厂用6kV电源切换选择

    摘 要：本文从计算河源电厂电气系统短路电流入手，分析了在各种事故情况下，厂用6kV母线并列切换过程中开关的遮断电流，介绍了备用电源快切装置功能，并建议在6kV公用段母线电源切换采用快切装置。

    关键词：短路电流；并列切换；遮断电流；备用电源；快切装置

    广东省河源电厂第一期工程装设两台容量600MW超超临界汽轮发电机组。#1机组2008年底通过168小时试运，#2机组将在2009年7月投入运行。220kV系统主接线采用双母线接线形式，两台发电机组分别通过两台主变汇入220kV母线。四条220KV超高压线路与广东电网相连。

1厂用电接线方

6kV厂用电接线方式采用“按炉分段”原则，每台机组设6kV工作A、B段，两台由发电机出口引接的分裂式高压厂用变作为各自机组6kV工作A、B段在机组正常运行时的工作电源；一台由220kV母线引接的分裂式高压启备变作为两台机组在机组启动、停机时的备用电源；其工作电源与备用电源之间的切换采用快切装置实现。两台机组还设有两段6kV公用A、B母线段，以满足两台机组公用系统中一些重要辅机供电的需要。每台机组的6kV工作A段均可给6kV公用A段供电，6KV工作B段均可给6kV公用B段供电。正常时，一路电源工作，另一路电源备用。

    2问题的提出

    设计阶段，由于6kV公用段电源分别引自2台机的6kV工作段，两段均为工作电源，无法区分工作、备用，同时考虑公用段没有I类负荷，因此未考虑6kV公用段进行不断电切换设计。但目前根据电厂实际运行的需要，该段上接带有空压机、工业水泵等重要辅机，它们在倒换过程中的短时停运将直接造成机组的减出力甚至停运，因此，电厂需要6kV公用段在倒换电源时实现不断电切换。

    另外，设计人员担心在6kV公用段两路电源在并联切换（即先合上一路电源，再分开另一路电源）过程中，母线发生三相短路时，短路电流将大于开关的遮断容量，从而导致开关爆炸的事故。为此，我们对河源电厂6.3kV厂用电系统短路电流进行了核算。

    3河源电厂6.3 kA厂用电系统短路电流计算及分析

河源电厂厂用电选择6.3 kA电压等级，电厂主接线中的各元件阻抗图如图2所示：（图中选取基准值为SB=38MVA，UB= 6.3KV, IB=3482A, ZB=1.0445Ω），按阻抗图计算结果 

①厂高变带1A工作母线运行时，母线三相短路电流为43.191 kA（其中厂用电源供26.987 KA，电动机馈送16.204 kA），短路冲击电流为113.459 kA。

②起备变带1A工作母线运行时，母线三相短路电流为40.956 kA（其中起备变电源供24.752KA，电动机馈送16.204 kA），短路冲击电流为107.611 kA。

③当1A工作母线在并联切换的瞬间（厂高变与起备变并联），母线三相短路电流为66.782 kA（其中厂用电源供50.578 kA，电动机馈送16.204 kA），冲击电流为175.180 kA。

④若公用段实现并联切换，切换瞬间的母线三相短路电流为56.130 kA（其中厂用电源供53.216 kA，电动机反馈电流为2.914 kA），冲击电流为146.936 kA。

《火力发电厂厂用电设计技术规定》DL/T5153-2002第7.1.1条规定：“计算短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，不考虑仅在切换过程中短时并联的运行方式。”由计算结果可知，并联运行时，短路总电流数值超过了开关的额定值（50 kA和130 kA），但是，流过各开关的短路电流并不会超越开关的额定值，因为电动机的反馈电流不流过开关，其次厂用电源提供的短路电流是由两路支路到达短路点的，所以，开关的遮断容量是足够的。

    4快切装置介绍 

微机厂用电快速切换装置（简称快切装置）是当厂用电正常工作电源故障时，能安全、可靠地将厂用母线快速切换至备用电源供电的一种自动装置。从而保证发电厂厂用电的连续可靠供电。

河源电厂6 kV 工作段母线工作电源和备用电源之间的自动切换装置选用深圳智能SID-8BT多微机备用电源快速切换装置（如图３所示），正常时，具有双向切换功能。如果系统发生事故或出现非正常情况（母线低压或断路器误跳），装置自动启动快速切换，从工作分支切换到备用分支，保证母线尽快与系统并网运行。该装置的切换方式按起动原因可分为以下两种。

    4.１正常手动切换

正常手动切换是由运行人员手动起动。在控制台ECS系统或装置面板上均可进行。正常切换是双向的，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。

正常切换是严格按差频或同频的自动同期准则进行正常切换，称之为同期切换，即在断路器两侧为两个不同频电源时，确保在频差及压差满足给定值的前提下捕捉到第一次出现的相角差为0o的同期时机完成合闸操作。当断路器两侧为同一频率的电源时，应确保合环操作时的功角在潮流计算允许分流负荷的定值内，压差也应满足要求。如超出允许定值，为加速切换过程，装置自动将先合后切的同期方式转为先切后合的串行切换或同时切换方式。正常切换和事故切换不同，它不存在实现切换操作的紧迫性，理应严格地从容执行自动同期操作。

当工作断路器和备用断路器都断开、母线无压时，装置接收到合工作命令或合备用命令，装置以单侧无压方式合工作断路器或备用断路器。

    4.２事故及非正常情况下自动切换

在以下三种情况下装置自动起动工作线路与备用线路之间的快速切换操作：

①保护装置起动发出保护跳闸信号。

②母线低电压。

③正在工作状态的断路器误跳，由接通变为断开。

动作顺序：首先跳开工作状态断路器，随后合上备用状态断路器。

事故切换是一种特殊工况下的差频同期操作，其首要目标是在保证辅机及起备变安全的前提下尽可能的快捷，因只有这样才能实现成功切换。影响快捷性的因素包括：事故切换时装置运算的精度和速度；同期快切装置的执行速度；合闸回路中间环节的动作速度；断路器的分、合闸时间等。据此原则按以下从快到慢的顺序由同期快切装置随具体事故切换环境自动进行取舍。以图4为例： 

首选切换时机:在初始功角及执行合闸环节的时间满足要求的前提下，应在ABC时段内尽快完成2DL的合闸操作。 

次选切换时机：这是指因初始功角及执行合闸环节的速度不满足条件时的选择，要求在E 点后完成2DL的合闸操作，合闸点越靠近E点越好。CE段△U超过电动机的耐受值，为禁止投入区。

必须实现切换的最后时机：即在厂用母线残压下降到临界电压前完成切换操作。在电动机能耐受的ΔU到来前投入备用电源。由于除初始功角不受控外，执行合闸环节的时间及断路器的合闸时间是可以在设计时创造条件予以满足的，即选择快速的中间继电器及断路器。在有些情况下，如无法实现按耐受电压进行切换时，装置将自动转到允许切换的底线方式，即残压切换。 

    5结语

实际计算表明，６kＶ公用段并联切换时，冲击电流为146.936 kA，来自电动机的分量为7.706 kA，剩下的为139.230 kA，是两路短路电流之和，并非集中于一台开关通过。所以开关流过的短路冲击峰值也是能保证安全的。正常运行方式下满足短路遮断能力的开关，在短时间切换操作的瞬间，也是安全可靠的。

微机厂用电快速切换装置在河源电厂投运两年多来，装置已经历过了十多次的正常切换和事故切换，动作正确率和切换成功率均为100%，所以建议在6kV公用A、B段加装SID-8BT快切装置，实现其工作电源和备用电源之间的快速切换功能，以保证厂用电电源供电连续、可靠。

参考文献：

[1]DL/T5153-2002,火力发电厂厂用电设计技术规定[S].
李瑞荣.短路电流实用计算[M].北京:中国电力出版社,2003.