#頭條創作挑戰賽#

西安益通熱工技術服務有限責任公司、西安熱工研究院有限公司的研究人員李洲、方子朝、令彤彤、曹璐瑤、頓小寶，在2022年第8期《電氣技術》上撰文，介紹了某國外二拖一聯合循環發電廠應用的一種特殊廠用電接線形式，分析該種接線方式下原有廠用電快速切換系統不能實現廠用電安全、快速切換的原因，并從設計、保護配置及二次回路方面加以改進，通過實際的切換試驗驗證改進方案的可行性。

天然氣聯合循環電站産業。,Natural Gas Combined Cycle Power

某歐洲東部新建項目為一套6F級二拖一燃氣蒸汽聯合循環機組，一期工程包括兩台安塞爾多AE64.3A燃機、兩台燃氣輪發電機、兩台自然循環卧式餘熱鍋爐和一台蒸汽輪發電機，燃機與汽機不同軸，聯合循環設計工況出力160MW。

廠内2号燃機通過2号主變（2号GT）與電網相連，1号燃機與汽機連接于1号主變（1号GT）低壓側兩個分裂繞組，通過主變與系統相連。發電機與主變之間均設有發電機斷路器。主變低壓側額定電壓為11kV，經過T接于主變低壓側和發電機斷路器之間封閉母線的電抗器将電源送至11kV母線，再經過高壓廠用變壓器（AT）将電源送至6.3kV母線，為三台發電機提供起動電源。

中壓廠用電系統如圖1所示，廠用電接線方式采用單母分段方式，11kV及6.3kV母線均為兩段配置，兩段11kV母線相互獨立，兩段6.3kV母線之間設有母聯斷路器CB5，正常運行時為熱備用狀态，當任意一台主變或高壓廠用變壓器停電時，母聯斷路器CB5應能通過快切裝置快速合閘，以滿足兩段6.3kV母線不失電或者短時失電的要求，之後由正常運行的主變和高壓廠用變壓器給三台機組的廠用負荷提供電源。

對于廠用電快速切換系統來說，斷路器CB2和斷路器CB4均為工作電源斷路器，而母聯斷路器CB5則是備用電源斷路器，因此，該項目的廠用電快速切換系統要求所采用的快切裝置應具備能夠同時控制三台斷路器的功能，也可稱之為三電源切換。

圖1 中壓廠用電系統

該項目初始設計為配置一台雙電源快速切換裝置，如圖2所示，控制對象隻有兩個斷路器，CB1和CB2，顯然初始設計忽略了母聯斷路器的影響，不能滿足該項目對兩台機廠用電通過母聯斷路器相互備用的要求。

通過查閱國産主流快切裝置的原理說明發現，快切裝置的應用場合均為圖2所示的接線方式，類似圖1所示的單母分段主接線方式，需通過備自投裝置來實現電源的相互備用，而備自投裝置的動作時間要遠遠大于快切裝置，且無快切裝置所具備的同期捕捉、殘壓切換等功能，一般用于低壓配電系統且對切換速度要求不太嚴格的場合。

圖2 快切裝置典型适用主接線

本文通過對比兩種廠用電接線方式的不同，綜合考慮快切裝置和備自投裝置切換功能的特點，提出用兩台快切裝置共同作用來滿足同時控制三個斷路器的方案，下面從不同方面來說明初始設計的不足之處，并提出完善措施。通過試驗驗證及投運後的動作情況來看，該方案是可行的。

1.1 裝置配置方面

該項目廠用電快切裝置選型為SID—8BT—A，根據有關研究文獻可知，其典型控制原理如圖2所示，比較圖1與圖2兩種不同的廠用電接線形式可見，圖2接線方式中快切裝置的控制對象隻有兩台斷路器，是兩台斷路器之間的切換；而圖1接線方式中快切裝置的控制對象為三台斷路器，需要實現三台斷路器之間的“三取二關系”，常規的快切裝置是無法實現的。因此，快切裝置的選型不合适。

1.2 保護配置方面

該項目對于高壓廠用變壓器高壓側保護裝置的選型為西門子保護裝置7UT85，安裝于高壓側斷路器CB1開關櫃上，保護配置有過電流保護、過負荷保護、低壓側零序保護、差動保護及非電量保護。變壓器低壓側保護裝置選型為7SJ8021，安裝于低壓側斷路器CB2開關櫃上，僅配置有電流速斷保護和複壓過電流保護。對于廠用變壓器高壓側保護來說，過電流保護、差動保護，以及設在7UT85裡的低壓側零序Ⅱ段保護均應有“啟動切換”的功能，零序Ⅰ段應具有“閉鎖切換”的功能。

對于其低壓側保護來說，不管是速斷保護還是過電流保護均應具有“閉鎖切換”的功能，不需要“啟動切換”功能。因此，原設計高壓側保護動作後隻有“啟動切換”而沒有“閉鎖切換”的功能是不合理的。

主變不僅要将發出的電能輸送至電網，同時還擔負着為廠内提供廠用工作電源的職責，任意一台主變跳閘都将造成本台機組的廠用電失去，所以主變保護動作跳閘的同時應提供“啟動切換”的命令，以使快切裝置快速動作，将失電的6.3kV段切換至另一段供電。因此主變保護未設計啟動快切的信号，同樣是不合理的。發電機保護動作後通過跳開發電機出口開關即可切除故障，不影響廠用電，因此發電機保護不必配置啟動快切的信号。

母聯斷路器CB5作為備用電源斷路器，其保護配置了速斷保護和過電流保護兩種，均帶有延時。當某一工作電源失電并成功啟動快切裝置動作時，備用電源将自動投入，即CB5由快切裝置發出合閘命令，若此時故障未切除，也即備用電源投于故障母線，則備用電源的保護應無延時加速跳閘，這就需要備用電源保護要有收到快切裝置發出的“啟動後加速”信号且備用電源保護動作時，自動取消保護延時的功能。由此可見，備用電源保護未配置此功能也是不合理的。

1.3 二次回路方面

通過上述保護配置的分析可知，在廠用電快速切換系統的二次回路方面，至少存在以下幾點不足之處：

1）缺少廠用變壓器高壓側保護7UT85動作後閉鎖快切裝置動作的回路；2）缺少主變保護動作後啟動快切裝置動作的回路；3）快切裝置缺少啟動備用電源保護加速跳閘功能的回路。

2.1 裝置配置方案優化選擇

鑒于該項目廠用電接線形式的特殊性，可實施的方案有三種。

方案一：更換設備。國産常規的廠用電快速切換裝置均适用于圖2所示的主接線形式，即控制對象為兩台斷路器，而備自投裝置可以控制三台斷路器，且适用于單母分段接線方式，但備自投切換時間長，原理簡單，不具備快速切換、同期捕捉切換等功能，因此通過更換不同型号的設備不能滿足要求。

方案二：更換設備程序。國産的微機自動裝置，内部邏輯基本是由硬件搭建而成，若要更換程序版本，就需要更換硬件闆卡，從國内發貨時間太久。另外即使更換了闆卡，其對應的開入和開出信号勢必要變更和增加，盤櫃内部走線也要重新設計，在項目現場難以實現。

方案三：增加一台快切裝置，每台快切裝置控制兩台斷路器，備用電源斷路器CB5由兩台快切裝置共同控制。該方案通過增加一台快切裝置，使每台裝置隻控制一個工作電源斷路器和母聯斷路器來實現兩段6.3kV母線的相互備用。即當圖1中1号機6.3kV母線失電時，快切裝置K1（将兩台快切裝置命名為K1、K2）動作，跳開工作電源斷路器CB2，并合上備用電源斷路器CB5。反之，若2号機6.3kV母線失電，快切裝置K2動作，跳開工作電源斷路器CB4，并合上備用電源斷路器CB5。

項目現場僅需考慮增加新增快切裝置的二次回路，并對快切盤櫃内部回路按照原有回路進行改造即可完成，無需考慮對原有快切裝置功能及二次回路的影響，便于執行，因此采用此方案。

2.2 保護啟動切換功能的優化

根據标準要求及上述分析，高壓廠用變壓器分支零序保護Ⅰ段保護動作後要閉鎖快切裝置動作，因此對高壓廠用變壓器高壓側保護7UT85的内部邏輯進行再次配置，增加“閉鎖快切動作”出口，并将其對應的接線端子接引至端子排。

常規國産的主變壓器保護裝置基本都包括主變和廠用變壓器的保護項目，因此，隻需要在一處設計一個保護動作後的“啟動快切”信号，這也是集中式理念保護裝置的優點之一。而西門子保護設計的理念剛好相反，為分散式，即廠用變壓器的保護裝置僅保護廠變，主變壓器的保護隻保護主變，造成主變保護遺漏“啟動快切動作”的出口設計，因此要對主變保護的内部邏輯進行修改，增加“保護啟動切換”出口，并将其對應的接線端子接引至端子排。

對備用電源，即6.3kV母聯斷路器保護而言，同樣需要增加保護邏輯。快切裝置啟動切換的同時，會送出一個動作信号，該信号用于取消母聯斷路器速斷保護和過電流保護的延時，所以，母聯斷路器的保護裝置要增加兩個開入信号通道，即“啟動後加速”。此處的功能缺失同樣是由将快切裝置應用于單母分段接線方式而造成的。

2.3 二次回路

綜合上述優化改進措施，廠用電快速切換系統接入信号彙總見表1。

表1 優化後快切裝置信号

表1（續）

2021年11月22日，2号燃機在試驗期間手動解列時，由于燃機發電機保護未将跳11kV進線斷路器的邏輯解除而造成誤跳11kV進線斷路器，造成2号機廠用電源失去，快切動作波形如圖3所示。

從圖3可看出，本次廠用電實現電源切換的方式是失電壓啟動殘壓切換，這是因為燃機發電機保護動作誤跳11kV母線進線斷路器，而發電機保護不會啟動快切裝置，且此時主變保護及高壓廠用變壓器保護均無動作信号，因此快切裝置隻有進入失電壓啟動的方式。

圖3 K1失電壓啟動切換波形

本文對現有廠用電快切系統的設計進行較為全面的優化改進，在一年多的運行中，經曆了手動并聯啟動切換、失電壓啟動切換和保護啟動切換等實際工況的驗證，充分證明了本次優化改造的正确性。發電廠正常工作廠用電源能否在故障情況下成功切換至備用電源，保證重要輔機不停電，直接關系到發電廠主設備的安全運行，因此快切裝置動作的可靠性與合理性至關重要。

目前國内快切裝置的應用已非常廣泛和成熟，但應用于圖1所示廠用電接線方式的案例不常見，該項目優化改造的成功，具有一定的工程參考意義。

本文編自2022年第8期《電氣技術》，論文标題為“某電廠單母分段接線方式廠用電快速切換系統存在的問題及改進措施”，作者為李洲、方子朝等。

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