摘要：　200 MW机组高压厂用电自动切换存在的问题较多，导致厂用电事故扩大。传统的BZT多不能适应大容量机组厂用电切换。从对发电设备安全、可靠、稳定运行的观点出发，分析了高压厂用电自动切换采用传统的BZT所存在的问题，提出了相应的解决方法，并加以探讨。
关键词：　高压厂用电； BZT装置； 快速切换

Discussion of the Changeover Problems of
200 MW Power Station Service

XIE Ping-guo
(Ningbo Generating Engineering Company,Ningbo 315208,China)

Abstract： There are problems in automatic power changeover of HV station service that extends the power incident.The traditional BSZ device is not suited for changing over the station service in large capacity power station.From the point of view of soft,reliable and stable operation,the problems are analyzed and the suggested solutions are proposed.
Keywords： HV station service; BZT device; fast changeover

0　前言
　　国内大型电厂随着机组容量增大，厂用电容量不断增长，对厂用电运行稳定性、可靠性要求越来越高。一般大型电厂200 MW机组高压厂用电一次接线方式分二段式(即甲、乙段母线)，机、炉辅机均分在甲、乙母线上运行。为了保证厂用电的可靠性，甲、乙段母线都装了备用电源自投装置(BZT)。当工作电源跳闸或母线电压消失时，备用电源自动投入，使厂用电连续运行而不中断。但是，目前200 MW机组厂用电BZT切换方式是延时切换和串联切换，而且当厂用电母线故障时，由于BZT自投，扩大了故障范围。这类事故在大型电厂高压厂用电事故中屡见不鲜。另外，BZT装置及回路故障率较高，厂用电切换成功率较低。给厂用电稳定连续运行带来了不利的因素。因此，厂用电切换直接关系到大型电厂生产设备的安全稳定运行。
　　
1　厂用电切换存在的问题
　　200 MW机组普遍用传统的BZT装置对高压厂用电进行切换。传统的BZT包括延时切换和串联切换两种切换方式。延时切换是指母线电压消失，母线残压下跌至低电压继电器动作值时，经延时先跳工作电源开关，再合备用电源开关。同时，为了防止开关偷跳或运行人员误拉工作电源开关，采用工作电源辅助接点起动BZT出口中间继电器，瞬时合上备用电源开关。长期的运行实践证明，用这种方式进行厂用电切换，弊大于利，它主要存在以下几个方面问题。
1.1　切换时间过长
　　由于采用低电压起动，其低电压时间必需躲过相临系统故障和高压电动机内部故障切除时间　　

t=t₁+Δt

式中　t₁为系统故障以及高压电动机内部故障继电保护最大动作时限； Δt为时限阶段，取0.5～0.7 s^［1］。
　　厂用电工作电源以及电动机过流保护动作时间一般为0.5～1.5 s，所以BZT延时切换时间为1～2 s(镇海电厂200 MW机组厂用电BZT延时为2 s)。BZT切换时间过长，首先是对机、炉辅机电动机不利，因为电动机自起动时间增长，电机容易发热。其次是对锅炉的稳定运行不利，因为切换时间过长，锅炉辅机转速明显下降，如磨煤机和排粉机转速下降到一定程度，其风粉比就不能保证。这样，就不能维持锅炉的正常燃烧。若此时BZT自投成功，厂用电恢复，未燃的燃料吹进锅膛，造成严重的爆炸事故。目前大多数电厂为了防止此类事故发生，母线低电压保护0.5 s跳送风机、磨煤机开关，并由制粉系统联锁动作，把其中一侧的制粉系统停下来，这也有利于BZT自投，提高母线电压恢复速度。但机组的出力将下降，影响了机组的带负荷能力。
1.2　厂用电母线故障BZT自投故障扩大
　　当厂用电母线故障时，工作电源开关过流保护动作，切除故障。从多次厂用电母线故障分析，多数是永久性故障。因为200 MW机组6 kV厂用电系统是不接地系统，一旦母线发生单相接地故障，中心点电位偏移，非故障相电压抬高，母线绝缘薄弱部分容易被击穿，从而发展为两相接地故障。由于厂用电母线故障无保护，只能靠工作电源开关过流保护延时切除故障，这样母线拉弧，产生游离碳化物，形成了永久性相间接地短路。工作电源开关由过流保护跳开后，BZT动作，合备用电源开关，等于向故障点又送了一次故障电流，备用电源开关由BZT后加速跳闸，切除故障，导致备用电源开关超出额定短路容量(油开关)而爆炸。更严重的是备用电源开关拒分(控制熔丝熔断)，只能由备变后备保护切除故障，使故障范围扩大，损失惨重。
1.3　冲击电流大
　　为了防止运行人员误拉工作电源开关或开关偷跳，传统的BZT装置中也设计了快速串联切换方式。工作母线正常运行时，若工作电源开关跳闸(非故障跳闸)，只要备用电源有电压，BZT就瞬时出口。此时的切换时间就是工作电源开关固有跳闸时间和备用电源开关固有合闸时间。200 MW机组6 kV工作电源和备用电源开关一般都是电磁型开关，其固有合闸时间一般为180 ms左右，固有分闸时间约为60 ms，切换时间为备用电源开关固有合闸时间，即180 ms上下，再加上工作电源开关辅助接点切换时间和BZT出口中间继电器动作固有时间(100 ms左右)，总的切换时间大约为280 ms。此时对电动机冲击电流最大，由于厂用电突然消失，电动机的空气隙磁场和其转动惯量储能的存在，使母线产生了残压。在工作母线断电瞬间，由于母线上电动机各不相同，它们要进行能量交换，其中一部分电动机以“感应发电机”方式运行，其它电动机以电动机方式运行，因此，残压的大小和频率随时间变化而变化。尤其是大型电厂，厂用电动机储存的电磁能和机械能是相当可观的，残压的衰减速度十分缓慢，根据现场录波，6 kV母线在最大运行方式时，突然跳开工作电源开关，其残压经0.6 s以后， 才能降至额定电压的25%左右。 根据理论分析， 如果在0.3～0.5 s时间间隔内， 合上备用电源， 残压与备用电源电压之间的角差接近180°^［1］，此时电动机所承受的冲击电流最大。当电动机受到过大的冲击， 由于电磁应力的影响， 有可能造成电动机绕组从槽中移位，使电动机在运行时损坏。同时，由于机械惯量的存在，电动机轴受扭力过大造成电动机轴扭曲。

2　BZT装置及回路存在的问题
　　传统的BZT装置一般由电磁型继电器组成。二次回路接线图如图1，BZT装置以及二次回路主要存在下述问题。
2.1　低电压继电器可靠性不高
　　电压继电器采用电磁型继电器，其动作接点容易脱轴、卡牢，当工作母线电压消失时，继电器不会动作。正因为有这种问题存在，现在大多数电厂已经把低电压继电器改为静态继电器。目前静态继电器可靠性虽然比电磁型继电器高，但由于生产厂家众多，产品质量好坏不一，用户反应质量可靠的静态继电器不多。如镇海电厂BZT装置中的低电压继电器已经全部改为静态继电器，经一段时间运行，出现了个别继电器工作电源不良、出口小中间继电器不动作等问题，导致BZT自投不成功，厂用电中断，MFT动作跳机。

图1　传统BZT二次回路图

2.2　压变二次回路问题
　　母线压变二次回路中闸刀辅助接点接触不良或低电压继电器问题导致BZT自投不成功。为了防止母线压变一次或二次侧断线或熔丝熔断，使BZT误动，在BZT二次回路中采用了断线闭锁回路(见图1)。压变闸刀辅助接点G与断线闭锁继电器ZJ串联，当压变退出或TV断线时，闭锁BZT。因压变闸刀辅助接点由闸刀连杆机械带动，若连杆螺丝松动，往往使辅助接点切换不到位，导致BZT不能正确动作。另外，若压变成组低电压有其中一只继电器动作不可靠，断线闭锁继电器ZJ动作，也同样闭锁BZT。
2.3　BZT闭锁继电器BSJ延时时间不稳定
　　BZT装置中的BSJ继电器，是电磁型延时中间继电器，它的功能是只允许BZT合闸一次。当工作电源开关跳闸时，BSJ延时返回，其延时返回时间应大于备用电源开关的固有合闸时间，一般取0.3～0.4 s，才能保证备用电源可靠合闸。因为BSJ延时返回时间靠调节继电器的电磁铁间隙来实现，在长期运行中，调节螺丝容易松动，使BSJ延时返回时间缩短，其延时返回时间与备用电源开关固有合闸时间失配，以至BZT不能正确动作。

3　厂用电切换方式改进探讨
　　国外大型电厂高压厂用电切换广泛采用了快速切换方式，我国有些电厂也采用了这种方式(如镇海燃机厂用电切换)。所以，对于200 MW机组高压厂用电切换方式改进，势在必行。
　　根据《继电保护和自动装置设计技术规程》的规定：用于高压厂用电快速切换装置，与其相配合的断路器固有合闸时间应小于100 ms。200 MW机组厂用电切换改为快速切换，首先必需把工作电源和备用电源开关改型。目前，真空断路器已能满足快速切换的要求。其次是二次回路的改进，主要由以下几部分组成。
3.1　非电气主设备故障快速切换回路
　　采用并联切换方式切换时，先合备用电源开关，再跳工作电源开关，使高压厂用电进行无间断切换，其逻辑如图2所示。

图2　非电气主设备故障快速切换逻辑图

　　这种切换方式用于厂用电正常切换以及热力系统故障(如MFT动作、汽机保护动作等)。而发电系统电气主设备故障(如发电机、变压器、高压厂用电母线等)，其相应的继电保护动作，应闭锁并联切换。其目的是为了减小故障电流对电气主设备的冲击。如高压厂变内部故障(见图3)，高压厂变主保护动作跳机组，切除故障电流。如果此时用并联切换方式进行高压厂用电切换，先合备用电源开关，再跳工作电源开关，就又一次用备变提供故障电流，通过工作电源开关送故障点，再由工作电源开关切除故障。这样有可能导致故障点扩大，工作电源开关损坏。另一方面，由于主保护动作，发变组系统与电网解列对并联切换检同期带来了一定的困难。所以，电气主保护动作，应闭锁并联切换。

图3　高压厂用电一次接线示意图

　　采用并联切换，发变组保护与热工保护联跳方式也要作相应的改进，即只允许发变组保护出口关闭主汽门，主汽门关闭联跳发变组开关解除。当热工保护动作，主汽门关闭时，发电机失去原动力，功率倒向，由电气逆功率保护延时动作跳开发变组开关。当然，逆功率保护动作定值及延时时间要作适当调整。其目的是非电气故障时，在主汽门关闭期间，维持发电机机端电压，为高压厂用电并联切换检同期创造条件。
　　若高压厂用电母线故障，应可靠闭锁切换回路，保证故障母线不受第二次故障电流的冲击，避免事故扩大。
　　发电机正常开停机时，机组滑压运行，当发电机负荷在一定数值时，就需要切换厂用电。以往都是运行人员手动操作，即先手动合上备用电源开关，再手动拉开工作电源开关，使工作电源与备用电源并列时间较长，因高压备变与高压厂变低压侧电压不一定完全相同，并列运行时，或多或少会产生环流，如果时间长，导致变压器发热，影响变压器运行。用并联切换，只要合上备用电源开关，工作电源开关就自动跳闸，大大缩短了变压器并列运行时间。
3.2　电气主设备故障快速切换
　　电气主设备故障(如高厂、发电机、变压器)，其相应的继电保护动作，应以彻底切除故障为原则，不因电气主设备故障时自动切换厂用电而扩大故障范围，导致厂用电全部停电，影响整套机组的正常运行。因此，当电气主设备故障时，应采用串联切换方式，即先跳工作电源开关，再合备用电源开关，保证厂用电系统与发变组系统有明显的断开点，使故障点可靠切除。其逻辑如图4所示。

图4　电气设备故障快速切换逻辑图

　　发变组或高压厂变保护动作作为串联切换首要条件，同时，去闭锁并联切换。这样，消除了电气主设备故障时，工作电源与备用电源并列运行的可能性，有利于故障的迅速切除。反之，并联切换起动时，闭锁串联切换，使并联切换的可靠性得到保证。
　　工作母线发生故障时，应可靠闭锁串联切换，避免因自动合上备用电源后，再次向故障点提供故障电流。
　　在串联切换中，取消了检同期、检无压，因为这种切换方式是先跳工作电源开关，后合备用电源开关。在此过程中，工作母线出现一段失电时间，仅仅只有随时间衰减的母线残压，实现检同期十分困难。若检无压就会影响自动切换的速度，使快速切换徒有虚名。
　　串联切换应加入备用电源手动合闸闭锁逻辑，以防止发电机带厂用电运行时，误合备用电源造成非同期合闸的恶性事故。因为按运行操作规程规定，在机组发生故障跳闸而厂用电系统无故障情况下，若备用电源未自投，运行人员可以强送备用电源一次。但是，如果发电机轻载运行时发变组开关偷跳，可能是二次回路存在缺陷，而未能联跳发电机灭磁开关和关闭汽轮机主汽门。这种情况下，超速保护有可能不动作，发电机就带厂用电运行。此时，若运行人员误判别为机组跳闸而厂用电未自投，就强送备用电源，造成非同期合闸(见图1所示高压厂用电一次接线)。为了防止这类事故的发生，在传统的BZT回路有检同期、检无压功能。检同期是防止非同期合备用电源，检无压是保证工作电源开关跳闸后，工作母线失压时，成功地切换厂用电，这样就延长了厂用电切换时间。因此，在串联快速切换中，以取消检无压来提高其切换速度，然而，有非同期合闸的可能性存在。因此，在切换装置投入运行时，出现手动合备用电源情况，必须被禁止，以防止非同期合闸。
　　因为取消了同期检定功能，就要求切换时间尽可能短，才能保证母线残压与备用电源电压之间的角差摆开很小时，自动合上备用电源，使电动机受冲击最小。在这种切换方式下，工作电源开关固有跳闸时间和备用电源固有合闸时间是缩短切换时间的关键。开关的固有跳闸时间比较短，而固有合闸时间较长，要实现串联快速切换，必须缩短开关的固有合闸时间。合闸速度在100 ms以内，就能保证快速串联切换时所产生的冲击最小。
3.3　延时切换
　　延时切换可作为快速切换的后备方式，不管发生什么情况，只要厂用母线电压消失，经延时，先跳工作电源开关，后合备用电源开关。这与传统的BZT装置相同。

4　结论
　　200 MW机组高压厂用电自动切换问题，是关系到发电厂主设备安全、可靠、稳定运行的问题，它直接影响着运行设备的等效可用时间。如果BZT装置能具有并联切换、串联切换、延时切换3种功能，对大型电厂所带来的经济效益是不可估量的。在计算机技术高度发展的今天，BZT装置微机化，对以上3个功能实现绝对没问题。但是，如果采用硬接线继电器逻辑，二次回路繁琐复杂，其回路的可靠性也得不到保证。
　　对于200 MW机组的高压厂用电，采用快速切换方式，具有绝对的优越性，其优点为：①高压厂用电自动切换时，备用电源电压与母线残压之间的角差小，从而对电动机绕组冲击明显减小；②缩短切换时间，有利于厂用母线电压的恢复和高压电机自起动，这对锅炉的稳定运行有利。
　　厂用电切换方式不仅仅如此，根据不同类型的电厂以及高压厂用电一次接线方式不同，对厂用电自动切换的要求也各不相同，如何以最合适的方式进行厂用电切换，值得进一步深入探讨。
　　
作者简介：
　　谢平国(1962-)，男，工程师，长期从事电力系统继电保护的安装、调试、维护工作。
作者单位：(宁波发电工程公司，浙江　宁波　315208)

参考文献

〔1〕　梁世康，许光一.厂用电力系统保护［M］.北京：水利电力出版社，1985