保证厂用电在切换过程中变频器不跳闸的措施探讨

保证厂用电在切换过程中变频器不跳闸的措施探讨

发表时间：2019-04-01T14:57:11.610Z 来源：《电力设备》2018年第29期作者：李国其[导读] 摘要：厂用电快切装置采用快速切换、同期切换、残压切换的方式来完成不同工况下的备用电源自投功能。（华电新疆发电有限公司红雁池分公司新疆乌鲁木齐市 830047）摘要：厂用电快切装置采用快速切换、同期切换、残压切换的方式来完成不同工况下的备用电源自投功能。在切换过程中由于6kV系统短暂的失压会造成运行中的变频器跳闸直接威胁安全生产。华电红雁池电厂220kV母线结构为双母线单分段，由于Ⅲ母母线与Ⅰ、Ⅱ母母线不在同一电网系统，为了避免电磁环网6kV在切厂用电时不能采取先合后拉的方式。本文通过试验确定快切方式能有效防止在切换中变频器失电后果。关键词：串联切换；并联切换；同时切换；切换模式一、引言

红雁池电厂位于乌鲁木齐市东南角，是新疆电网的重要电源支撑之一。装机容量4x200MW，共4台燃煤发电机组。220kV变电站母线由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ母组成，共有六条出线，3、4号机长期在Ⅲ母运行，1、2号机在Ⅰ、Ⅱ运行，共两台起/备变（1、2号机#1启备变长期在Ⅰ母运行；3、4号机#2起备变长期在Ⅱ母运行。由于新疆电网750kV环网，220kV解网运行，解环点在我厂220kV变电站母线处，因此Ⅲ母与Ⅰ、Ⅱ母线长期分裂运行，当3、4号发电机启、停操作并入Ⅲ母运行时，厂用系统备用电源与工作电源存在电磁环网不能进行合环操作，快切用传统的串联切换存在6kV短暂失压，变频器有可能失压跳闸的风险。 2016年12月17日华电新疆发电有限公司红雁池分公司2号机运行期间，高中压调门突然关闭，发电机功率突降，发变组“逆功率保护”15秒后动作跳开2号发变组主变高压侧断路器，同时启动厂用电源快切。#2机厂高变6kV侧 A分支、B分支断路器跳闸，A分支、B分支备用开关合闸，厂用快切切换成功。在此过程中，6kV A段电压降低至4892.75V，6kV B段电压降低至5012.4V，引风机变频器，一次风机变频器全部跳闸，送风机联跳。造成炉膛烟灰冒出炉外污染环境。

我们把高压变频器在外部故障或扰动引起的暂态、动态或长时间电源电压降低到规定的低电压穿越区内时，设备能安全运行称低电压穿越。

二、快切装置功能

1.快速切换

机组正常运行时，厂用母线由工作电源供电，当工作电源发生故障时，必须跳开工作电源开关，合备用电源开关，跳开工作电源开关时厂用母线停电。由于厂用负荷多为异步电动机，电动机将惰行，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，称其为残压。残压的频率和幅值将逐渐衰减，根据试验测量数据，大型机组的厂用电残压，在快速切换装置切换时间小于0.2秒，也就是发出的合闸命令时母线残压的角度变化小于30度，这样既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多，这就是所谓的“快速切换”。

2.同期捕捉切换

若快速切换因为各种原因未能切换成功，则采用实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到在反馈电压与备用电源电压相量第一次相位重合时合闸，这就是所谓的“同期捕捉切换”。若能实现同期捕捉切换，特别是实现同相点合闸，对电动机的自启动也很有利，因为此时厂用母线残余电压衰减到65%-70%左右，电动机转速下降不大，且备用电源合闸时冲击最小，同期捕捉切换时间约为0.6秒。

3.残压切换

当残压衰减到20%-40%的额定电压后实现的切换称为“残压切换”。残压切换停电时间过长，其原理与传统的备用电源自投装置原理相同，这里就不多做介绍了。

4.切换模式分串联切换、同时切换及并联切换。

①串联切换就是首先跳工作开关，在确定工作开关跳开后，再合备用开关。

②同时切换就是首先跳工作开关，在未确定工作开关是否跳开就发合备用开关合闸命令，通过设定合闸延时定值，在时间上保证工作开关先断开，备用开关后合上。若工作开关跳闸失败，将会造成工作电源与备用电源同时供电的环网运行情况。如果工作电源上侧已失电就会出现反送电现象，为了杜绝此种状态出现可通过解耦合功能将刚合上的开关跳开。

③并联切换就是手动切换，此种切换就是先合上备用电源开关，确定备用开关合上后，在自动跳开工作电源开关，这种切换需严格控制双侧电源的同期准则，在两侧电源在同一系统时用于正常倒闸操作，切换是双向的，可以由工作电源切向备用电源，也可以由备用电源切向工作电源。

三、存在问题

1.为了提高设备的可靠性，快切装置通常选取的切换模式为串联切换，这种切换方式不会存在任何风险，但切换时间较长在0.2-0.6秒之间，在切换过程中变频器设备有可能跳闸。同时切换，切换时间短，最短可以达到30-50mS，但存在切换失败风险。

2.高压变频器是电厂的重要负荷，我厂的高压变频器有利德华福、国电南自、北京动力源的产品，都不具备低电压穿越能力，在厂用电切换过程中有可能失电。我们进行现场的切换试验发现切换时间在120mS以内，变频器不会跳闸，超过120-150mS时变频器可能会跳闸。 3．实测工作电源、备用电源断路器合闸时间是50-60 mS，跳闸时间是30-40 mS，快切出口时间10mS，装置确认断路器是否合上或断开时间为20mS。在串联切换的模式下最快的切换时间是10+30+20+50=110 mS，在同时切换的模式下最快的切换时间是10+50=60 mS，两者均不考虑快切的判断时间。

4.由于我厂运行方式特殊，省调明确规定严禁厂用系统出现电磁环网操作，当3、4号机中的一台机开机或停机时，按照传统操作先将2号启备变停运，将2号启备变投入到220kVⅢ母母线运行，然后开机并网，机组负荷到30%时用快切的并联切换将厂用备用切至工作电源，最后再将2号启备变停运倒排至Ⅱ母运行。

5.采用同时切换模式存在问题；①厂用电失电时间是否在可控内，失电过程中是否存在危险；②断路器是否能可靠的进行跳合闸；③切换过程中高压变频器是否能躲过低电压穿越。

四、试验数据论证

我们首先在运行中的1号机进行正常切换试验，引风机、送风机、一次风机、凝结泵均变频运行，快切装置模式选择同时切换，将同时切换合备用延时整定到10毫秒，在几种工况下进行切换试验，记录电压波形；①机组40%负荷下进行切换，先切换厂用B段，切换正常，电压波动时间为89Ms，所有设备均运行正常，未发生一个跳闸设备；②再切换厂用A段（给水泵在此段运行），切换也正常，电压波动时间为102mS；③机组30%负荷下进行切换，先切换厂用B段，切换正常，电压波动时间为82Ms，所有设备均运行正常，未发生一个跳闸设备；

②再切换厂用A段（给水泵在此段运行），切换正常，电压波动时间为95Ms，所有设备均运行正常，未发生一个跳闸设备。

通过试验可以看出快切装置模式选择同时切换是可行的，由于A段的电机感性远远大于B段所以增加了切换时间，在切换过程中我们也可以将两个段的电机出力进行调配，尽量在轻负载时切换来保证切换的成功率。

通过此次试验我们确定了同时切换的方案及定值，当厂用电两侧为同一系统时我们用并联切换，厂用电两侧为不同系统时我们用并联切换。事故切换全部为同时切换。在此策略下我厂经过1年的验证未出现一次问题。

五、结束语

通过对快切装置的参数修改，既保证了切换的可靠性，又保证了切换速度，还减轻了运行人员的操作。为了防止工作电源及备用电源断路器在快切时动作不可靠，我们还采取逢停必检、切换前检查的措施保证了断路器的可靠性。