厂用电快速切换装置相关问题分析_图文

1、第31卷第9期华电技术Vol .31No .92009年9月Huadian Technol ogySep.2009厂用电快速切换装置相关问题分析黄海波(湖南华电长沙发电有限公司,湖南长沙410203摘要:介绍了厂用电系统的概况及厂用电系统的切换方式,论述了厂用电快速切换装置的工作原理。根据厂用电快速切换装置数字录波图,分析和总结了快速切换装置切换方式不稳定的原因,提出了厂用电快速切换装置定值整定计算时应注意的事项。关键词:厂用电快速切换装置;厂用电系统;切换方式;保护误动;录波数据;整定中图分类号:T M 762:T M 712文献标志码:B 文章编号:1674-1951(200909-000

2、1-05收稿日期:2009-05-250引言厂用电快速切换装置(以下简称快切装置是实现发电厂厂用母线电源快速切换的关键控制设备。在事故情况下,厂用电系统安全快速切换对减少事故损失、保护人身与设备安全至关重要。另外,一些重要辅机(如交流润滑油泵等在备用电源切换过程中,若因快切装置本身定值设置缺陷导致切换失败或保安电源等原因造成失电,则有可能酿成重大事故,造成事故范围扩大。湖南华电长沙发电有限公司采用镇江华东电力设备制造厂生产的PZ H -1C 型微机厂用电快速切换装置,厂用电备用电源事故切换为串联、全自动方式。当全炉膛灭火造成锅炉主燃料跳闸(MFT 动作时,快切装置有时会以“快速切换”方式切换备

3、用电源、有时还会以“同期捕捉”方式切换备用电源,在厂用自动切换过程中,由于切换方式不稳定甚至会造成厂用负荷速断保护动作误切换电机。1厂用电系统概况湖南华电长沙发电有限公司现有2台600MW机组(机组编号为#1、#2。#1、#2发电机组分别于2007年10月和12月建成投产。发电机均为上海东方电机股份有限公司生产的QFS N -600-2-22C 型水氢氢汽轮发电机,发电机出口电压均为22k V,接有1台容量为SFF -63/35-35MV A 、电压为22/6.36.3k V 的高压厂用工作变压器(以下简称高厂变作为厂用电系统的工作电源。厂用电系统的启动备用变压器(以下简称启备变电源由1台容量

4、为SFFZ10-63/35-35MV A 、电压为230/6.36.3k V 的#01启备变提供。当机组并网后有功负荷达180MW 左右时,将厂用系统电源由#01启备变切换至高厂变供电,首先在分散控制系统(DCS 画面上将厂用电切换方式投并联,将快切保护屏自动/半自动压板投入(半自动状态,即正常切换方式为并联半自动。每台机组6.3kV 厂用电一次系统均采用2段式母线接线方式,2段母线分别接自高厂变/启备变低压侧2个分裂绕组,且2台机组共用1台启备变。#1机组6.3k V 厂用电系统一次接线图如图1所示。2厂用电系统的切换方式湖南华电长沙发电有限公司厂用电切换方式主要有2种。(1正常切换是指正常

5、启、停机时进行的厂用电源切换,其切换方式为并联半自动。即,手动启动装置经同期检定后,装置发合备用电源命令,而跳开工作电源由人工操作完成,这种方式的优点是切换过程中不会造成厂用电的中断,但两侧电源存在短时并列运行,若此时6.3k V 侧发生短路,短路电流将更大。当6.3k V 厂用系统电源由#1高厂变切换至#01启备变时,首先选择好正常切换方式(并联半自动,即在集控室显示器(CRT 画面上将该段母线备用电源切换方式选择开关投并联,在快切保护屏上将自动/半自动压板短接,手动启动装置,经同期检定后,装置发合备用电源开关命令,而跳开工作电源开关由人工在集控室通过操作CRT 画面由DCS 通过厂用电综合

6、自动化系统(FECS 完成,切换完毕后,在CRT 画面上将该段母线备用电源切换方式选择开关投串联,并断开快切保护屏上自动/半自动压板,即转到事故切换所需的切换方式(串联全自动,以备事故切换。6.3kV 厂用系统电源由#01启备变切换至#1高厂变与此类似。2华电技术第31卷 图1厂用电系统一次接线图(2事故切换是指由于工作电源故障而引起的切换,它是单向的,只能由工作电源切至备用电源,其切换方式为串联全自动。由反映工作电源故障的保护出口启动装置先跳开工作电源,如此时同期条件满足并确认工作电源已跳开,则合上备用电源。当#1发变组保护发生事故跳闸时,保护动作跳开6.3kV一段、二段母线工作电源进线开关

7、,同时分别启动该段母线的快切装置,如此时同期条件满足并确认工作电源开关已跳开,快切装置就发出合该段母线备用电源进线开关的命令,完成事故情况下厂用电源的自动切换。若锅炉主燃料跳闸(MFT动作,则先触发汽轮机跳闸,由主汽门关闭接点触发发变组保护启动快切。3厂用电快切装置切换方式不稳定原因分析3.1快切装置的切换模式(1快速切换是在母线残压还没有下降之前,投上备用电源。为了避免母线电压与备用电源电压相位差过大时进行切换的危险,快切装置具有在切换过程中非同期闭锁的功能,当不满足同期条件时,闭锁快速切换,转而进行同期捕捉。(2同期捕捉即在母线电压还未大幅下跌之前,软件连续分析母线相差、频差值,通过对母线

8、相位变化的实时计算分析,根据合闸所需时间,捕捉合闸时机,使得合闸完成时备用电源电压与母线电压的相位差接近0°。这样既减小了对厂用设备的冲击电流,又利于设备的自启动。同期捕捉切换的最大允许频差为6.0Hz。(3残压切换是当快切和同捕不能满足时,当母线残压下降到设定电压时实现的切换为残压切换。经残压检定的慢速切换作为快速切换和同期捕捉的后备切换,以提高切换的成功率。(4长延时切换是在某些情况下,母线上残压可能不容易衰减或残压切换参数设置不合理,可能会推迟或不再进行合闸操作。当检测到母线电压低于母线允许电压参数设定值时,装置启动长延时允许切换计时,当累计时间大于长延时时间设定值时,装置发出

9、合闸命令,装置中的长延时切换是其他切换方式的后备补充。3.2切换记录分析2009年1月18日,由于全炉膛灭火而造成MFT动作停机时,快切装置的定值和数字录波记录如下:PZ H-1C厂用切换装置打印报告打印时间:2009-01-28参数信息01同期捕捉:1允许同期捕捉设置为“1”,禁止同期捕捉设置为“0”02低压减载允许:0允许低压减载设置为“1”,禁止低压减载设置为“0”03长延时允许:1允许装置采用长延时方式合闸设置为“1”,禁止长延时方式合闸设置为“0”第9期黄海波:厂用电快速切换装置相关问题分析304相差:20°允许快速切换的最大相角差05频差:1.0Hz允许快速切换的最大频率

10、差06残压:30.0V允许慢速切换的最大母线电压07低电压启动值:70.0V启动低压延时的最大母线电压08工作电压正常:80.0V工作电源电压值不小于设定值09备用电压正常:80.0V备用电源电压值不小于设定值10低电压启动延时:0.10s允许母线低压的最大延时11闭锁快切延时:100m s装置响应外部闭锁快切接点的时间,即外部开入确认的有效时间12合备用延时:20m s事故并联自动切换时,为了防止故障工作电源跳闸时间长于备用电源合闸时间,备用电源和故障工作电源并联运行,导致切换失败,延时发出合备用命令的时间13合闸时间:80m s(同捕允许时有效目标电源断路器的合闸时间14低压减载延时1:9

11、.99s(减载允许时有效母线电压持续低于低压启动值的时间,超出时装置发出低压减载命令115低压减载延时2:9.99s(减载允许时有效母线电压持续低于低压启动值的时间,超出时装置发出低压减载命令216后加速延时:4.00s当装置合上备用时同时发出后加速跳备用允许命令,此命令仅在一段时间内有效17长延时时间:2.00s当长延时允许时,时间有效18备用方式:1当备用电压取于6k V,设置值为“0”,否则为“1”19母线-工作相差:0°母线AB相和工作电源的相角差20母线-备用相差:0°母线AB相和备用电源的相角差21母线电压允许:70.0V允许长延时切换的最大母线电压22冷备延时

12、:100m s当需要合高压开关时,合6kV开关需要延迟的时间23通讯地址:2通讯过程中用来识别装置的通讯码PZ H-1C厂用切换装置打印报告打印时间:2009-01-28切换记录切换时间:2009-01-18T07:16:13同期捕捉分析切换记录,发现了以下2个问题:(1非电量保护动作,快切装置切换完毕所需时间为934m s,是采用母线工作电源开关辅助接点接入备用电源开关合闸回路来实现切换的原始备自投方式所用时间的5倍左右。(2根据快切装置的原理,在切换过程中,如不满足快切所设定的同期条件(定值设置的第04,05项,母线电压与备用电源电压相位差小于20°、频差小于1Hz时,闭锁快速切

13、换,但频差又小于6Hz 时,装置自动转入同期捕捉状态,根据母线电压相位变化速率及断路器固有合闸时间,连续实时计算相位差,在频差允许范围内,捕捉合闸时机,使得合闸完成时相位差接近零度。从切换记录上看合备用电源进线断路器结束时母线残压与备用电源电压相位4华电技术第31卷差为360-298=62(°。根据快切装置图纸、接线、定值、设备运行方式及快切装置的几次动作报告,笔者展开了全面的分析:(1湖南华电长沙发电有限公司#01启备变处于热备用状态,备用电源电压取6kV,因此,定值设置的第18项备用方式应设置为“0”。而实际定值按冷备用方式整定,与湖南华电长沙发电有限公司实际运行方式不符,导致合

14、备用电源时增加100m s (定值设置的第22项延时,是导致快切方式不稳定的直接原因。因为当工作电源失去后,由于电动机气隙磁场及电动机转动惯量的存在,使6.3k V母线产生残压,而残压衰减的快慢与初始的储能有关,即与工作电源失去以前的负荷状况有关,切换前负荷越小,母线残压及相角变化越大,经100m s(定值设置的第22项后越易造成非同期(定值设置的第04,05项动作闭锁快速切换,转而进行同期捕捉切换。(2从切换记录可知,备用电源进线断路器动作时间实测为719-675=44(m s,而定值设置的第13项合闸时间设为80m s,是导致合备用电源进线断路器结束时母线残压与备用电源电压相位差为62&#

15、176;的主要原因。断路器动作时间设为44m s时,快切装置合备用结束时母线残压与备用电源电压相位差为360(1/4.6×1000×44+223=296(°,理论计算与快切报告(298°基本相符。断路器动作时间设为80m s时,快切装置合备用结束时母线残压与备用电源电压相位差为360(1/4.6×1000×80+223=356(°,合闸完成时相位差360-356=4(°,接近零度。4快切装置定值重新整定后的录波数据分析4.1快切装置整定时的注意事项为了提高装置快速切换的成功率,减小对厂用设备的冲击电流保证设备的自启

16、动,又对快切装置定值重新进行了整定。典型快速切换设置参数为:(定值的第05项频差为1.0Hz,(定值的第04项相差为30°。如装置在30°合闸,频差为1.0Hz情况下,50m s(备用断路器合闸时间后相差扩大到360×50+30= 48(°<60°,依据镇江华东电力设备制造厂生产的PZ H-1C型微机厂用电快速切换装置技术说明书可知:当备用电源断路器开关合上时,母线残压和备用电源电压相位差在60°以内的快速切换是安全的。母线低电压启动值(定值的第07项的设置应按厂用母线电动机自启动时最低允许母线电压来考虑,低电压启动延时(定值的

17、第10项的设置需要考虑以下2个问题:(1大于厂用母线电动机的自启动时间,因为这种状况不需要装置启动切换。(2与判断母线故障的后备保护动作时间相配合,防止备用电源投切到故障母线上。两者取较大者。依据参考文献1的观点:母线允许电压(定值的第21项的设置主要考虑到当母线出现容性负载时,母线上残压可能不容易衰减,或残压切换参数设置不合理,母线残压不能下降到残压切换设定电压时,装置将启动长延时允许切换,当累计时间大于长延时时间(定值的第17项设定值时,装置发出非同期合闸命令。因此,母线允许电压(定值的第21项的设置值应大于母线残压设定值(定值的第06项小于母线低电压启动值(定值的第07项的设定值,一般设

18、置50V。另外,软件内部设置频差大于6.0Hz时闭锁同期捕捉切换,母线三相电压低于60V时闭锁快速切换。为防止切换过程中母线电压衰减较快,所带负荷中的非重要辅机可能还来不及退出,此时合上备用电源,所有辅机将一起自启动而引起启备变过流,为此需要同时判断母线电压的情况,当母线三相电压低至残压设定值(定值的第06项时,将同时闭锁快速切换和同期捕捉切换。4.2切换数据分析2009年3月28日,由于全炉膛灭火而造成锅炉主燃料跳闸(MFT动作停机时,快切装置的定值和数字录波记录如下:PZ H-1C厂用切换装置打印报告打印时间:2009-03-28参数信息01同期捕捉:1允许同期捕捉设置为“1”,禁止同期捕

19、捉设置为“0”02低压减载允许:0允许低压减载设置为“1”,禁止低压减载设置为“0”03长延时允许:1允许装置采用长延时方式合闸设置为“1”,禁止长延时方式合闸设置为“0”第9期黄海波:厂用电快速切换装置相关问题分析504相差:30°允许快速切换的最大相角差05频差:1.0Hz允许快速切换的最大频率差06残压:30.0V允许慢速切换的最大母线电压07低电压启动值:70.0V启动低压延时的最大母线电压08工作电压正常:80.0V工作电源电压值不小于设定值09备用电压正常:80.0V备用电源电压值不小于设定值10低电压启动延时:1.2s允许母线低压的最大延时11闭锁快切延时:100m s装置响应外部闭锁快切接点的时间,即外部开入确认的有效时间12合备用延时:20m s事故并联自动切换时,为了防止故障工作电源跳闸时间长于备用电源合闸时间,备用电源和故障工作电源并联运行,导致切换失败,延时发出合备用命令的时间13合闸时间:50m s(同捕允许时有效目标电源断路器的合闸时间14低压减载延时1:9.99s(减载允许时有效母线电压持续低于低压启动值的时间,超出时装置发出低压减载命令115低压减载延时2:9.99s(减载允许时有效母线电压持续低于低压启动值的时间,超出时