電源切換對于廠用電源來說非常的常見，對于電源切換有專門的實驗分析，下面小編就為大家?guī)�來了廠用電源切換改造與實驗分析，感興趣的朋友可以看一看哦！

摘要：10kV一次廠用電系統(tǒng)分段母線之間沒有廠用電切換裝置，不符合規(guī)范要求，是機組安全經(jīng)濟運行的隱患。分析對比備自投裝置和快切裝置工作原理，選用快切裝置對廠用電源切換進行改造并實驗，實現(xiàn)無擾動切換，取得理想效果，具有良好的安全效益和經(jīng)濟效益。同時，探討在機組分期建設時，應統(tǒng)籌規(guī)劃，保證新舊系統(tǒng)的完善性和可靠性。

1設備概況

徐州金山橋熱電有限公司現(xiàn)裝機規(guī)模6×90t/h循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）+3×220t/hCFB鍋爐+5×15MW背壓式汽輪發(fā)電機組，供汽能力900t/h，承擔著近60家企事業(yè)單位的供熱任務，是徐州市骨干熱電企業(yè)。老廠區(qū)裝機6×90t/hCFB鍋爐+3×15MW背壓機組，分三期建成。廠用電系統(tǒng)包含10kV一級廠用電系統(tǒng)和400V二級廠用電系統(tǒng)，10kV廠用電系統(tǒng)按爐分段，1、2號發(fā)電機組分別接于10kVⅠ段和Ⅱ段母線上，電廠通過兩回35kV出線接入當?shù)仉娋W(wǎng)。10kVⅠ、Ⅱ段一次系統(tǒng)如圖1所示。1號機組和2號機組由不同的設計院設計，分期建成，10kVⅠ段和Ⅱ段母線之間沒有設計廠用電切換裝置，1號機組或2號機組停運時，相對應的10kVⅠ段或Ⅱ段母線失去了自發(fā)電源。由于，從電網(wǎng)倒送電成本是0.67元/kWh，而公司自發(fā)電成本才0.22元/kWh，為減少電網(wǎng)倒送電量，降低用電成本，10kVⅠ段或Ⅱ段母線上的負荷必須采取人工倒閘操作的方式切換到另一段母線接帶。人工切換廠用電源時，正在運行的鍋爐等設備不得不暫時壓火停運，待完成廠用電源切換后再恢復運行。由于廠用電系統(tǒng)設計的不完善，無法實現(xiàn)廠用電源的無擾動切換，制約機組運行方式的靈活性，嚴重影響電廠的安全性、經(jīng)濟性及供熱穩(wěn)定性。

2廠用電系統(tǒng)切換改造的必要性

10kVⅠ段和Ⅱ段母線之間沒有廠用電切換裝置，存在以下問題。

2.1不符合規(guī)范要求，容易引發(fā)全廠全停事故

《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》、《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求及編制釋義》是電力系統(tǒng)防范重大生產(chǎn)事故的強制性文件，其明確規(guī)定，重視機組廠用電切換裝置的合理配置及日常維護，確保系統(tǒng)電壓、頻率出現(xiàn)較大波動時，具有可靠的保廠用電源技術措施。

2.2發(fā)電機組或主變壓器故障停運時，無法保證廠用電

正常情況下，1#、2#發(fā)電機組并列運行，所發(fā)的電量分別通過1#、2#主變壓器并入電網(wǎng)，母線聯(lián)絡開關100開關在分閘位置。1#、2#發(fā)電機組和1#、2#主變壓器運行中都有可能意外跳閘，由于10kVⅠ段和Ⅱ段母線之間沒有廠用電切換裝置，一旦1#、2#發(fā)電機組跳閘，就不能迅速將跳閘機組的廠用電切到另一臺機組，會從電網(wǎng)倒送高價電維持該臺機組的運行；而一旦1#、2主變壓器意外跳閘，如果1#、2#發(fā)電機不能自帶廠用電，會造成對應機組廠用電失電，危及設備安全，引發(fā)事故。

2.3影響供熱的穩(wěn)定性，容易引發(fā)供熱中斷事件

由于熱電生產(chǎn)的特殊性，從發(fā)電供熱、輸送到用電用熱必須同時一次完成，連續(xù)進行并且還要時刻保持平衡。一旦熱電廠生產(chǎn)不穩(wěn)定，勢必影響對外供電供熱的連續(xù)性和穩(wěn)定性，甚至中斷供電供熱，給下游用熱單位造成巨大損失，容易引發(fā)大面供熱中斷的社會事件，破壞和諧局面。

3廠用電切換改造要求

3.1規(guī)程規(guī)范對廠用電可靠性的要求

保證廠用電不中斷是機組連續(xù)可靠運行，保證供熱穩(wěn)定的前提。為此，廠用電系統(tǒng)各段母線必須按照規(guī)程規(guī)范配備兩路電源，無論出現(xiàn)何種情況，兩路電源能夠在最短的時間內(nèi)快速切換，保證電源的連續(xù)性，避免斷路器、保護裝置失壓保護動作。

3.2用電設備對廠用電切換的要求

對于不同的用電負荷，在失電后所表現(xiàn)的物理特征也不同。對于純阻性負荷，在失去工作電源后母線電壓立即下降到0。電廠用電負荷以感性負載電動機、變壓器為主，正在運行中的電動機一旦失去電源，母線電壓衰減速度與電動機數(shù)量、容量及其拖動的機械特性有關，且失電后的電動機通過其剩余的動能及轉子剩磁轉入異步發(fā)電狀態(tài)，使負荷母線上呈現(xiàn)出一個電壓幅值和頻率逐漸衰減的殘壓。母線殘壓特性曲線和切換極限如圖2所示。這個殘壓與備用電源電壓之間形成不斷變化的夾角θ，在此期間，合上備用電源開關，將對惰走中的電機形成沖擊，其沖擊電壓ΔU值與夾角θ有關，顯而易見，當θ=180°時，ΔU最大，如果此時合上備用電源，對電機沖擊最嚴重，威脅電機安全和自啟動。因此，必須選擇合適時機才能合上備用電源，使電機既承受較小的沖擊電壓又能夠成功自啟動。備用電源切換時廠用電系統(tǒng)等值電路圖及相量圖如圖3、圖4所示。根據(jù)圖3、圖4，備用電源合閘時，ΔU一部分落在備用電源等值阻抗XB上，另一部分則落在母線上以電動機為主的等值阻抗XM上，電動機耐受電壓UM：UM=UXMXB+XM（1）式中：UM———備用電源合閘時電動機耐受電壓(kV)；XM———母線上電動機群和低壓負荷折算后的等值阻抗(Ω)；XB———備用電源等值阻抗(Ω)；U———母線殘壓U與備用電源電壓UB之間的相量差電壓（kV）。一般電動機可以承受1.1倍額定電壓Un，因此，備用電源合閘時，施加在電動機上的電壓不超過這個耐受電壓，電動機就是安全的，可以使絕大部分乃至全部電機迅速再受電，重新恢復運行。UM=UXMXB+XM=1.1Un式中：K值反應電動機群阻抗占總阻抗的份額，故稱為分壓系數(shù)。根據(jù)本公司廠用電系統(tǒng)特性計算出K=0.71，ΔU（%）=1.55，在圖1中，以A點為圓心，以1.55為半徑，畫出A′-A″圓弧，在其右側范圍內(nèi)備用電源合閘都是安全的。如果廠用電系統(tǒng)負載少，XM增大，K值也增大，允許的ΔU就小，則以此為半徑畫出的曲線就移向右側，如圖2中的B′-B″曲線。3.3生產(chǎn)運行方式對切換邏輯要求考慮到2臺機同時運行、單臺運行、兩臺機停運等多種運行方式，對廠用電切換提出了多達10種情況的電源切換要求，目標是無論出現(xiàn)何種情況，都能快速切換，保證10kVⅠ段、Ⅱ段母線不斷電，從而保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行。

4廠用電源切換改造方案

目前，能夠完成廠用電源切換的裝置有兩種：備用電源自動投入裝置（以下簡稱備自投裝置）和微機備用電源快速切換裝置（以下簡稱快切裝置）。

4.1備自投裝置

以圖1為例，傳統(tǒng)備自投裝置工作原理（以一種工況為例）：2臺機組同時運行時，Ⅰ段、Ⅱ段母線電源由對應的發(fā)電機提供，開關101、103、102、104在合閘位置，開關100在分閘位置，如果開關101、103故障跳閘，Ⅰ段母線失電，開關101、103跳閘其輔助接點啟動備自投裝置，經(jīng)延時并判斷Ⅰ段母線電壓降至零或整定值（一般是15%~30%額定電壓），合開關100，完成備用電源切換。從以上切換邏輯發(fā)現(xiàn)，備自投裝置起動條件概括起來有3個，即①工作電源已斷開；②備用電源電壓正常；③負荷母線電壓為零或整定值。備自投裝置電源切換存在以下問題。4.1.1切換速度慢，延時長，切換成功率低備自投裝置切換采用工作開關先斷開而后等待母線殘壓降到零或者很低的整定值才合備用開關的串聯(lián)方式。從工作電源切除開始，母線殘壓幅值和頻率逐漸衰減，殘壓與備用電源之間的相角差θ不斷變化，這個衰減時間、頻差、相角差與母線上的負荷息息相關，負荷越大，衰減的越慢，達到首次反相和再次同相的時間越長，經(jīng)過一段時間才能衰減到0。滿足切換條件時，母線電壓為0，表明電機已全部停轉；母線電壓很低，說明電動機群的轉速下降過多，甚至有的電機轉速已經(jīng)降到0，造成電動機群自啟動電流過大，對母線電壓沖擊很大，電壓進一步降低，導致備用電源速斷保護動作，備用電源切換失敗。4.1.2無同期判別功能，容易沖擊用電設備，影響設備安全備自投裝置切換條件沒有母線殘壓與備用電源之間相角差θ的判別，容易在圖2中A′-A″曲線左側區(qū)域合閘，等同于非同期合閘，使電機等廠用電設備遭受很大沖擊，甚至造成設備損壞。鑒于以上情況，備自投裝置一般使用在輸煤系統(tǒng)、化學系統(tǒng)等400V二級廠用電系統(tǒng)，在10kV一級廠用電系統(tǒng)上很少使用。

4.2快切裝置

快切裝置采用工業(yè)級CPU和超大規(guī)�？删幊踢壿嬓酒�，精確測量，實時跟蹤計算母線電壓、頻率、頻差、相角等參數(shù)，具有快速切換、捕捉耐受電壓點切換、同期切換、殘壓切換、長延時切換等5種切換條件和并聯(lián)、串聯(lián)、同時3種切換模式，組合靈活，方案豐富。4.2.1快速切換在啟動切換瞬間，判斷母線電壓與備用電源電壓相角差、頻差在定值之內(nèi)，且母線電壓不低于定值，則立刻合閘備用開關，即圖2中殘壓特性曲線B點以前進行的切換。4.2.2捕捉耐受電壓點切換實時監(jiān)測母線電壓與備用電源電壓之間不斷變化的ΔU、相角差，并預測其變化趨勢，測算電機耐受電壓UM增大到允許值之前，完成備用電源的投入，此時，母線殘壓還很高，同時電動機轉速下降不多，系統(tǒng)可以迅速恢復工作。4.2.3同期切換工作電源被切除后，母線上殘壓相量將繞備用電壓相量向滯后方向旋轉，在首次出現(xiàn)相角差為零時完成的備用電源切換。快切裝置具有頻率自動跟蹤技術，根據(jù)頻率、相角、幅值的變化規(guī)律，計算出母線殘壓與備用電源電壓第一次相位重合的時間，考慮開關固有合閘時間，提前發(fā)出合閘指令，在首次同相時精準合閘。4.2.4殘壓切換當母線殘壓下降到到整定值（20%~40%額定電壓）時進行的切換。殘壓切換是同期切換的后備。殘壓切換無須判斷相角和頻率差，是一種非同期切換。4.2.5長延時切換由于殘壓定值設置不當或者母線殘壓不易衰減等各種原因，以上4種切換都沒有成功，設置了長延時切換作為以上4種切換的總后備。以上5種切換條件可以通過投退軟壓板獨立選擇�？烨醒b置一旦啟動切換程序，將根據(jù)各切換準則的投退設置，依次計算并判斷各切換準則是否滿足，若任一切換準則滿足，則發(fā)合備用電源開關指令，完成電源切換。以上5種切換依次是備用切換關系，如失去快速切換的機會，則裝置自動轉為捕捉耐受電壓點切換，依次替續(xù)，大大提高廠用電切換的成功率。綜合比較備自投裝置和快切裝置工作特性，為保證電源切換的安全性和可靠性，選擇快切裝置進行廠用電源切換改造。5改造效果2013年10月，投資17萬元對10kVⅠ、Ⅱ段廠用電系統(tǒng)進行技術改造，在原發(fā)變組保護柜增加一套快切裝置，并根據(jù)現(xiàn)場系統(tǒng)和運方需求，定制了適宜的切換方案和非標邏輯程序。改造后，在1#機組運行，2#機組停運的運方下，分別手動斷開100開關和102開關模擬故障跳閘，利用快切裝置對10kVⅡ段母線進行了4次電源切換實驗，沒有運行設備掉電停運，切換平穩(wěn)無擾動，效果理想。實驗1錄波如圖5所示，4次電源切換實驗記錄表1所示。改造4年來，1#、2#機組倒停時再也不需要從電網(wǎng)倒送電，節(jié)約用電成本；同時，降低人員操作的工作量和誤操作的風險；廠用電源切換安全可靠，大大提高機組運方的靈活性，經(jīng)濟效益和安全效益明顯。6%結論與探討徐州金山橋熱電有限公司老廠區(qū)現(xiàn)裝機6臺CFB鍋爐+3臺背壓式汽輪發(fā)電機組，由不同的設計院設計，分三期建成。由于缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，廠用電系統(tǒng)10kVⅠ段和Ⅱ段母線之間沒有設計廠用電切換裝置，只能采取人工倒閘操作的方式進行廠用電源切換，不符合規(guī)范要求，容易引發(fā)廠用電缺失，是機組安全經(jīng)濟運行的隱患，容易造成供熱中斷的社會事件。分析對比備自投裝置和快切裝置工作原理，選用快切裝置對廠用電源切換進行改造，編制針對性的切換方案和非標邏輯程序，改造后，進行電源切換實驗，取得理想效果，消除安全隱患，具有良好的安全效益和經(jīng)濟效益。無論何種情況，保證廠用電系統(tǒng)各段母線電源不中斷，是強制性要求，是機組可靠運行、保證供熱穩(wěn)定的前提。在機組分期建設時，應統(tǒng)籌規(guī)劃，做好新舊系統(tǒng)的接續(xù)和配合，采取技術措施，保證系統(tǒng)的完善性和可靠性。

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