)內(nèi)故障時(shí)， 標(biāo)積量為零或負(fù)值， 從原理上講能夠有效地對(duì)大型電機(jī)相間短路提供靈敏保護(hù)。由于我廠6kv高壓廠用系統(tǒng)采用了中阻接地，在電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)配置上采用了兩相4ta 的接線形式， 即差動(dòng)相為a、c 相。若設(shè)電機(jī)首部二次電流為 ，尾部二次電流為， ， 則保護(hù)的動(dòng)作量為l il ，i， 標(biāo)積量由同相兩側(cè)電流相乘并經(jīng)濾波處理后為：k 1 1cos(式中：為比例系數(shù)， 為 與 ，的相位差

10、)， 標(biāo)積量為正值時(shí)， 表現(xiàn)為制動(dòng)量。內(nèi)部故障時(shí)， 標(biāo)積量為零，而動(dòng)作量又很大， 裝置迅速可靠地動(dòng)作。當(dāng)區(qū)外故障或正常運(yùn)行時(shí)co s 1，標(biāo)積量表現(xiàn)為很大的制動(dòng)作用， 而此時(shí)動(dòng)作量為零，裝置可靠動(dòng)作。通過(guò)分析及試驗(yàn)， 我們發(fā)現(xiàn)了裝置實(shí)現(xiàn)原理上的以下缺陷。當(dāng)廠用快切合上備用電源開關(guān)后， 出現(xiàn)了大量的非周期分量， 此時(shí)動(dòng)作量l ii ，l的不平衡電流值完全可能達(dá)到我廠保護(hù)定值04倍的額定電流。標(biāo)積制動(dòng)回路的整流濾波模塊在四象限模擬乘法器之后， 帶有大量非周期分量的電流信號(hào)首先進(jìn)入乘法器。我們知道， 非周期直流分量影響下的正弦波電流通過(guò)零點(diǎn)的相位會(huì)發(fā)生很大的偏差樣， 四象限模擬乘法器對(duì)于輸入信號(hào)過(guò)零

11、點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)最為敏感。i，1i，1cos 這個(gè)標(biāo)積量中，cos 決定標(biāo)積量的正負(fù)(即反映制動(dòng)量的值)， 廠用快切；中擊產(chǎn)生的分周期分量使本應(yīng)相位完全一致的電機(jī)首端電流信號(hào)與尾端電流信號(hào)在某些時(shí)刻不同時(shí)過(guò)零， 則c o s 為負(fù)值， 就會(huì)失去對(duì)差動(dòng)保護(hù)出口的制動(dòng)作用， 使保護(hù)出口邏輯滿足而發(fā)生誤動(dòng)。24問(wèn)題的解決從以上幾個(gè)方面的分析及暴露出的問(wèn)題， 我們提出了改進(jìn)方案， 即采用傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)原理的、抗非周期電流能力強(qiáng)的新型電機(jī)差動(dòng)保護(hù)。在設(shè)備最后的選型中， 我廠選定了w pd一240型電機(jī)差動(dòng)保護(hù)測(cè)控裝置， 其理由如下：(1)該保護(hù)是采用32位微機(jī)的新型保護(hù)， 在軟件設(shè)計(jì)上采用了自適應(yīng)算法和浮動(dòng)門檻

12、技術(shù)， 并采用有效的冗余設(shè)計(jì)，能克服電機(jī)在自啟動(dòng)、各種外部斷路故障時(shí)可能出現(xiàn)的非周期分量電流、高次諧波電流的影響， 防止誤動(dòng)作； 內(nèi)部斷路故障時(shí)， 裝置能靈敏可靠動(dòng)作， 且精確度高。(2)裝置硬件采用有效的冗余設(shè)計(jì)， 采取了多種可靠的隔離措施， 安全性好， 穩(wěn)定性強(qiáng)， 并具有優(yōu)良的抗干擾能力。目前， 我廠已經(jīng)對(duì)2臺(tái)機(jī)組共l0臺(tái)mcdl 0型差動(dòng)保護(hù)完成了更換， 新投入使用的w pd一40微機(jī)型電機(jī)差動(dòng)保護(hù)測(cè)控裝置運(yùn)行半年來(lái)， 工作穩(wěn)定可靠， 很好地解決了廠用快切中保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題。3 pzh1型廠用快切裝置造成母線失壓的分析pzhl型廠用電快切裝置在我廠l機(jī)組首次使用不到一年內(nèi)曾造成6kv b段

13、高壓廠用母線兩次失壓。其中第二次失壓造成了主機(jī)斷油燒瓦的嚴(yán)重后果， 這不得不使我們對(duì)廠用電安全可靠切換在確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行中的作用特別加以重視。兩次失壓的事故經(jīng)過(guò)比較相似， 機(jī)組在打閘停機(jī)過(guò)程中由發(fā)變組保護(hù)啟動(dòng)了快切裝置， 廠用電成功地由工作電源切至了備用電源。之后， 在還未來(lái)得及復(fù)歸廠用快切裝置各信號(hào)的時(shí)間內(nèi)， 就發(fā)生了備用電源開關(guān)自行跳閘， 經(jīng)過(guò)約3 s的延時(shí)， 備用電源開關(guān)又自行合上。此后， 我廠對(duì)廠用快切裝置進(jìn)行了大量細(xì)致的試驗(yàn)與測(cè)試， 試驗(yàn)內(nèi)容主要是模擬保護(hù)啟動(dòng)由工作向備用的事故切換整組過(guò)程， 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題集中在以下幾個(gè)方面。(1)耦合閉鎖功能本應(yīng)在工作、備用開關(guān)并列超過(guò)l 00m s而

14、工作電源未跳開時(shí)跳備用， 并關(guān)閉所有出口。實(shí)際發(fā)現(xiàn)個(gè)別情況下3m s的并列也有可能動(dòng)作， 并且此項(xiàng)功能在保護(hù)未返回時(shí)不能起作用。(2)保護(hù)啟動(dòng)快切時(shí)， 動(dòng)作均正常。但如果未復(fù)歸信號(hào)的情況下，保護(hù)信號(hào)返回時(shí)， 有可能跳開備用電源； 反之， 如果備用電源開關(guān)誤跳在先， 保護(hù)信號(hào)返回時(shí)， 又有可能將備用電源開關(guān)再次合上。(3)反映工作進(jìn)線開關(guān)狀態(tài)的輔助接點(diǎn)， 如果不能斷開， 則備用開關(guān)可能會(huì)出現(xiàn)反復(fù)合跳， 直至工作接點(diǎn)斷開。針對(duì)上述情況， 設(shè)備廠家對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了升級(jí)更換。在之后幾年的實(shí)踐中， 再未發(fā)生類似的問(wèn)題。4結(jié)束語(yǔ)通過(guò)問(wèn)題的解決， 筆者總結(jié)出了以下經(jīng)驗(yàn)：(1)快切裝置的輸入量有模擬量、狀態(tài)量、人工指令等， 可謂種類繁多， 再加上其越來(lái)越多的功能， 在用集成電路組合邏輯方面很容易發(fā)生考慮