1 概 述
1.1 廠用電使用快切裝置的必要性
以往廠用電切換大都采用工作電源的輔助接點直接(或經(jīng)低壓繼電器、延時繼電器)起動備用電源投入。這種方式未經(jīng)同步檢定，用電切換成功率低或切換時間長，電動機復(fù)起動電流過大易超過允許值范圍受沖擊損壞。若經(jīng)過延時待母線殘壓衰減到一定幅值后再投入備用電源，電動機組的自起動電流很大，母線電壓將可能難以恢復(fù)，某些輔機勢必退出，嚴(yán)重時重要機組自起動困難勢必造成停機停爐。從而對電廠的穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的危害。因此國內(nèi)廠用電切換通常采用配置單獨的快切裝置來實現(xiàn)備用電源的快速投入。
本文專門就核電站內(nèi)交流供電系統(tǒng)的廠用電和備用電源的快速切換通過電源線路SEL保護裝置來實現(xiàn)的方式和功能進行探討。并與國內(nèi)發(fā)電廠通常采用廠用電快速切換裝置的效果和本質(zhì)進行比較和分析，以此來給出具體的配置方案和邏輯整定，實現(xiàn)快切功能。
2 發(fā)電機組接線方式和廠用電切換方式
2.1 發(fā)電機組接線方式
列出發(fā)電機組交流供電系統(tǒng)接線方式示意圖
由圖1電廠的交流供電系統(tǒng)圖可以看到，其供電方式為單母線雙電源方式，每段廠用工作母線均有一條工作進線，一條備用進線，以保證每段負(fù)荷具備雙電源切換。正常運行時機組廠用電由單元機組高廠變供電，停機狀態(tài)或事故狀態(tài)時，由起備變供電。另外，廠用電的用電負(fù)荷為大量的高壓感性電動機負(fù)載。當(dāng)機組或廠用工作電源發(fā)生故障時，為了保證廠用電不中斷及機組安全有序地停機，不至于因一般故障、誤動造成停電、復(fù)啟動電流過大等擴大事故，必須盡快把廠用電電源從工作電源切換到備用電源。因此，在工作進線和備用進線上裝設(shè)具有快速備用電投切的自動裝置，在國內(nèi)就是大家熟知的廠用電快切裝置。
2.2 廠用電切換方式：
電廠用電系統(tǒng)切換分為三類：即機組啟動、停機過程的正常切換和故障情況下的事故切換以及不正常切換等三種情況。具體介紹如下：
正常切換由手動啟動，在DCS系統(tǒng)或裝置面板上均可進行。正常切換是雙向的，可以由工作電源切向備用電源，也可以由備用電源切向工作電源。系統(tǒng)結(jié)線方式和運行方式?jīng)Q定了正常運行時廠用母線電壓與備用電源電壓間的初始相角，若該初始相角較大，(例如大于 20°)，正常并聯(lián)切換會因為環(huán)流太大而失敗或造成設(shè)備損壞事故。因此正常切換時，廠用電源和備用電源間必須通過同期相角檢測才能進行切換。
事故切換由廠用電故障的保護出口繼電器啟動，它是單向進行的，只能由工作電源切向備用電源。事故切換也選擇同時切換方式，即廠用電保護出口繼電器啟動的同時，啟動快切判據(jù)，當(dāng)快速切換條件滿足時合上備用電源。
正常切換和事故切換均需啟動同期檢測判據(jù)，廠用電源和備用電源間必須通過同期相角檢測才能進行切換。
不正常切換由裝置檢測到不正常情況后自行啟動，單向，只能由工作電源切向備用電源。不正常切換包括兩種情況：1)廠用母線失電2)工作電源開關(guān)誤跳。
3 線路保護和實現(xiàn)快切的應(yīng)用方式
3.1 保護裝置在進線的配置方式
電廠的廠用電進線和備線保護配置和功能如下圖所示，配置相反時限過流和保護和零序反時限過流保護，做為本線路電流保護和下級線路的電流后備保護。配置低電壓保護和同期相電壓檢測。
保護的Vs輸入端接入線路PTB相，相電壓輸入端接入母線PT的Va、Vb、Vc，線路電壓與母線電壓進行25元件的同期檢測，以此來判別工作進線和備用進線的電壓同期操作。捕捉最佳的同期時機，保證備用進線切速的切換成功。
3.2 25檢同期元件
由快切檢同期理論分析，其本質(zhì)是檢同期元件，因此，我們下面詳細(xì)討論保護裝置檢同期元件的整定和使用。
3.2.1SEL保護的同期檢測元件，設(shè)置SEL保護的同期元件E25=Y，則投入了同期檢測元件。使用了單相電壓輸入VP和VS進行比較和判斷：VP為相輸入電壓(VA、VB、VC用于星型連接電壓;VAB、VBC、VCA用于三角形連接電壓)，由整定值SYNCP決定采用那一相電壓(如果SYNCP=VA，那么VP=VA)，VS為同期檢測電壓，如接線示意圖2所示。
3.2.2圖3為進線保護的同期檢測元件25的整定值進行說明。
整定值 定義 范圍
25VLO 低電壓門檻用于“健康電壓”窗口 0.0-150.0V二次側(cè)(星型連接電壓)
0.0-260.0V二次側(cè)(三角形連接電壓)
25VHI 高電壓門檻用于“健康電壓”窗口 0.0-150.0V二次側(cè)(星型連接電壓)
0.0-260.0V二次側(cè)(三角形連接電壓)
25SF 最大轉(zhuǎn)差頻率 0.005-0.500Hz
25ANG1 同期檢測元件25A1最大角 0°-80°
25ANG2 同期檢測元件25A2最大角 0°-80°
SYNCP 同期相 VA、VB、VC(星型連接電壓)
VAB、VBC、VCA(三角形連接電壓)
TCLOSD 斷路器合閘時間用于角度補償 0.00-60.00周波
BSYNCH SELogic控制方程閉鎖同期檢測整定值 繼電器字位
3.2.3電壓合格區(qū)間值，對單相電壓輸入VP和VS設(shè)置了一個低值和一個高值的合格的電壓區(qū)間值，以便檢測輸入的VP和VS是有效的。整定值為25VLO和25VHI。在其范圍內(nèi)的電壓值被認(rèn)為是合格的并投入運算。
3.2.4轉(zhuǎn)差頻率，為了決定轉(zhuǎn)差頻率25SF，VS決定一側(cè)的頻率，另一側(cè)的系統(tǒng)頻率由接入相電壓VA(對于星型連接電壓輸入)或電壓VAB(對于三角形連接電壓輸入)決定。用其頻率反映三相電力系統(tǒng)的頻率。轉(zhuǎn)差頻率計算器輸出為：
轉(zhuǎn)差頻率=fp-fs (單位為Hz=轉(zhuǎn)差周波/秒)
fp=電壓Vp頻率 (單位為Hz=周波/秒)
fs=電壓Vs頻率 (單位為Hz=周波/秒)
完全的轉(zhuǎn)差周波是一個電壓(如：Vs)相對于另一個電壓(如：Vp)的單個360度旋轉(zhuǎn)。所有電壓均認(rèn)為是按相序方向旋轉(zhuǎn)，這樣Vs對于Vp的“轉(zhuǎn)差”是Vs超前于Vp的相對旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)差頻率輸出的絕對值通過比較器，如果轉(zhuǎn)差頻率小于最大轉(zhuǎn)差頻率整定值25SF，繼電器字位SF置位為邏輯1。
3.2.5角度差計算器
圖4中的同期檢測元件的角度差計算器在轉(zhuǎn)差頻率小于最大轉(zhuǎn)差頻率整定值25SF(繼電器字位SF置位)時運行。
同頻角差計算器：如果轉(zhuǎn)差頻率小于或等于0.005Hz，角度差計算器不進行斷路器合閘時間累計——它假定電壓Vp和Vs是“靜態(tài)的”(同頻)。這種情況發(fā)生在打開的斷路器的電壓Vp和Vs是并行取自同一電力系統(tǒng)的不同電氣路徑。角度差計算器計算電壓Vp和Vs間的角度差：
角度差=|(∠Vp-∠Vs)|
差頻角差計算器：電壓Vp和Vs是“滑動的”(差頻);如果轉(zhuǎn)差頻率大于0.005Hz，角度差計算器將包含斷路器合閘時間整定值TCLOSD(設(shè)置為周波數(shù))。角度差計算器計算電壓Vp和Vs間的角度差，并補償了斷路器合閘時間：
角度差=|(∠Vp-∠Vs)+[(fp-fs)*TCLOSD*(1秒/60周波)*(360°/轉(zhuǎn)差周波)]|
3.2.6同期檢測元件輸出
同期檢測元件輸出繼電器字位25A1和25A2在下面解釋的條件下置位為邏輯1。
電壓Vp和Vs是“同頻同期”;如果角度差小于相關(guān)的最大角度整定值25ANG1或25ANG2時同期檢測元件25A1或25A2置位為邏輯1。
電壓Vp和Vs是“差頻同期”角度差經(jīng)斷路器合閘時間TCLOSD補償后，角度差仍然小于最大角度整定值25ANG1或25ANG2，那么相關(guān)的同期檢測元件25A1或25A2置位為邏輯1。
4 結(jié)語
線路保護裝置實現(xiàn)變電站供電系統(tǒng)備用電源的快速切換方式應(yīng)用較少，通過研究國內(nèi)快切裝置我們可以發(fā)現(xiàn)備用電源快切的其核心的本質(zhì)原理，根據(jù)此原理，結(jié)合利用SEL強大的同期檢測元件和強大的邏輯編程功能，可以方便的實現(xiàn)備用電源的快速切換。
參考文獻(xiàn)
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SID-8BT 多微機同期快切復(fù)用裝置技術(shù)說明書
SEL-351,5,6,7 操作手冊
王維儉 主編 發(fā)電機變壓器繼電保護應(yīng)用 北京電力出版社
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