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微机型厂用快切和电动机综合自动化装置的概况和前景 |
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| 微机型厂用快切和电动机综合自动化装置的概况和前景 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:34:53  |
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卓乐友
电力规划设计总院
随着计算机和网络技术的迅速发展，为适应火电厂大容量机组的特点和要求，在厂用电系统的控制、保护设计中，采用微处理机CPU为核心，以准确、快速的数据采集与处理、数字运算和逻辑判断的技术手段，研制成功的微机型厂用电源自动切换和综合自动化装置，使厂用电设计大大前进了一步，为保证电厂的可靠、经济运行和提高自动化水平，起到积极的推动作用。
大容量机组的厂用系统接线如图1示，有两个比较突出的问题，一个是起动/备用变压器引自高压母线或附近110~220kV变电所，如果发电机断开，失去厂用工作电源，要投入备用电源，由于所接系统的联线的阻抗和传输功率的变化，在备用电源合闸时，两电源频率可能相同，但会产生电压和初始相角的差异，有时相差大于20°，这给电源快速切换带来问题；另一个是大容量机组，高压电动机容量增大很多，如300MW机组给水泵为5000kW以上，锅炉风机的容量也达几千千瓦，大容量电动机在断电后电压衰减较慢，残压电压的幅值很大，给厂用电源自动切换带来很多困难。如残压较大时，重新接通电源，电动机将遭受冲击而损坏，对机组运行的许多热工参数影响很大，可能造成机炉运行不稳定。如果不是长时故障，自动投切不成功，机炉停后要重新起动，据有关单位估算一次重新起动要花费30多万元，如果系统备用容量不足，要使用户停电，损失就更大了。因此，国内外都在大容量机组的高压厂用电源采取快速切换。
[图片1]
图1 厂用电一次系统简图
图1由于意外原因1DL断开时，如采取切换操作要考虑系统的相角变化，也要考虑电源电压和电动机残压之间的夹角θ，对应有不同的电压差ΔU，如θ=180º，ΔU最大，如果此时合上2DL，对电动机冲击最大，根据母线上成组电动机的残压特性和电动机耐受的能力，在极坐标上可绘出残压曲线，如图2示。
[图片2]
图2 母线残压特性曲线
电动机重新合上电源时，电动机上的电压Um为：
式中：Xm——母线上的电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压的等值电抗
Xs——电源等值电抗
△U——电源电压和残压之间的差值电压
令Um等于电动机起动时的允许电压，即为1.1UDe：
令K= Xm/(XS+Xm)
则 ΔU（%）=1.1/K （3） 如K=0.67，计算得ΔU（%）=1.64。图2中，以A为圆心，以1.64为半径绘出园A’—A’’，其右侧为电厂备用电源合闸的安全区域，在残余曲线的AB段，实现电源切换之快速切换，而在园中，0.3S以前进行切换，对电动机是安全的。延时到C点后实现切换为“延时切换”，即在园中C点（约0.47S）以后进行切换，对电动机也是安全的。等残压衰减到20~40%时实现的切换，即通常称的“低中压检定切换”，延时切换和低电压检定切换统称为“慢速切换”。
式（3）中K值与机组负荷有关，负荷轻时，要切除一些辅机， 切去电动机后Xm增加，K值也增加，ΔU减少，则为园中的ΔU（%）向A’—A’’曲线右侧移动，即为B’—B’’。从有关资料分析，按K=0.67作出的允许极限是最危险的，K值应取一个较大的值。对长延时和慢速切换，ΔU（%）取110% Ue；对快速切换，ΔU（%）取100%Ue（考虑电动机的转子回路的直流分量的影响）。
南京东大金智电气自动化有限公司研制成功的MFC2000系列快速切换装置，就是首先在第一安全区（AB段）将备用电源合闸，如果未合上，则以第二安全区（CD段）投上备用电源。它们的办法是实时跟踪残压的频率和角差变化，尽量做到在电动机反馈电压与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸，即所谓“同步捕捉切换”。以图2为例，同步捕捉切换时间为0.6S，厂用母线电压衰减到65~75%，此时对电动机自起动很有利，且备用电源合闸时冲击很小。MFC2000系列装置采用“恒定导前时间”的同步捕捉切换方法，采用动态分析阶段二段数学模型来模拟相角差的变化，并用最小乘法来克服频率变化及测量离散性及间断性，使合闸准确度大大提高。如不计及合闸回路的时间偏差，可使合闸角限制在10º之内。MFC2000装置按切换方式可为并联（1DL和2DL同时合闸）、串联（1DL断开后2DL合闸）和同时切换（合闸和跳闸脉冲同时发出，可能出现1DL和2DL并联一极短时间），按起动方式可用于正常手动切换、事故自动切换和不正常情况的自动切换，如图3示。
[图片3]
图3 MFC2000装置切换方式示例图
MFC2000系列快速切换装置于1996年通过技术鉴定，随后投入批量生产，在除台、港、澳外的全国所有省（直辖市）的125MW及以上机组投入使用，在国内300MW及以上机组达百台以上，市场占有率达80%以上。在运行中可靠性高，切换成功率为100%，挽回大量的经济损失。
微机型电动机综合自动化已广泛地用于电厂的厂用电源、变压器和电动机回路，东大金智电气自动化有限公司近年来研制的保护装置有差动、速断过流、定、反时限过流、接地保护、电动机过热、惰转、发热、二相运行等，其中相间和接地反时限电流继电器有一般反时限、极限反时限和非常反时限特性，适用于电动机、变压器和一般民用设备，能更有效地保护各种不同的负荷，取得更好的选择性。电动机综合保护在国内100多个电厂应用，由于微机综合保护有可靠性高、调试方便、体积小、消耗功率少等优点，能取得很好的效益。近几年东大金智电气自动化有限公司在厂用电气系统研制出集保护、控制、测量和信号为一体的监控管理系统—DCAP4000发电厂电气监控管理系统。该系统采用现场总线（工业以太网），实现就地监控和送到DCS进行远方控制的功能，在贵州纳雍电厂2台300MW机组上顺利投运，进一步提高电厂的自动化水平，是国内较早成功用于厂用电系统的产品。
微机型厂用快切和电厂电气监控管理系统和设备是解决电厂厂用电设计的重大问题之一，东大金智电气公司已取得很大进展。盼望有更多的科技、设计、制造单位在总结以往经验的基础上，不断推出新的高科技项目和产品，解决电厂设计、运行中的一些疑难问题，不断提高电厂的可靠性和自动化水平，为电力工业新的发展做出更大贡献。
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