陈海云

摘要：在大容量发电厂，厂用电连续可靠供电是保证发电机组安全运行的基本条件，厂用工作电源与备用电源间的切换是实现厂用电可靠供电的重要手段。本文对6kV快切装置切换失败的原因进行分析，并提出处理方法。

关键词：厂用电;快切装置;切换失败;原因分析;处理方法

一般电厂厂用电系统设有工作电源及备用电源，正常运行时由工作电源供电，停机及事故时由备用电源供电。由正常工作电源到备用电源的切换，需要装设电源切换装置，由于快切装置在启动方式及切换时间上具备明显的优势，使得厂用电快切装置在供配电系统中得到广泛应用。

1 厂用电切换必须具备的外部条件

厂用电源切换的条件包括：正常运行备用电源与工作电源之间的电压相位差一般≤20 °;用于快速切换的断路器必须具有快速闭合性能，要求断路器的闭合时间不超过0.1 s，一般采用真空断路器，其时间一般在40～80 ms;发电机和厂用电保护装置必须快速动作，目前广泛使用微机型保护继电器。

2 厂用电系统切换方式

厂用电系统的切换方式，按照装置启动的原因可分为：正常手动切换，事故切换及非正常工况切换;按照断路器的动作顺序可分为：并联切换、串联切换及同时切换。并联切换即先合上备用电源，然后跳开工作电源。这种切换方式两电源会有短暂的并列时间，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。

串联切换即先断开工作电源，确认工作开关断开后，再合上备用电源，串联切换时间长，一般都在150 ms 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断开，其辅助接点的可靠性是切换成功的关键因素之一。

快速切换即同时发出断路器的指令，快速切换时间极短，能满足系统对冲击电流的要求，切换成功率高，安全性好。快速切换一般有两种启动方式：手动启动和保护启动。机组起停机过程的厂用电切换采用手动启动方式;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。特殊条件下，厂用电系统的切换也可由失压信号启动。

3 切换装置原理

手动正常切换是指在系统正常工况时，由于运行需要厂用母线从一个电源切换到另一个电源，这种方式可由工作电源切换至备用电源，也可由备用电源切换至工作电源。它主要用于发电机起、停机时的厂用电切换。手动切换分为并联切换及串联切换，切换速度没有特殊要求，只需满足两个电源并联的条件就可以实施。事故切换指由发变组、厂变保护接点启动，单向操作，只能由工作电源切向备用电源。事故切换有两种方式可供选择，即事故串联切换和事故同时切换。串联切换和同时切换的共同点都是由保护接点启动，所不同的是串联切换是先断开工作电源开关，在确认工作电源开关已断开且切换条件满足时，合上备用电源开关。

快速切换是当母线电源中断后，立刻同时发出断路器的闭合指令，若快切的逻辑条件满足要求，立即执行快切功能，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°，快速切换时间极短，切换全过程一般不超过100 ms，实际应用中，快速切换的成功率很高，完全能满足系统对冲击电流的要求，安全性好。

4 厂用电切换失败的原因分析

4.1 厂用电快切失败案例

某电厂两台机组，出线电压等级为35KV，厂用电电压等级为6KV，接线方式均为单母分段方式，没有高厂变。两台机组正常运行时，厂用电采用单母分段运行方式，每台机组各带本机组厂用电;一台机组检修时，厂用电采用单母不分段运行方式，由检修机组的主变通过倒送电方式带机组厂用电。两条进线开关和母联开关之间的正常倒闸，采用先合后分的方式;事故情况下，采用备自投装置进行切换。机组投运后，厂用电切换一直正常。在一次厂用电切换时进线开关跳闸，厂用电全部失去。

某日，该电厂运行人员进行厂用电切换倒闸操作，当时运行方式如下：#2发电机正常运行，#1机组在检修期间，1号发电机出口开关、刀闸在断开位置，35KV母线单母分段运行，母联开关开关在分位。6KV母线单母不分段运行，6123开关在合位。厂用电由#1主变倒送电供给，6111开关在合位，6211开关在分位。厂用電系统如图2所示。

4.2 导致此次厂用电切换失败的原因分析

倒厂用电前，6111开关带所有6KV厂用负荷，通过1号主变的电流方向是由高压侧流向低压侧;合上6211开关之后、断开6111开关之前，即合环时6211开关除了要带6KV所有厂用负荷外，还要带通过1号主变送往35KV系统的负荷，流过1号主变的电流方向变为由低压侧流向高压侧，此负荷电流与6KV厂用负荷电流之和大于6211开关过流保护整定值，使6211开关过流保护动作，经延时（5s）出口跳闸。

此次进行厂用电切换操作时，运行人员合上6211开关后，立刻手动断开6111开关，在断开6111开关的同时，6211开关过流保护动作跳闸，造成6KV母线失压。6211开关过流保护延时5秒跳闸，由于合环时间超过了5秒，所以保护得以出口动作，使开关跳闸。可见，单靠运行人员手动操作来控制合环时间，存在很大的偶然性，是不可靠的。

5 进行技术改造的必要性

5.1 厂用线开关状态分析

该电厂接线方式为6KV单母分段，6KV厂用电的运行方式一般是6KV母联6123开关合位，6111开关合位或6211开关合位，6KV母线由一条厂用线供电，另一条厂用线开关热备用状态。在切换厂用电时，先合上热备用的厂用线开关，再断开工作的厂用线开关，如果此时厂用电是通过主变反送电，短时的合环将可能使回路电流突然增大，大于厂用线进线开关过流保护定值，使保护动作跳闸，造成6KV母线失压，严重影响机组稳定运行。

5.2 备自投装置的使用效果并不理想

原因是从失电到失压进而无压（65V），备自投完成动作的过程持续时间长达1-2 秒，甚至更长，此时电动机已经被分批切除。即使是延迟时间较长的高压重要电动机没被切除，由于母线已经无压，转速已经严重下降，直接影响生产过程的连续性。而且此时恢复供电将造成较大的电动机自启动电流，对供电网络产生冲击。而对400V系统而言，低电压将造成接触器脱扣，变频器停止工作。总之备自投实际上并没有真正起到保障供电连续性的作用。

5.3 启动条件

在启动条件上，备自投装置仅仅采用失压启动，并没有考虑把有关的保护动作、失电作为启动条件以缩短启动时间;在合闸（合备用电源）条件上，采用延时（0.5S）和无压（65V）判据，没有采用在厂用电切换中已经获得巨大成功的母线电压、频率、相位实时跟踪技术，实现“快速切换”。

5.4 风险分析

在6KV厂用电系统运行方式倒换时，运行人员只能手动操作切换厂用电，备自投装置单一的失压启动方式不能保证6KV母线在切换过程中不出现失压的风险。

6 避免厂用电切换失败，提高备用电源自动投入可靠性的解决方案

《继电保护和安全自动装置技术规程》GB14285规定“自动投入装置在条件可能时，宜采用带有检定同步的快速切换方式，并采用带有母线残压闭锁的慢速切换方式及长延时切换方式作为后备;条件不允许时，可仅采用带有母线残压闭锁的慢速切换方式及长延时切换方式。”根据该厂的运行方式，增加快切装置将大大提高6KV 厂用电源的可靠性。

6.1 快切装置的启动方式

快切装置提供手动启动、保护启动、断路器变位启动（即断路器误跳启动）、无流启动、频压异常启动、逆功率起动和欠压启动（传统的备自投功能）方式。手动启动：快切装置接受到“手动启动”的指令后，可以进行手动切换，用于系统恢复或正常不停电倒闸操作。保护启动：将线路、线路变压器组等电源侧保护设备的快速主保护接点引入到快切装置中，系统正常运行时，一旦检测到电源侧主保护动作信号，快切装置立即启动，动作于断开故障电源线路断路器，投入备用电源。断路器变位启动：当系统正常运行时，若原本处于合位的进线断路器跳开，包括非进线保护动作引起的跳闸、手动操作断路器或遥控断路器引起的跳闸（将断路器的手跳和遥跳接点接入快切装置的“闭锁切换”开关量输入口），并且进线无流，则启动快切装置。欠压启动：当检测到母线三相电压均低于欠压启动整定值且进线无流，经整定延时装置启动切换功能。

6.2 快切装置的切换方式

装置在启动后，会按照一定的顺序操作工作电源断路器和备用电源断路器。自动切换方式包括串联切换方式和同时切换方式。手动切换方式包括：并联切换方式、串联切换方式和同时切换方式。

各种切换方式说明如下：并联切换方式——装置启动后，若并联条件满足，装置先合上母联断路器，此时进线1、进线2两个电源短时并列，经整定延时（并联跳闸延时）后装置再跳开规定的进线断路器;串联切换方式——装置启动后，先跳开相应的进线断路器，在确认进线跳开后，再根据合闸条件发出合母联断路器命令;同时切换方式——装置启动后，先发出跳相应进线断路器的指令，不确认进线断路器是否已经跳闸，然后经整定的同时切换合闸延时，再根据合闸条件发出合母联断路器的命令。事故自动切换方式一般选择串联切换方式，当上级线路、电源出现事故异常情况时，快切装置发出跳开工作断路器指令，并在检测到工作断路器确已跳开后，才允许合备用断路器。

6.3 快切装置的实现方式

快切装置提供的实现方式包括：快速切换、同期捕捉切换（以下简称“同捕”）、残压切换，装置通过自身判断选择用哪种方式实现。各种实现方式如下：快速切换——快速切换是最理想的一种合闸方式，既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多。在并联切换方式下，实现快速切换条件为：母线和待并侧电源压差|du|<“并联切换压差”，且频差|df|<“并联切换频差”，且相差|dq|<“并联切换相差”。在串联或同时切换方式下，实现快速切换的条件为：母线和待并侧电源频差|df|<“快速切换频差”且相差|dq|<“快速切换相差”。快速切换是速度最快的合闸方式;同期捕捉切换——当快速切换不成功时，同期捕捉切换是一种最佳的后备切换方式。同期捕捉切换的原理是实时跟踪母线电压和备用电压的频差和角差变化，以同相点作为合闸目标点;残压切换——当母线电压衰减到20%-40%实现的切换称为残压切换。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等会受到较大限制。残压切换的实现条件为：母线电压<“残压切换电压幅值”。

6.4 快切装置的配置方案

通过改造将原来的6KV 备自投装置改为快切装置（图3）。共配置1台快切装置，可以实现两段母线分列运行，任一电源进线故障时，进线开关向母联开关的切换;母联在合位运行时，单进线供电，快切装置也可实现双进线之间的切换。本方案中，手动切换采用并联切换方式;故障情况下切换采用串联切换。

在2台机组正常运行时，6KV厂用电采用单母分段运行方式。正常切换厂用电时，快切装置可以实现6123和6111，6123和6211之间来回切换;6111和6211任一开关无论是保护动作跳闸还是开关偷跳，都可以实现快速合上6123开关。

在任一机组检修期间，6KV厂用电采用单母不分段运行方式。正常切换厂用电时，快切装置可以实现6111和6211之间来回切换;工作进线开关无论是保护动作跳闸还是偷跳，备用进线开关快速合上。

在手动切换厂用电时，快速切换实现方式时间非常短，在300ms左右，相比较原来的由运行人员手动合、跳开关时间大大缩短，保证了切换厂用电的安全可靠;在故障时，相比较备自投装置采用的失压起动由了大大缩短，并且更加可靠、稳定，合闸电压冲击几乎没有。同时，相比于备自投装置，增加了保护动作启动和闭锁快切的功能，并在开关偷跳时也能可靠動作。改造结束至今，该电厂厂用电系统一直运行稳定，并且可靠的在几次开关误跳的情况下，保证了厂用电的稳定运行。

7 结论

通过对该电厂6KV厂用电备自投装置改造为快切装置。消除了该电厂在厂用电切换时存在的巨大风险，提高了在出现故障、开关误跳、保护动作等情况下厂用电的动作可靠性。保证了发电机经济安全运行。

参考文献：

[1]姜冬梅.发电厂厂用电源切换故障案例分析[J].吉林电力，2019，47（01）：54-56.

[2]阴世泽.厂用电运行方式优化[J].中国设备工程，2018（19）：83-84.