(大唐保定热电厂 河北省保定市 071051)
摘要：厂用电快速切换装置是发电厂厂用电气系统的一个重要设备，与发变组保护、励磁系统调节器、同期装置一起，被合称为发电厂电气系统安全保障的“四大法宝”，对发电厂乃至整个电力系统的安全稳定运行有着重大影响。对厂用电切换的基本要求是安全可靠，其安全性体现为切换过程中不能造成设备损坏或人身伤害，而可靠性则体现为保障切换成功，避免保护跳闸、重要辅机跳闸等造成机炉停运的事故。
关键词：厂用电切换；快速切换；残压切换
1、概述
我厂厂用电系统具有两个电源：即厂用工作电源和备用（启动）电源，其接线简图如附图所示。机组采用单元接线，正常运行时机组厂用电由单元机组供电，停机状态由备用电源供电，机组在启动和停机过程都必须带负荷进行厂用电切换。另外，当机组或厂用工作电源发生故障时，为了保证厂用电不中断及机组安全有序地停机，不扩大事故，必须尽快把厂用电电源从工作电源切换到备用电源。厂用电系统切换分为两类：手动切换（即机组启动、停机过程的正常切换）和自动切换（包含事故切换和不正常切换两种）。随着机组容量的增大和自动化水平的提高，以往适用于中小机组的切换方式已不能适应。
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2、厂用电快切装置原理：
厂用6kV母线上所接的负荷多为高压异步电动机，在母线失电后，这些电动机受惯性作用将惰行，成为异步发电机；这些电动机合成的反馈电压，就构成了母线残压。这样，由于众多电动机的异步发电机效应，使母线电压在电源失去后，不会马上降到零。因此厂用电母线在一段时间内会维持一定的残压并缓慢衰减，频率也会随着转速降低而缓慢下降。在厂用电源中断瞬间，母线残压的衰减量还不大，但残压与备用电源电压的矢量角差已开始拉开，如果在残压较大时不检同期合上备用电源，将产生很大的冲击电流，备用变和电动机将有可能受到严重冲击而损坏；这不但影响了电机的使用寿命，甚至可能导致切换失败造成厂用电中断，其后果是十分严重的。如果等待残压衰减到一定幅值后再投入备用电源。由于断电时间长，母线电压和电动机的转速都下降很大，将严重影响机炉运行。因此，厂用电切换必须根据厂用母线的残压衰减特性，选择合适的切换时机。
我厂6KV厂用电切换装置采用的南京东大集团生产MFC2000-6型快速切换装置能有效地解决上述问题，该装置在母线工作电源事故掉闸后，能自动比较备用电源和母线残压之间的频差、压差、相位差，使其能检同期并列。保证备用电源自投成功，缩短母线失压时间，保证电动机自启动成功。
3、对厂用电切换的要求：
厂用电源的安全可靠关系到发电机组乃至整个电厂的安全稳定运行，而厂用切换则是厂用电安全可靠的重要部分。对厂用电源切换最基本的要求是安全、可靠、快速。
为保证厂用电系统的切换成功，必须具备以下3个条件：
（1）应具备源于同一系统的两个独立的供电电源：工作电源和备用电源。正常运行情况下我厂两个电源电压之间虽存在一定的相角差，但一般小于20°。
（2）工作电源及备用电源进线应采用快速断路器，避免由于断路器分合闸时间过长造成较大的差拍电压。我厂厂用电源开关为真空断路器，其合、分闸时间一般在40～80ms左右，适用于厂用电系统的切换。
（3）工作电源及备用电源进线上级保护出口均采用快速继电器，动作时间不应大于15ms。我厂发变组、高厂变、备用变保护为南瑞RCS-985型成套微机保护装置，可保证继电器快速动作。
4、 以往的厂用电切换方式主要采用以下几种
1、以工作开关辅助接点（或经低压继电器、延时继电器）直接启动备用开关投入
2、在合闸回路中加延时以期躲过180°反相点合闸（短延时切换）
3、在合闸回路中另串联普通机电式或电子式同步继电器
4、合闸回路中串残压检定环节，即残压切换
以上几种厂用电切换方式都不能很好地满足安全性、可靠性的要求。
5、微机型厂用电切换的切换模式
MFC2000-6型装置共有三种启动方式：正常切换方式，事故切换方式及不正常切换方式（包含低压启动及工作开关误跳启动），其中正常切换为双向，可以由工作切换到备用，也可由备用切换到工作。
启动后，视不同的设定，装置可以有三种切换方式，即串联、并联、同时。该方式是以工作开关动作先后顺序来划分的。
串联方式下，先跳开工作电源，必须确认开关跳开后，再合后备开关。母线断电时间至少为备用开关合闸时间。此种方式多用于事故切换。
并联方式下，装置先合后备，然后自动或等待人工干预跳工作或备用。这种方式多用于正常切换，如起、停机。并联方式分为并联自动和并联半自动两种。
同时方式是跳工作及合备用命令同时发出，其中发合命令前有一人工设定的延时，这种切换方式可以使断电时间尽量少。既可用于正常切换，也可用于事故切换。
并联切换方式适用于同频系统间且固有相位差不大的两个电源切换，此种方式只有一种实现方式：快速切换。除并联切换一定是以快速切换方式实现外，其余切换方式均以快速、同捕或残压、长延时中的一种方式实现。
（1）快速切换
快速切换是指母线断电时间在100 ms以内，备用电源开关投入。在100 ms之内母线反馈电压与备用电源间的相位差在备用电源开关合闸瞬间不会超过20°～30°，在这种情况下，冲击电流、自启动电流、母线电压的降落及电动机转数的下降等因素对机炉运行的影响均不大。自投装置总的判断时间为6～8 ms，国产真空开关的跳闸时间约为30 ms，合闸时间约为60 ms，总时间约为100 ms，完全满足快投的要求。如果在100 ms内合闸不成功，母线残压与备用电源间的相位差增大，大于合闸闭锁角整定条件，将自动转入同期捕捉切换。
（2）同期捕捉切换
同期捕捉切换是实时跟踪残压的频差和角差变化，做到在反馈残压与备用电源电压向量第一次相位重合时合入备用开关。同期捕捉切换的时间与反馈残压的衰减有直接关系，衰减越快同期捕捉切换越快。反之，越慢。同期捕捉切换的实现为切换装置根据采集的电压计算出母线残压向量相对于备用电源电压向量旋转到第一个同期点的时间，并设定备用电源合闸的导前时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令。通过观察同期捕捉切换的录波图可以看到，冲击电流比快速切换增大了许多，但还是在系统可接受的范围内。此时残压衰减到65％～70％，电动机转数不至于下降很大，且备用电源合闸时冲击最小。
（3）残压切换
快速切换、同期捕捉切换失败后，当反馈残压衰减到20％～40％额定电压后实现的切换，称为残压切换。这种切换虽然能保证电动机的安全，但是由于停电时间过长，电动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到限制。
（4）长延时切换
在某些情况下，母线残压可能不易衰减，如果此时母线残压设置不当，可能造成切换时间过长或切换失败，为故障后机组设备的恢复带来困难，因此需设置长延时切换作为切换过程的总后备。在切换过程过程启动中，如果快速切换、同期捕捉切换、残压切换均未完成，则经长延时时间定值后，不再判断切换条件，直接跳开工作电源进线，合上备用电源进线。
6、我厂6KV厂用电切换装置的优点与缺陷
南京东大公司推出的MFC2000—2型微机厂用电保护装置是经不断改进的新一代厂用电快切装置，采用了最新的快切理念及完整的保护逻辑，有效地解决了传统BZT存在的问题。它具有以下优点：
1、切换功能齐全
a．有正常切换、事故切换和不正常情况切换功能。
b．有快速切换、同期捕捉和残压切换功能。
c．有并联、串联和同时切换功能。
2、其它功能完备
a．过流保护动作闭锁、出口闭锁功能。
b．低压减载功能。
c．自动投入后加速保护动作功能。
d．分支电压、电流录波功能。
e．后备电源失电、PT断线、开关位置异常监测等功能。
3、厂用电切换装置存在的缺陷
MFC2000—2型微机快切装置的正常切换由值班人员手动起动，在DCS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。此方式一般采用并联自动切换方式即手动启动，在切换条件满足时，先合备用（工作）开关，经过一定延时后跳开工作（备用）开关；若切换条件不满足，立即闭锁，等待复归。
快切装置中的并联切换方式存在缺陷，由于此切换方式逻辑判断只检测开关位置，没有考虑检测电流条件。故快切装置在DCS中进行并联切换时，不能防止“空切”即当工作（备用）电源开关在试验位置时，也能进行切换。由附图可以看出，在由工作（备用）电源向备用（工作）电源操作切换过程中，如果没有检测备用（工作）电源是否有电流的条件，则装置在检测到3DL（4DL）开关合位后（由于值班人员误操作造成开关在试验位且控制回路接通），4DL（3DL）开关自动断开，这样将造成6 kV厂用电失电，后果不堪设想。
由于快切装置引入不了电流信号，则无法实现电流闭锁条件，为防止“空切”造成厂用失电，采取在DCS中增加逻辑闭锁条件，保证了新合上工作（备用）电源开关已带负荷的前提下，再跳开备用（工作）电源开关。
7、结论
厂用电切换关系到机组，电厂乃至系统的安全运行。随着机组容量的增大和自动化水平的提高，以往适用于中小机组的切换方式已不能适应。
快速开关的广泛应用和微机型切换装置的日臻完善为厂用电采用新的切换方法提供了必要条件。
经过应用显示出微机快切装置有很多优点，对于机组的安全运行奠定了技术保障。
参考文献：
【1】南京东大金智电气自动化有限公司《MFC2000-2型微机厂用电快切装置》使用手册。
【2】付育颖,王浩.火电厂微机型厂用快速切换方式及其应用分析.河北电力技术，2012，31（6）