浅谈火电厂备用电源及其切换方式

浅谈火电厂备用电源及其切换方式

摘要为保证火电厂的安全生产和电网安全运行,必然涉及到厂用备用电源的切换和启动问题。探讨厂用备用电源的功能、作用、切换方式及影响因素。

关键词火电厂;备用电源;切换方式;影响因素

大容量火电机组的特点之一是采用机、炉、电单元集中控制的方式, 其厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运行的安全、可靠有着相当重要的影响。当工作厂用电或其附属设备出现故障时, 必须将厂用电切换为备用厂用电源, 因此厂用电切换是整个厂用电系统的一个重要环节。

1厂用备用电源简介

厂用备用电源主要用于事故情况失去工作电源时,起后备作用,又称事故备用电源。

备用电源的引接应保证其独立性,并且具有足够的供电容量,最好能与电力系统紧密联系,在全厂停电情况下仍能尽快从系统获得厂用电源。以下是厂用高压备用电源最常见的引接方式:1)从发电机电压母线的不同分段上,通过厂用备用变压器(或电抗器)引接。2)从与电力系统联系紧密的最低一级电压母线引接。这样,有可能因采用电压等级较高的厂用高压变压器,使高压配电装置投资增加,但供电可靠性也相应提高。3)从联络变压器的低压绕组引接,但应保证在机组全停情况下,能够获得足够的电源容量。4)当技术经济合理时,可由外部电网引接专用线路,经过厂用备用变压器获得独立的备用电源或启动电源。

厂用低压备用电源,一般均从高压厂用母线的不同分段上引接,经专门的厂用低压备用变压器获得厂用低压备用电源。

火电厂中一般均装设专门的备用电源,称为明备用。此类备用电源在正常情况下不工作或只带少量的公用负荷,而当某一工作电源失去时,它就能自动投入以完全代替之。但在小型火电厂和水电厂中也有不另设专用备用电源,而由两个厂用工作电源相互作为备用,称为暗备用。

2厂用电切换方式

发电机组对厂用电切换的基本要求是安全可靠。其安全性体现为切换过程中不能造成设备损坏,而可靠性则体现为提高切换成功率,减少备用变过流或重要辅机跳闸造成锅炉汽机停运的事故。

工厂用电系统常见的切换模式和启动方式:1)并联切换:按“先合后断”的原则,先合上备用电源,两电源短时并列,然后发跳闸指令,跳开工作电源,但是如果在切换过程中,机组或工作电源发生故障,由于电源的并列,将加剧故障,扩大事故范围,

因此,并联切换禁止使用于事故切换,但是手动切换过程中仍可能存在上述风险。

2)串联切换:按“先断后合”的原则,先跳工作电源,确认工作开关跳开后,再发合闸指令,合上备用电源,串联切换切换时间长,一般都在150ms以上,因此切换对系统和设备造成的冲击较大,而且由于允许切换的条件之一是工作电源的成功分闸,其辅助接点的可靠性很可能是导致切换失败的因素之一。3)快速切换:按“同时断合”的原则,同时发出断路器的分、合闸指令,系统实际无流时间仅为断路器合、分闸时间之差,一般不超过15ms,所以快速切换可达到极短的切换时间,满足系统对冲击电流的要求,切换成功率高,安全性好。

3快速切换的启动

快速切换一般有两种启动方式:即手动启动和保护启动。机组开停机过程的厂用电切换采用手动启动方式,即由主控制室人为发出启动指令;事故情况下的切换采用保护启动方式,由机组或厂用工作电源的主保护发送启动命令。在某些特殊条件下,厂用电系统的切换也可由失压信号启动。

快切装置一般包括快速切换、首次同期点切换(也称同期捕捉切换)、残压切换和延时切换4项功能。1)快速切换是当母线电源中断后,立刻同时发出断路器的分、合闸指令,跳开工作电源,同时合上备用电源。厂用电快速切换时,母线残压和备用电源电压之间的相位差拉开不超过30°,系统实际无流时间仅为断路器合、分闸时间之差,一般不超过15ms。快速切换可达到极短的切换时间,切换全过程不超过100ms,完全满足系统对冲击电流的要求,安全性好。2)首次同期点切换是当母线残压和备用电源电压相对旋转一周又回到同期点,这时角差为0,差压也较小,若在这一时刻合上备用电源,电气设备受到的冲击也较小,这种切换称为首次同期点切换。切换装置根据采集的电压可计算母线残压向量相对于备用电源电压向量旋转到第一个同期点的时间,并设定备用电源合闸的导前时间。3)残压切换是当母线残压衰减到低于设定值时合上备用电源。一般来讲,当母线残压低于40%的额定电压时进行切换,冲击电流已降到可接受的范围内,但需要注意的是,不同的系统容量和备用变压器容量都会影响冲击电流值。当差压包络线的周期逐渐减小,反映了电动机减速的过程,残压切换引起的冲击电流较大。④延时切换是在发出切换指令后经过一定的延时后合上备用电源的切换方式,一般可设定1.5s的等待时间。快速切换30-100ms首次同相切换250-500ms残压切换400-1200ms延时切换1700ms

4影响厂用电切换的因素及相应措施

1)负载的影响。由于厂用母线上电机的特性有较大差异,合成的母线残压性曲线与分类的电机相角、残压曲线的差异也较大,因此安全区域的划定严格来说需根据各类电机参数、特性、所带负荷等因素通过计算确定。实际运行中,可根据典型机组的试验确定母线残压特性。试验表明,母线电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间,主要取决于试验前该段母线的负载。负载越多,电压、频率下降得越慢,达到首次反相和再次同相的时间越长。而相同负载容量下,负荷电流越大,则电压、频率下降得越快,达到最初反相和同相的时间越短。快速开关的合闸时间一般小于100ms,有的甚至只有40-50ms

左右,这为实现快速切换提供了必要条件。假定事故前工作电源与备用电源同相,并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间,两电源仍同相,若采用同时方式切换,且分合闸错开时间(断电时间)整定得很小(如10ms),则备用电源合上的相角差也很小,冲击电流和自起动电流均很小。若采用串联切换,则断电时间至少为合闸时间,假设为100ms,相角差约为20-30左右,备用电源合闸时的冲击电流也不很大,一般不会造成设备损坏或快切失败。2)其它影响。快速切换能否实现,不仅取决于开关条件,还取决于系统接线运行方式和故障类型。系统接线方式和运行方式决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电压问的初始相角,若该初始相角较大(如大于20),则不仅事故切换时难以保证快速切换成功,连正常并联切换也将因环流太大而失败或造成设备损坏事故。故障类型则决定了从故障发生到工作开关跳开这一期间厂用母线电压和备用电源电压的频率,以及快切装置本身的固有动作时间也将影响频率、相角的变化。

5结束语

厂用电的备用切换和启动,涉及到很多备用电保护的技术问题,既关系到备用电系统的安全,也关系到发电生产安全和电网的安全,因此,必须高度重视。如果客观条件下无法实现快速切换,或者快切不成功,可采用同期捕捉作为后备方案,这样,可确保成功、安全地进行厂用电切换。

参考文献

[1]吕季平.厂用电自动切换解决方案.重庆:电工技术,2003,7.