大机组6kV厂用电BZT存在的问题及其对策.docx

大机组6kV厂用电BZT存在的问题及其对策

1　厂用电自投装置的现状
　　随着发电机单机容量的增大，6 kV厂用电设备的电动机容量逐渐增大，发电厂对6 kV厂用电源的可靠性和稳定性要求也越来越高。为提高电源的可靠性，国内大型机组的6 kV厂用电的接线方式一般为分段结构，所有机炉动力设备分别接在A段（甲）、B段（乙）上运行。为了保证电源的可靠性，2段都装设了备用电源自动投入装置（BZT）。机组运行中，当工作电源故障、母线电压消失或降低，控制指令允许BZT动作，备用电源自动投入，保证6 kV厂用电电源连续供电。而传统的BZT切换装置采用的是延时切换和串联切换，因为没有检测相位回路，这种切换方式的成功率低、冲击电流大，造成6k V厂用电电源中断的事故频频发生。传统的BZT回路元器件多、故障率高，给大型发电机组的安全运行带来威胁。因此，解决6 kV厂用电电源的切换问题已经直接关系到系统的安全稳定运行。
　　2　传统厂用电BZT概况
　　2．1　构成及其功能
　　目前大型发电机组6 kV厂用电电源普遍采用传统的BZT装置，主要由电压继电器、中间继电器、开关位置触点、二次线搭接而成。装置主要有以下功能：
　　a．当6 kV母线电压的残压低于电压继电器的定值，备用电源正常时，延时跳开工作电源开关，再合入备用开关。
　　b．上一级开关跳闸后联跳本侧开关，再合入备用开关。
　　c．为了防止工作开关偷跳或误拉工作开关后，备用开关自动投入。
　　d．有保证只发一次合闸脉冲的闭锁回路。
　　2．2　厂用电切换中存在的问题
　　2．2．1　切换时间长
　　由于采用低电压（残压）启动，低电压的时间整定要求躲过相邻系统故障或高压电动机内部故障的切除时间t＝t1＋Δt，t1为相邻电源故障恢复或本段内高压电动机内部故障保护动作时间，一般为0．5～1 s，Δt为阶梯配合时间差，一般为0．5～0．8 s，所以BZT的动作时间一般为1～1．5 s。
　　2．2．2　冲击电流大
　　备用电源切换时间长，对电动机运行极其不利。由于电动机电源电压直线降低，转速下降，备用电源再投入时，电动机自启动时间延长，严重超过额定电流，电动机容易发热，同时自动投入时造成冲击电流增大，给启备变留下潜在隐患。
　　2．2．3　自投成功率低
　　只要自投控制开关在投入位置，工作电源开关跳闸或电源消失后，BZT装置动作，将自动投入备用电源。因在投入备用电源前，母线上的电动机容量各不相同，它们要进行能量交换，一部分电动机以感应发电机方式运行，另一部分电动机以电动机方式运行，因此残压的大小和频率随时间变化而变化。特别是大型机组的厂用电动机储存的电磁能和机械能相当可观，并且残压的衰减速度十分缓慢。有资料可查，在最大运行方式时，工作电源断开，其残压经过0．6 s才能衰减到25％Ue左右。根据理论分析，如果在0．3～0．5 s时间内合入备用电源开关，残压与备用电源的相位接近180°。相位不一致时，在备用电源合闸过程中冲击电流很大，若过电流投入后，加速保护，定值躲不过，就会动作而加速跳闸，造成自投不成功。相位相同或接近相同时，合入备用电源后冲击电流小，过流后加速不动作，自投成功。如果将备用电源的过流保护定值增大，会降低过流保护的灵敏度，当发生故障时造成保护拒动。
　　2．2．4　扩大厂用电事故范围
　　据有关资料统计分析，厂用电母线故障多数为永久性，因为发电厂的6 kV厂用电系统采用小电流接地方式，一旦母线发生单相接地故障，中性点电位偏移，非故障相对地电压升高到线电压值，母线绝缘薄弱部分容易造成绝缘击穿，进而发展为相间故障。当6 kV厂用电母线故障时，过电流保护动作断开工作电源开关，故障切除。工作电源开关跳闸后，BZT装置动作，备用电源开关自动投入。备用电源开关的合入，使原来的故障范围扩大（河北南网电厂曾多次发生故障扩大事例），设备损坏极为惨重。
　　2．2．5　对锅炉燃烧的影响
　　因为6 kV厂用电备用电源切换时间长，锅炉辅机设备的电动机转速明显下降，如果磨煤机和排粉机转速下降到一定转速，其风粉比就不能维持锅炉的正常燃烧。若BZT自投成功，厂用电恢复供电，由于风压发生变化，未燃烧的煤粉吹进炉膛，易造成严重的锅炉爆炸事故。为了防止这类事件的发生，当6 kV母线电压低I值（73％Ue）经0．5 s启动制粉系统连锁，低II值（47％Ue）跳送风机，启动锅炉大连锁，锅炉灭火。
　　2．3　BZT自投二次回路存在的问题
　　传统的BZT装置一般都是由电磁型继电器组成。常见的二次回路如图1所示。
　　2．3．1　低电压继电器不可靠
　　一般电压继电器都是采用电磁型继电器，整定值25％Ue，在正常运行中继电器带100 V电压，其动接点振动容易脱落或卡涩，当工作母线电压真正降低时，继电器接点不闭合。为了解决此问题，多数电厂已经更换为静态电压继电器，随之而来的新问题又暴露出来，静态继电器的辅助电源不可靠或出口小，中间的接点不容易检查。如果出现问题造成自投失败厂用电源中断。

　　2．3．2　6 kV母线电压互感器间隔二次回路不可靠
　　在低电压自投回路中串联6 kV母线电压互感器的高压侧刀闸（固定方式）辅助接点或手车互感器的机械接点。此接点若不通，当母线电压降低时自投回路不能启动，BZT拒动。
　　2．3．3　BSJ继电器延时不稳定
　　BZT装置中的BSJ继电器的作用是保证只允许BZT装置发合闸指令一次。当工作电源跳闸后，BSJ延时返回。延时的整定原则应大于备用开关的合闸时间，由于这种继电器为中间继电器，调整时间依靠短路环和磁铁间隙来完成。在长期运行中，发现延时时间不稳定，造成自投失败。马头发电总厂解决的办法是增加自保持接点及当自投出口动作后，再采取将其线圈放电的措施，但是使二次回路更加复杂化。
　　2．4　切换方式存在的问题
　　6 kV厂用电工作电源与备用电源之间的切换一般采用2种切换方式，即并联切换和串联切换。BZT自投的方式为串联切换，即工作电源开关断开后，再合入备用电源开关。正常开停机进行的厂用电操作为并联切换。并联切换的方式存在潜在的隐患，如果在切换的过程中，发生相间故障，使故障电流比正常值增加2倍，因此在切换过程中尽量缩短并联时间，降低故障危害程度。
　　3　微机型BZT装置
　　3．1　优点
　　随着计算机技术的发展，解决以上问题使BZT装置微机化，已经成为现实。目前生产的微机型厂用电BZT装置是针对传统BZT存在问题制造的新型装置。它具有许多优点。
　　3．1．1　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，其中同期捕捉切换采用恒定超前时间和恒定超前相角2种方法。
　　c．有并联、串联和同时切换功能。
　　3．1．2　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。
　　3．2　常用串联切换的3种功能
　　3．2．1　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。
　　3．2．2　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压向量第一次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。实际200 MW机组同期捕捉切换时间录波显示约为550 ms，这时残压衰减到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。
　　同期捕捉切换在实际应用中有2种方法：一种是“恒定越前相角”，根据正常厂用电负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度和合闸回路的总时间，计算并整定出合闸导前角，装置实时跟踪频差和相差，当相差达到整定值，且频差不超过整定点范围时，发出合闸命令；当频差超过范围时，放弃合闸，自动转入残压切换。这种切换方法的优点是较为可靠，现场设置采用此原理；另一种是“恒定越前时间”原理，即完全根据实时的频差、相差，依据一定的变化规律模型，当该时间接近合闸回路时间时，发出合闸命令。从理论上讲，这种方法计算精确，不受负荷变化影响，但是同期合闸成功率低，现场一般不采用。
　　3．2．3　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。
　　3．2．4　微机型BZT装置的应用效果
　　2000年马头发电总厂将微机型厂用电BZT装置应用于1台国产200 MW机组，效果显著。2000年之前BZT自投成功率仅为66．7％，2000年之后，经过3次非正常停机考验，BZT自投成功率为100％。从动作6次录波中看出，4次快速切换，2次同期捕捉切换，收到了良好的效果。
　　4　应用中应注意的问题和需要改进的措施
　　4．1　电源备用方式的改变
　　按照正常备用方式，2DL跳闸后自动投入3DL，在投入3DL时检测1PT、2PT相位，2PT正常备用方式不带电。按照检测相位的原理，在投入前2PT必须带电才能满足相位检测条件，实际1DL开关处于热备用状态，因此不满足条件。为了满足相位条件，在现场改为检测1PT与3PT之间的相位，并考虑备变高低压侧的相位差，见图2。　

　　4．2　并联切换方式的闭锁完善
　　装置中的并联切换方式，有待于完善。因为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。由图2可以看出，在由工作电源向备用电源操作切换过程中，如果没有检测备用电源是否有电流的条件，不管1DL是否在合位，检测到3DL合位后，2DL自动断开，这样会造成6 kV厂用电失电，后果不堪设想。但是，如果考虑电流闭锁条件，根据系统接线图可知，只能检测3DL回路是否有电流。对于图2系统，如果1DL没有在合位，当3DL合入后，相当于对启备变反充电，回路也有电流，因此在设置电流门槛上，有困难。为此考虑以下2种方法加以控制：
　　a．机组已经进行DCS改造，在断2DL开关的逻辑条件中，如果增加的闭锁采用并联切换方式，检测1DL开关的位置状态，即1DL、3DL开关在合位，2DL开关才允许断开。
　　b．机组没有进行DCS改造，在3DL开关位置条件中，将3DL与1DL合闸位置条件串联，等效3DL开关合闸位置信号。
　　5　结束语
　　经过应用显示出微机BZT装置很多优点，对于机组的安全运行奠定了技术保障。但是使用快速自投装置还需要真空开关的配套。