300MW火电机组集控运行教科书(9)

的最高起动电压 , 设为 1.1 倍额定电压孔 , 则有

假定正常运行时工作电源与备用电源同相 , 其电压相量端点为 A, 则母线失电后残压相 量端点将沿残

压曲线由 A 向 B 方向移动 , 如能在 A-B 段内合上备用电源 , 则既能保证电动 机安全 , 又不使电动机转速下降太多 , 这就是所谓的 \快速切换 \

·

·

。

图 3 6 3 中 , 快速切换时间应小于 0.2s, 实际应用时 ,B 点通常由相角来界定 , 如ω 0, 即应有一定的提前量 , 提前量的大小取决于频差和合闸时间。如在合闸固有时间内平均频差 为 lHz, 合闸时

间为 1 ∞邸 , 则提前量约为 3600

快速切换的整定值有两个 , 即频差和相角差 , 在装置发出合闸命令前瞬间将实测值与整 定值进行比较

, 判

断是否满足合闸条件。由于快速切换总是在起动后瞬间进行 , 因此频差和 相差整定可取较小值。

2. 同期捕捉切换

图 343 中 ; 过 B 点后 BC 段为不安全区域 , 不允许切换。在 C 点后至 CD 段实现的切换

以前通常称为 \延时切换 \或 \短延时切换 \。前面已分析过 , 用固定延时的方法并不可靠。 最后的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化 , 尽量做到在反馈电压与备用电源电压相量第 一次相位重合时合闸 , 这就是所谓的 \同期捕捉切换 \。以上图为例 , 同期捕捉切换时间约 为 0. 缸 , 对于残压衰减较快的情况 , 该时间要短得多。若能实现同期捕捉切换 , 特别是同相 点合闸 , 对电动机的自起动也很有利 , 因此时厂母电压衰减到 65%~70% 左右 , 电动机转 速不至于下降很大 , 且备用电源合上时冲击最小。

需要说明的是 , 同期捕捉切换之 \同期 \与发电机同期并网之 \同期 \有很大不同 , 同 期捕捉切换时 , 电动机相当于异步发电机 , 其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场 , 而 转子不存在外加原动力和外加励磁电流。因此 , 备用电源合上时 , 若相角差不大 , 即使存在 一些频差和压差 , 定子磁场也将很快恢复同步 , 电动机也很快恢复正常异步运行。所以 , 此 处同期指在相角差零点附近一定范围内合闸

( 合上 )

。

在实现手段上 , 同期捕捉切换有两种基本方法 : 一种基于 \恒定越前相角 \原理 , 即根 据正常厂用负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度 ( 取决于该时的频差 ) 和合闸回路的总时

间 , 计算并整定出合闸提前角 , 快切装置实时跟踪频差和相差 , 当相差达到整定值 , 且频差 不超过整定范围时 , 即发合闸命令 ; 当频差超范围时 , 放弃合闸 , 转入残压切换。这种方法 优点是较为可靠 , 合闸角不至偏差太大 , 缺点是合闸角精确度不

高 , 且随厂用负载变化而变 化。另一种基于 \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 , 计算出离相角差过零点的时间 , 当该时间接近合闸回路总时间时 , 发出合闸命令。 该方法从理论上讲 , 能较精确地实现过零点合闸 , 且不受负荷变化影响。但实用时 , 需解决 不少困难 : 一是要准确地找出频差、相角差变化的规律并给出相应的数学模型 , 不能简单地 利用线性模型 ; 二是由于厂用电反馈电压频率变化的不完全连续性 ( 有跳变 ) 及频率测量的 间断性 (lOm 一点 ) 等 , 造成频差及相差测量的间断和偏差 ; 另外 , 合闸回路的时间也有 一定的离散性等。由于在同期捕捉阶段 , 相差的变化速度可达 1~20/lm, 因此任何一方面 产生的误差都将大大降低合闸的准确性 o

同期捕捉切换整定值也有两个。当采用恒定越前相角方式时 , 为频差和相角差 ( 越前 角 ); 当采用恒定越前时间方式时 , 为频差和越前时间 ( 合闸回路总时间 ) 。同期捕捉方式 下 , 频差整定可取较大值。

3. 残压切换

当残衰减到 20%~40% 额定电压后实现的切换通常称为 \残压切换 \。残压切换虽能保

证电动机安全 , 但由于停电时间过长 , 电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大 限制。在图 3 64 情况下 , 残压衰

·

减到 40% 的时间约为 1s, 衰减到 20% 的时间约为 1.4s 。而 对另一机组的试验结果表明 , 衰减到 20% 的时间为 2so

4. 长延时切换

长延时切换是在以上三种切换方式均无法实现或由于系统或辅机原因而不能采用以上三

种方式进行的切换。其原理是 : 在跳开工作电源开关足够长的时间 , 如过 3~5s 后再合上备 用电源。这种方式在国内采用很少 , 但国

外的快切装置有此种方式。

三、典型装置功能与操作介绍

以 MFC(2 α m) 型微机快切装置为例 , 介绍新型快切装置的功能

, 同时叙述快切装置的

操作。

1. 切换功能

(1) 正常切换。正常切换是指升负荷过程中 , 当机组的负荷大于其额定功率的 30% 时 ,

将 6kV 厂用电源由备用电源切换至工作电源 ; 或在减负荷过程中 , 将 6kV 厂用电源由工作 电源切换至备用电源 , 由运行人员 ( 或 DCS 控制菜单 ) 来完成的厂用电切换。

正常切换由手动起动 , 在控制台、 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。正常切换有以下几种 方式 :

1) 并联切换。

并联自动 : 手动起动 , 若并联切换条件满足 , 装置将先合备用 ( 工作 ) 开关 , 经一定延

时后再自动跳开工作 ( 备用 ) 开关 , 如在这段延时内 , 刚合上的备用 ( 工作 ) 开关被跳开 , 则装置不再自动跳工作 ( 备用 ) 。若起动后并联切换条件不满足 , 装置将闭锁发信 , 并等待 复归。

并联半自动 : 手动起动 , 若并联切换条件满足 , 合上备用 ( 工作 ) 开关 , 而跳开工作

( 备用 ) 开关的操作由人工完成 , 若在规定的时间内 , 操作人员仍未跳开工作 ( 备用 ) 断路 器 , 装置将发出告警信号。若起动后并联切换条件不满足 , 装置将闭锁发信 , 并等待复 归。

2) 正常同时切换。

手动起动 , 先发跳工作 ( 备用 ) 开关命令 , 在切换条件满足时 , 发合备用 ( 工作 ) 开关

命令。若要保证先分后合 , 可在合闸命令前加一定延时。

正常同时切换可有三种切换条件 : 快速、同期捕捉、残压切换 , 快切不成功时自动转入 同期捕捉或残压。

3) 操作步骤 , 以常见的并联半自动将备用电源倒为工作电源为例 , 首先要确定是在装 置上还是在控制台上进行操作 , 一般控制台对应控制方式中的 \远方 \切换 , 装置对应控制 方式中的 \就地 \切换。在确定控制方式后 , 检查快切装置己复归 , 没有快切装置闭锁信 号 , 将串 / 并联方式选择 \并联 \选 \半自动 \手动起动 , 则工作电源合上与备用电源并 列运行 , 运行人员手动断开备用电源开关 , 并复归装置 , 为下一次切换作准备。

(2) 事故切换。事故切换由保护出口起动 , 为单向 , 即只能由工作电源切向备用电 源。

事故切换有两种方式 : 串联切换时保护起动 , 先跳工作电源开关 , 在确认工作开关已跳 开且切换条件满足时 , 合上备用电源。串联切换有三种切换条件 : 快速、同期捕捉、残压。 事故同时切换时由保护起动 , 先发跳工作电源开关命令 , 在切换条件满足时即 ( 或经延时 ) 发合备用电源开关命令。事故同时切换也有三种切换条件 : 快速、同期捕捉、残压。

要保证快切装置在事故下能正确动作 , 则首先保证装置电源正常 , 没有闭锁信号 , 没有 报警信号 , 一般将装置至于 \串

联 \自动 \方式。

不正常情况切换由装置检测到不正常情况后自行起动 , 为单向 , 即只能由工作电源切 向备用电源。不正常情况指以下两种

情况 : ①厂用母线失电。当厂用母线三相电压均低 于整定值 , 时间超过整定延时 , 则装置根据选择方式进行串联或同时切换。切换条件 : 快速、同期捕捉、残压。②工作电源开关误跳。因各种原因 ( 包括人为误操作 ) 造成工 作电源开关误跳开 , 装置将在切换条件满足时合上备用电源。切换条件 : 快速、同期捕 捉、残压。

2. 低压减载功能

切换过程中的短时断电将使厂用母线电压和电动机转速下降 , 备用电源合上后电动机成

组自起成功与否将主要取决于厂用母线电压。此时若切除某些不重要辅机 , 将有利于重要辅 机的自起动。装置可有二段低压减载出口 ,

二段可分别设定延时 , 以备用电源合上为延时起 始时间。

3. 闵锁和报警、故障处理功能

某些保护动作时 ( 如分支过流、母差等 ), 为防止备用电源误投入故障母线 , 可由这些

保护将装置闭锁 , 装置将给出信号并等待复归。

换过程中如发现一定时间内该跳的开关未跳开或该合的开关未合上 , 装置将根据不同的切换 方式分别处理并给出信置异常闭锁信号。如同时切换或并联切换中 , 若该跳开的开关未能跳 开 , 将造成两电源并列 , 此时装置将执行去搞合功能 , 跳开刚合上的开当装置内部软连接片或控制台闭锁开关闭锁装置的跳合闸出口时 , 装置将给出出口闭锁 装置起动切换的必要条件之一是工作、备用开关一个合着 , 另一个打开 , 若正常监测时 信号以警示运行人员 , 出口闭锁可往复技退 , 不必经手动复归。

发现这一条件不满足 ( 工作开关误跳除外 ), 将闭锁出口 , 并发信号、等待复归。另外 , 切

关。

若工作电源投入时备用电源失电或备用电源投入时工作电源失电 , 都将无法进行切换操 作 , 装置将给出报警信号并进

入等待复归状态。考虑备用段 'IV 检修的情况 , 可将此功能进 行投退。但退出后 , 后备失电情况下 , 只能实残压切换。

厂用母线 'rv 一相或二相断线时 , 装置将闭锁报警并等待复归。 装置技人后即始终对某些重要部件如 C 町、 RAM

、

EPROM EEPROM A/D 等进行自检 ,

、

、

一旦有故障将闭锁报警 o

装置开关电源输出为 + 衍 , 土 15V, ± 24V 。任一路失电都将引起工作异常 , 特设电压

监视回路并独立于 CPU 工作 , 一旦失电立即报警。

等待复归是一个总的信号 , 在下列情况下 , 装置将自行闭锁 , 进入等待复归状态 , 在此 状态下 , 将不响应任何外部操

作及起动信号 , 只能手动复归解除。如闭锁或故障仍存在 , 则 复归后信号依旧 : ①进行了一次切换操作后。②发出闭锁 ( 出

口闭锁除外 ) 信号后。出口闭 锁由人工投退。③发生故障情况后 ( 电压消失除外 )

四、快切装置应用中的问题

1) 快速切换在快速开关问世以后才得以实现。快速开关的合闸时间一般小于 1 ∞ m,

有的甚至只有 40~5Om 左右 , 这为实现快速切换提供了必要条件。假定事故前工作电源与 备用电源同相 , 并假定从事故发生到工

。

作开关跳开瞬间 , 两电源仍同相 , 则若采用同时方式 切换 , 且分合闸错开时间 L 断电时间 ) 整定得很小 (1Om), 则备用

电源、合上时相角差也很 小 , 冲击电流和自起动电流均很小。若采用串联切换 , 则断电时间至少为合闸时间 , 假定为 1 ∞ m, 对 30 万机组 , 相角差约为 200~300 左右 , 备用电源合闸时的冲击电流也不很大 , 一 般不会造成设备损坏或快切失败。

2) 快速切换能否实现 , 不仅取决于开关条件 , 还取决于系统接线、运行方式和故障类 型。系统接线方式和运行方式决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电压间的初始相 角 , 若该初始相角较大 , 如大于 200, 则不仅事故切换时难以保证快速

切换成功 , 连正常关 联切换也将环流太大而失败或造成设备损坏事故。故障类型则决定了从故障发生到工作开关 跳开这一期间厂用母线电压和备用电源电压的频率、相角和值变化 , 此外保护动作时间和其 他有关开关的动作时间及顺序也将影响频

率、相角等的变化。

因此 , 实际情况下 , 可能出现这样的情况 , 一是某些电厂客观条件上无法实现快速切 换 ; 二是有的机组有时快速切换成功 , 有时快切不成功。

3) 快切不成功时最佳的后备方案是同期捕捉。有关数据表明 , 反相后第一个同期点时 间约为 0.4~0. 缸 , 残压衰减到允许值 ( 如 20%~40%) 为 1~ 纭 , 而长延时则要经现场试验 后根据残压曲线整定 , 一般为几秒 , 以保证自起动电流为 4~6 倍。可

见 , 同期捕捉切换较 之残压切换和长延时切换有明显的好处。

4) 目前 , 有些电厂采用发一变一线路接线方式 , 或发电机端直接升高至 5 ∞ kV, 而起 动 ( 备用 ) 电源则由附近 2 ∞ kV 或

110kV 变电所提供 , 在正常情况或某些运行方式下 , 厂用 工作电源间存大较大的初始相角差 , 且该相角差随运行方式改变而改变 , 有些时候甚至大于 20

。

, 这对快速切换非常不利。这些情况下 , 同期捕捉切换是必不可少的。

第三节高低压开关

火力发电厂的 6kV 和 380V 配电装置都采用户内成套配电装置 , 按电压分为高压开关柜、 低压开关柜和动力、照明配电箱等。

他 V 高压开关柜主要电气元件为真空断路器和真空接触器 ,380V 低压开关柜中主要元 件为交流空气开关和接触器等。

下面以特定的产品为例 , 简单介绍高低压开关设备及运行。

一、 6KV 高压开关设备

6kV 高压开关设备主要为真空开关 , 包括真空断路器、真空负荷开关、真空接触器、真

空重合器和分段器等。其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空。与其他开关相 比 , 真空开关的最大特点是触头和灭弧系统极其简单。它具有体积小、重量轻、使用寿命

长、适于频繁操作、灭弧室不用检修等其他开关品种所不具备的显著优点。

1. 真空断路器

真空断路器一般采用特殊几何形状的触头和专门研制的合金触头材料 , 其优点表现为结

构简单 , 体积小、重量轻 , 安装方便 , 防火防爆 , 适合频繁操作而维护工作量小 , 燃弧时间 短 , 熄弧后触头间隙介质强度恢复快 , 全开断时间短 , 触头寿命长等等。以某典型真空断路 器为例 , 其技术参数 : 额定电压为 6kV, 额定电流为 1250A/3150A, 遮断电流为 4OKA, 最大 关合电流 ( 峰值 ) 为 1 ∞ KA, 动稳定电流 ( 峰值 ) 为 1 ∞ KA,3s 热稳定电流 ( 有效值 ) 近

物 M,1min 工频耐压 ( 有效值 ) 为 32kV, 额定短路开断电流的直流分量应不小于 30%, 合 | 明时间运 75m, 燃弧时间

g15m, 分闸时间运 60 ± 5m, 分断时间运 75 ± 5mso

断路器由下述部件组成 : 弹簧储能的操动机构控制元件 , 装有真空灭弧室的三个极柱环 靠浇铸绝缘子和绝缘支撑 , 以及连接断路器和动触头的绝缘操作杆等 , 形状做成小车型式 , 可方便地从开关柜中抽出和推进。

在厂用 6kV 回路中 , 真空断路器多用于 6kV 工作、备用电源进线断路器、大容量电动

如 3AF 真空断路器采用直流 110V 电压控制 , 与该断路器配套安装一套综合保护 (MMP 或 mp), 用于对高压电动机和低压厂用变压器的保护 , 对 2 侧 KW 以上电动机 , 一般还装 设 MDP 型差动保护动作于相间故障。

MMP 综合保护包括短路保护 ( 正序速断 ) 、接地保护 ( 零序过流 ) 、不平衡保护 ( 负序 阳 ? 综合保护包括短路保护、过流保护、接地保护、瓦斯保护。

小车式真空断路器有断开、试验、合三个位置 , 将小车开关从断开位推到试验位加上控 过流 ) 、过负荷保护。 机和变压器回路。

制熔丝进行分闸试验 , 将小车推至合闸位 , 加上动力熔丝 , 即可遥控或就地合闸。

真空断路器同其他类型的开关一样 , 在工作过程中不可避免地要经受电、热、机械、大 气以及时间等因素的影响。因此 , 在使用中 , 应当考虑这些影响 , 真空断路器尽管触头部分 是密闭的 , 不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其开断性能 , 但是在特别恶劣的环境 中使用时 , 真空断路器的密封部分 , 特别是波纹管 , 还是会受到影响而可能使真空度降低 , 同时断路器的外绝缘也可能遭到破坏引起闪络、放电、短路等。因此在使用中应尽量保持良

好的环境 , 并定期检查灭弧室的真空度。同时虽然真空断路器具备良好的散热条件和足够的 热容量 , 正常情况下不会因温升过高而受到损坏 , 但额定电流下的接触电阻发热特别是开断 短路电流之后可能过重烧损触头的接触电阻发热要引起重视 , 在运行中要加强监视。真空断 路器具有一定的过载能力。真空断路器能适应频繁操作要求 , 在使用中应对断路器经常检 查、调整和维护。真空断路器具有良好的开断性能 , 但开断小电流时将产生电压截流现象 截流产生的急剧电流变化会在电感的两端产生过电压 , 特别是对中小容量电机、干式变压器 这类易受过电压影响的电感性负荷 , 要引起注意。断路器的基本性能主要取决于真空灭弧室 的技术性能 , 同时需要操动机构的很好配合才能实现。只有当真空断路器的各项机械特性参 数满足要求 , 断路器的诸项技术指标和性能才有保证。

2. 接触器组合装置 (F-C 回路 )

由高压限流熔断器 ( 町钮 , 代号 F) 与交流高压真空接触器 (CONmcmR, 代号 C) 及 隔离插头装配而成的手车 , 称为 IC

手车。由 F-C 手车、综合保护装置及连接主母线、电绩 的分支母线所组成的回路称为 F-C 回路。

接触器组合装置与真空断路器相比 , 造价有所降低 , 用它来控制和保护负荷 , 实现了开 关无油化的要求 , 而且使配电装置的占地面积大大减小 , 现在广泛用于对厂用 6kV 12 ∞ KW 以下的电动机和 16 ∞ kVA 以下的变压器进行控制和保护。

、

高压限流式熔断器、真空接触器、集成化的多功能综合保护继电器 , 及过电压保护装置 按特定的方法和要求在元件特性上相互配合 , 构成了 F-C 回路的保护基本特性。 F-C 回路的 基本工作原理是 : 负荷的正常启动和停止全部依靠真空接触器来完成 , 同时还

承担着部分过 负荷电流的开断任务 , 充分利用真空接触器可频繁操作、机械寿命长这种优势 ; 而较为严重

的过负荷电流或短路电流的开断任务 , 则由高压限流式熔断器 (F) 来完成 , 充分利用高压 限流式熔断器的限流特性以及预

期开断电流大的优势。将这两种元件组合在一起 , 保护上相 互配合 , 扬长避短 , 使 F-C 回路具有不同于其他开关装置的一些特点 , 如额定电流小 , 开断 电流大 , 可频繁操作 , 机械寿命长 , 可以用于某些特定的场合 , 以控制和保护某些负

载。利 用 F-C 回路的限流特性又可减少电缆的截面 , 从而降低工程的造价。

高压限流熔断器、高压真空接触器和电动机微机综合保护器 , 按照特定的方法和要求 , 在特性上相互配合 , 构成了 F-C 回路保护负载的基本特性。它具有控制和保护高压中型电动 机和电力变压器的功能。

F-C 回路具有的功能主要有短路 ( 速断 ) 保护、过载 ( 过电流 ) 保护等 , 另外还根据设 备的不同可以有电动机的堵转保护、零序电流保护、一次过电压保护、单相接地保护、断相 保护装置等。

F-C 小车式真空接触有断开、试验、合闸三个位置 , 其操作与真空断路器相似 0 3.6kV 断路器、接触器操作方法 (1)6kV\真空断路器的送电操作方法。 1) 检查开关本体无异常。

2) 检查断路器分闸指示器、位置指示器指示正确。

3) 将手车送至试验位 , 查机械卡锁装置落下 , 摇把推进器在弹出位置。 4) 推动二次插件手柄 , 将二次插件插好 0

5) 送上开关的操作、储能熔丝 , 查柜体保护室面板上接地开关、触头、分合闸指示器

指示正确。

6) 合上储能小开关 , 查储能指示灯已亮。

7) 将面板上控制方式选择开关切至 \就地 \位。

8) 做手车开关分合闸试验 , 查小车开关分、合闸指示正常 , 指示器转换正确 0

9) 查开关在断开位 , 储能机构已释放 , 取下开关的操作、储能熔丝。 10) 握住二次插件手柄 , 取下二次插件 , 并将手柄复位 , 关闭柜门。 11) 插入摇把顺时针旋转 , 将手车开关摇至工作位。

12) 拔出摇把 , 查位置指示器正确位置 , 摇把推进器在弹出位置。 13) 送上开关的操作、储能熔丝 , 查储能机构储能正常。

14) 将面板上控制方式选择开关切至 \远方 \位。

(2)6kV F-C 接触器停电的操作方法。 1) 检查接触器确已断开。

2) 查柜体保护室上位置指示器指示正确

3) 取下操作熔丝。

4) 插入摇把 , 逆时针旋转 , 将手车推至试验位置。 2) 拔下二次插件。

3) 根据安全措施要求解开机械闭锁 , 将手车拉至隔离位置。

二、低压开关设备

交流空气开关是低压厂用电系统中常用的开关设备 , 交流空气开关也称自动空气断路

器 , 当电路中发生过载、短路和欠压等不正常情况时 , 能自动切断电路 ; 也可用作对不需频 繁地起动的电动机接通、切断电

0

路。

按结构类型 , 交流空气开关可分为框架式 ( 也称万能式 ) 和塑料外壳式 ( 也称装置式 ) 两类。框架式交流空气开关能对配电电路、

用电设备实现多种不正常情况下的保护 ( 如过 我短路、欠压保护等 ); 可通过各种传动机构实现手动 ( 直接操作、贮能合、分闸操作、 杠

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