4 X 300MW 机组厂用电快切过程分析及其对继电保护的影响.doc

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1、4 X 300MW 机组厂用电快切过程分析及其对继电保护的影响摘要关键词厂用电源的快速切换技术近年来已经在大型发电机组厂用电系统中日益运用成熟， 显示出它对确保机组稳定运行的优越性，并已在生产实际中积累了丰富的运行经验。本文分析了厂用电切换过程中的动态特征，并给出了工程计算的方法， 以及针对快切失败、快切过程中对电机差动保护的影响等现场实际问题提出了解决办法及建议。 关键字 厂用电 快速切换 继电保护3 0 0M W 汽轮发电机组厂用电的接线形式为：每台机组的6kV高压厂用电分A、B两段， 正常工作电源由高压厂用变提供， 故障备用电源由启动备用变压器提供。6kV高压厂用母线上的馈线开关主要为z

2、N一28型真空断路器。随着大机组的迅速发展， 高压电机的容量增加很多，3 00MW 机组的给水泵容量已达到5 500kW， 锅炉风机的容量也达到2000kW 以上。大容量的电机在断电后电压衰减较慢， 残余电压的幅值很大， 给厂用电源的切换带来很多问题。如果在残压较大时重新接通电源， 电机将受到冲击而损坏。如果等到残压降到很低， 如3 0 以下， 这样的电压对于重新投入备用电源而言是安全的，冲击降到了安全值以下。但是， 要达到这样的条件， 依照经验值， 需要电机群衰减3 S以上， 这将对机炉运行参数的调整带来很大的影响，可能在厂用电切换过程中造成机炉运行失去稳定。1 PZH-1型装置特点及功能厂

3、用电快切装置提供正常方式下的手动切换和非正常状态下的事故切换。切换的种类分为串并联切换。串联切换即先跳开工作电源进线开关， 再合上备用电源进线开关， 或者与之相反， 又叫做相继切换。事故状态下快切装置由发变组保护启动， 切换方式是先跳工作后合备用的串联方式。并联切换是备用电源与工作电源短时间并联，再跳开一侧进线开关。我厂正常方式下的手动切换就是并联切换。在PZHl型快切装置内部功能上还有并联半自动切换与全自动切换之分。并联半自动即在装置上启动切换后， 自动经同期判别， 在启机时， 将工作进线开关合上， 与备用开关并列， 再由运行人员手动跳开备用进线开关，停机时则相反。并联全自动即启动切换后，

4、装置自动完成并列与跳另侧开关的操作， 不需人员干预。除此之外， 该装置还提供了不正常切换， 是由母线非故障性低压引起的切换。它是单向的， 只能由工作电源切换至备用电源， 分为以下两种情况： 母线三相持续低电压， 超过设置时间后， 装置自动跳开工作电源， 投入备用电源。 由于工作电源受控跳闸， 或是误动跳闸， 装置自动投入备用电源。在切换方式上， 该装置设快速切换和慢速切换两种模式。快速切换就是在母线残压还没有下降之前， 在设定的频差、相差范围内， 投入备用电源。慢速切换作为快速切换的后备， 是在快速切换失败后， 检查母线残压， 当残压降至安全值的2040时切换。在附加功能上， 快切装置配有以下

5、几种闭锁与报警：(1)保护闭锁。为防止备用电源投入故障母线，将反映这一故障的厂高变分支过流保护、分支接地保护引入了装置作为保护闭锁， 在保护动作时， 快切装置立即关闭所有跳合闸出口。(2)去耦合及耦合闭锁。并联自动切换时， 如果由于某种原因使应跳开的断路器未跳开， 就有可能造成两路电源长时间并列运行。当两电源并列时间超过1 O0mS， 装置自动跳开后合上的电源， 此项功能为去耦合； 之后快切装置关闭所有跳合闸出口， 发出耦合闭锁信号。在厂用电源切换中， 由于启动备用变压器的一次接线运行方式改变， 如某些联络断路器断开后， 若联系的系统所带负荷阻抗差异较大， 则工作与备用电源之间的电压将存在一定

6、的相位差， 即“初始相角”。初始相角的存在， 使手动并联切换时两台变压器之间要产生环流， 环流过大时对变压器是不利的。初始相角在20。时， 环流的幅值大约等于变压器的额定电流。我厂在工作电源与备用电源进线的控制回路接线中， 都增加了同步检查继电器BT-1B进行闭锁。但是，PZH-1型装置在我厂的应用也暴露出了厂用快速切换装置的一些不足之处， 还有与其进行配合的继电保护方面的问题：(1)厂用电事故切换过程中， 炉引风机、一次风机差动保护频频误动；(2)PZH一1型装置在其早期的使用中曾发生误跳备用电源又延时合上备用电源， 导致厂用高压母线失压。2厂用快切对电机差动保护误动影响的分析及解决21特点

7、经多次观察， 我们发现差动保护误动有以下特点：(1)差动保护误动仅发生于2台风机电机，5 500kW 的电动给水泵电机虽偶尔在厂用切换时运行， 却从未发生差动保护误动。(2)差动保护误动仅发生于机组满负荷事故停机的厂用快切过程中， 在平时机组带1 8万千瓦负荷手动并联切换厂用时， 从未发生过误动。(3)由于锅炉风机电机的差动保护误动发生于汽轮发电机组打闸停机的事故处理过程中， 尤其是引风机的突然跳闸， 扰乱了运行参数的调整， 给整个热力系统的稳定和设备的安全停机制造了障碍及不安全因素。22二次回路方面发现的问题在二次回路方面， 我们发现风机电机的空间位置离配电室较远， 从风机电机尾部TA 引出

8、的二次电缆到开关柜差动保护安装处的距离， 一次风机约120m， 吸风机约200m；而电机首部TA就安装在开关柜本体处。这样， 一方面， 差动两侧TA 的输出阻抗很不一致； 另一方面，TA 电流进入保护装置还需经过一级中间变流器的二次变流， 两侧中间变流器的原边侧阻抗角不一致， 在传输电机一次侧出现的非周期分量时， 进入差动保护内部的首尾侧二次电流就会有较大的偏差， 增加了误动可能性。以上的分析， 在生产现场实际也曾发生过。国内一家大型石化企业的电气系统， 每当高压母线上的一台大容量电机启动时， 在距离开关室几百米远处的一台运行电机， 其差动保护就会误动， 其误动的原因主要就是上面所分析的情况所

9、致。23差动保护装置上发现的问题我厂大容量电机采用了珠海万力达公司生产的McD-1 0型电机差动保护装置， 该装置在国内首次采用了标积制动原理。该原理的引入使得当区外故障或正常运行时， 标积量表现出很大的制动作用，而区内故障时， 标积量为零或负值， 从原理上讲能够有效地对大型电机相间短路提供灵敏保护。由于我厂6kV高压厂用系统采用了中阻接地，在电机的差动保护配置上采用了两相4TA 的接线形式， 即差动相为A、c 相。若设电机首部二次电流为 ，尾部二次电流为， ， 则保护的动作量为l Il ，I， 标积量由同相两侧电流相乘并经滤波处理后为：K 1 1cos(式中：为比例系数， 为 与 ，的相位差

10、)， 标积量为正值时， 表现为制动量。内部故障时， 标积量为零，而动作量又很大， 装置迅速可靠地动作。当区外故障或正常运行时cO S 1，标积量表现为很大的制动作用， 而此时动作量为零，装置可靠动作。通过分析及试验， 我们发现了装置实现原理上的以下缺陷。当厂用快切合上备用电源开关后， 出现了大量的非周期分量， 此时动作量l II ，l的不平衡电流值完全可能达到我厂保护定值04倍的额定电流。标积制动回路的整流滤波模块在四象限模拟乘法器之后， 带有大量非周期分量的电流信号首先进入乘法器。我们知道， 非周期直流分量影响下的正弦波电流通过零点的相位会发生很大的偏差样， 四象限模拟乘法器对于输入信号过零

11、点时的状态最为敏感。I，1I，1COS 这个标积量中，COS 决定标积量的正负(即反映制动量的值)， 厂用快切；中击产生的分周期分量使本应相位完全一致的电机首端电流信号与尾端电流信号在某些时刻不同时过零， 则c O S 为负值， 就会失去对差动保护出口的制动作用， 使保护出口逻辑满足而发生误动。24问题的解决从以上几个方面的分析及暴露出的问题， 我们提出了改进方案， 即采用传统差动保护原理的、抗非周期电流能力强的新型电机差动保护。在设备最后的选型中， 我厂选定了W PD一240型电机差动保护测控装置， 其理由如下：(1)该保护是采用32位微机的新型保护， 在软件设计上采用了自适应算法和浮动门槛

12、技术， 并采用有效的冗余设计，能克服电机在自启动、各种外部断路故障时可能出现的非周期分量电流、高次谐波电流的影响， 防止误动作； 内部断路故障时， 装置能灵敏可靠动作， 且精确度高。(2)装置硬件采用有效的冗余设计， 采取了多种可靠的隔离措施， 安全性好， 稳定性强， 并具有优良的抗干扰能力。目前， 我厂已经对2台机组共l0台MCDl 0型差动保护完成了更换， 新投入使用的W PD一40微机型电机差动保护测控装置运行半年来， 工作稳定可靠， 很好地解决了厂用快切中保护误动的问题。3 PZH1型厂用快切装置造成母线失压的分析PZHl型厂用电快切装置在我厂l机组首次使用不到一年内曾造成6kV B段

13、高压厂用母线两次失压。其中第二次失压造成了主机断油烧瓦的严重后果， 这不得不使我们对厂用电安全可靠切换在确保机组稳定运行中的作用特别加以重视。两次失压的事故经过比较相似， 机组在打闸停机过程中由发变组保护启动了快切装置， 厂用电成功地由工作电源切至了备用电源。之后， 在还未来得及复归厂用快切装置各信号的时间内， 就发生了备用电源开关自行跳闸， 经过约3 S的延时， 备用电源开关又自行合上。此后， 我厂对厂用快切装置进行了大量细致的试验与测试， 试验内容主要是模拟保护启动由工作待添加的隐藏文字内容1向备用的事故切换整组过程， 发现的问题集中在以下几个方面。(1)耦合闭锁功能本应在工作、备用开关并

14、列超过l 00m s而工作电源未跳开时跳备用， 并关闭所有出口。实际发现个别情况下3m s的并列也有可能动作， 并且此项功能在保护未返回时不能起作用。(2)保护启动快切时， 动作均正常。但如果未复归信号的情况下，保护信号返回时， 有可能跳开备用电源； 反之， 如果备用电源开关误跳在先， 保护信号返回时， 又有可能将备用电源开关再次合上。(3)反映工作进线开关状态的辅助接点， 如果不能断开， 则备用开关可能会出现反复合跳， 直至工作接点断开。针对上述情况， 设备厂家对其产品进行了升级更换。在之后几年的实践中， 再未发生类似的问题。4结束语通过问题的解决， 笔者总结出了以下经验：(1)快切装置的输入量有模拟量、状态量、人工指令等， 可谓种类繁多， 再加上其越来越多的功能， 在用集成电路组合逻辑方面很容易发生考虑不到的问题， 出现自相矛盾。建议在硬件实现上采用更清晰的流程， 减少输入输出量的多层次引用反馈。当然， 微机装置也能较好地解决这些问题。(2)快切装置对发电厂的安全运行如此重要，选用设备时不但要注重其功能， 更应注重它的故障冗余度， 不要因为开关辅助接点发生的异常， 就导致厂用电系统的崩溃或设备损坏。(3)保护接点启动是保证快速切换的必要条件， 但不同的现场实际有不同的保护接点保持与返回方式， 所以最好采用保护接点的01变位信号， 更为安全。