10.5kV厂用电快切试验及其逻辑分析

摘 要：厂用电源的可靠性对于电厂来说十分重要，由于厂用电源的失电，一方面可能会造成经济损失，另一方面可能会对系统或设备的安全运行造成不良影响。本文主要通过对某核电10.5kV厂用电源切换方式的介绍，结合现场调试情况，重点对快切逻辑进行了分析。

关键词：厂用电；10.5kV；切换；快切

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.188

1 引言

厂用电的可靠性对于电厂来讲十分重要，这直接关系到电厂的经济性及安全性。

本文重点通过对某核电厂厂用电切换方式的介绍、切换逻辑的分析、几种切换装置的优缺点进行了分析，给后续厂用电切换相关试验提供一定的借鉴作用。

2 厂用电结构图

3 快切功能实现

3.1 快切原理

当UAT因各种原因失电后，此时由于10.5kV中压母线上电动机负荷的惰转，异步电动机此时的工作方式为异步发电机，母线上所有正在惰转电动机的电压合成反馈电压。图2是某300kV机组6kV母线反馈向量轨迹（衰减较慢的情况）。

其中：K=XM/（ XS+XM）；VS为系统电压；VD为母线反馈电压；△U为VS与VD压差；XS为系统电抗；XM为中压电动机电抗；A'A"为当K=0.67时的安全合闸曲线，曲线右边为安全区；B'B"为当K=0.95时的安全合闸曲线，曲线右边为安全区。

如图2所示，正常运行时，工作电源与备用电源同相，其电压向量端点为A，母线失电后，反馈电压端点将沿曲线逆时针移动，如果能在AB段合上备用电源，此时既能保证电动机运行安全，又不会使电动机转速下降太多，这就是快切。

3.2 快切逻辑图

启动快切，需要满足如下条件：

（1）运行人员需在PLS界面上许可母线切换；（2）MSUT、UAT、发电机故障；（3）切换装置无内部报警；（4）切换装置电源电压在正常范围内；（5）M2断路器跳闸监视回路1、2正常；（6）M2断路器保护装置无跳闸信号；（7）M1、M2检同期，满足同期要求；（8）M2断路器分闸。

复归快切，需要满足如下条件：

（1）M1断路器分闸、M2断路器合闸，且母线低电压（低于90%额定电压）；（2）残压切换；（3）M2断路器合闸。

3.3 快切定值

（1）快切窗口PU为0.2s；（2）同期元件25的电压高值25VHI为63.5V，25VLO为52V，同期角度为20°；（3）低电压27B3定值為52V（额定57.74V）。

25元件的高值25VHI主要是考虑到母线上电动机负荷一般能承受的最高电压为1.1倍额定电压，而25VLO主要考虑如果母线电压较低进行同期，则启动电流过大，这样对系统乃至设备的安全运行有不良影响，因此需要这两个限值进行闭锁。

4 快切试验

在进行快切试验前，除了有些没有办法实现的情况需要进行模拟，其它情况下，我们尽可能的让试验条件接近实际运行工况。为满足快切条件需要，需要以下条件得到满足：

（1）M1给中压母线供电，M2热备用；（2）中压母线带负荷运行（根据现场条件，在进行试验时，尽可能地带了较大的泵及其它所有可以带的负荷）；（3）由于快切逻辑需要中压厂用电上游电气设备有故障才能启动快切，该核电厂快切装置为了保证切换的快速性，尽可能不影响系统上设备的稳定运行，在执行快切时，发出分M1断路器和合M2断路器是同时进行的。因此，我们人为通过一个两级空开，接入2对接点到M1断路器分闸、M2断路器合闸回路中。

图4是带上该核电厂厂用电中压FWS、CCS及4段400V负荷中心负载时的快切试验录波波形图：

由图4可以看出，快切命令发出（A点），到M1断路器分闸，用时34.8ms，从M1断路器分闸，到最终M2断路器合闸，用时24ms，整个过程用时58.8ms，整个过程，除了在M1断路器分闸瞬间因为电动机惰转反馈电压的原因，母线电压稍微有点畸形，且在M2断路器合闸前大小稍微有点下降、相角略有滞后外，电压波形平滑，切换过程平稳，切换电流平稳。在快切试验完成后，所有厂用电中压母线上负荷没有因为切换的过程有任何不正常运行状态，相应的电动机正常运行没有收到任何影响。

5 快切装置优缺点比较

根据开关动作顺序，快切装置有以下几种切换方式：

（1）并联切换。先合上备用电源，两电源短时并联，再跳开工作电源。（2）串联切换。先跳开工作电源，在确认工作电源跳开后，再合上备用电源。（3）同时切换。这种方式介于并联切换和串联切换之间。合备用命令在跳开命令之后、工作开关跳开之前发出。母线断电时间小于备用开关合闸时间，可根据实际情况设置一定延时来进行调整。

国内很多快切装置使用的是串联切换，串联切换需要等工作电源彻底断开后，再合上备用电源，如果按照这种方式，该核电厂从切换开始到结束需要34.4+58.8=93.2ms，且由于备用电源合闸时间晚，此时电压幅度及相角下降较多，可能会造成电动机负荷启动电流过大，对设备造成不良影响。反之，该核电厂切换装置采用的是第三种方式，有点很明显，切换时间短，电压相角滞后系统相角较少，切换过程对系统及设备几乎没有影响，且该切换装置为了保险起见，还增加了同期检测元件，以防电压下降较快时的不安全切换（此时可能相角已经比系统相角滞后很多）。

6 结论

发电厂厂用电系统的稳定可靠是发电厂安全稳定运行的基础，它涉及到系统的安全、电厂的经济效益，而快切成功与否又是保证厂用电可靠性的重中之重，而要保证快切的可靠性，合闸的命令就必须尽可能早的发出，该核电厂的快切装置集中于保护装置之中，利用保护装置的可编辑功能，实现了快切功能，且能够在事故发生的第一时间进行切换，这样保证了切换的成功率及切换的安全性，对提高核电厂的经济效益起着相当重要的作用。

参考文献：

[1]山东核电有限公司.电气试验[S].

[2]非能动安全先进核电厂AP1000（第1版）[M].原子能出版社.

[3]SEL.SEL351产品说明书[S].

作者简介：许中华（1982-），男，湖北黄梅人，本科，电气工程师，主要从事包括水电、火电、核电等电气调试工作。