摘 要：本文從計(jì)算河源電廠電氣系統(tǒng)短路電流入手，分析了在各種事故情況下，廠用6kV母線并列切換過程中開關(guān)的遮斷電流，介紹了備用電源快切裝置功能，并建議在6kV公用段母線電源切換采用快切裝置。

    關(guān)鍵詞：短路電流；并列切換；遮斷電流；備用電源；快切裝置

    廣東省河源電廠第一期工程裝設(shè)兩臺(tái)容量600MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組。#1機(jī)組2008年底通過168小時(shí)試運(yùn)，#2機(jī)組將在2009年7月投入運(yùn)行。220kV系統(tǒng)主接線采用雙母線接線形式，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組分別通過兩臺(tái)主變匯入220kV母線。四條220KV超高壓線路與廣東電網(wǎng)相連。

1廠用電接線方

6kV廠用電接線方式采用“按爐分段”原則，每臺(tái)機(jī)組設(shè)6kV工作A、B段，兩臺(tái)由發(fā)電機(jī)出口引接的分裂式高壓廠用變作為各自機(jī)組6kV工作A、B段在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的工作電源；一臺(tái)由220kV母線引接的分裂式高壓啟備變作為兩臺(tái)機(jī)組在機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)時(shí)的備用電源；其工作電源與備用電源之間的切換采用快切裝置實(shí)現(xiàn)。兩臺(tái)機(jī)組還設(shè)有兩段6kV公用A、B母線段，以滿足兩臺(tái)機(jī)組公用系統(tǒng)中一些重要輔機(jī)供電的需要。每臺(tái)機(jī)組的6kV工作A段均可給6kV公用A段供電，6KV工作B段均可給6kV公用B段供電。正常時(shí)，一路電源工作，另一路電源備用。

    2問題的提出

    設(shè)計(jì)階段，由于6kV公用段電源分別引自2臺(tái)機(jī)的6kV工作段，兩段均為工作電源，無法區(qū)分工作、備用，同時(shí)考慮公用段沒有I類負(fù)荷，因此未考慮6kV公用段進(jìn)行不斷電切換設(shè)計(jì)。但目前根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行的需要，該段上接帶有空壓機(jī)、工業(yè)水泵等重要輔機(jī)，它們在倒換過程中的短時(shí)停運(yùn)將直接造成機(jī)組的減出力甚至停運(yùn)，因此，電廠需要6kV公用段在倒換電源時(shí)實(shí)現(xiàn)不斷電切換。

    另外，設(shè)計(jì)人員擔(dān)心在6kV公用段兩路電源在并聯(lián)切換（即先合上一路電源，再分開另一路電源）過程中，母線發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流將大于開關(guān)的遮斷容量，從而導(dǎo)致開關(guān)爆炸的事故。為此，我們對河源電廠6.3kV廠用電系統(tǒng)短路電流進(jìn)行了核算。

    3河源電廠6.3 kA廠用電系統(tǒng)短路電流計(jì)算及分析

河源電廠廠用電選擇6.3 kA電壓等級，電廠主接線中的各元件阻抗圖如圖2所示：（圖中選取基準(zhǔn)值為SB=38MVA，UB= 6.3KV, IB=3482A, ZB=1.0445Ω），按阻抗圖計(jì)算結(jié)果 

①廠高變帶1A工作母線運(yùn)行時(shí)，母線三相短路電流為43.191 kA（其中廠用電源供26.987 KA，電動(dòng)機(jī)饋送16.204 kA），短路沖擊電流為113.459 kA。

②起備變帶1A工作母線運(yùn)行時(shí)，母線三相短路電流為40.956 kA（其中起備變電源供24.752KA，電動(dòng)機(jī)饋送16.204 kA），短路沖擊電流為107.611 kA。

③當(dāng)1A工作母線在并聯(lián)切換的瞬間（廠高變與起備變并聯(lián)），母線三相短路電流為66.782 kA（其中廠用電源供50.578 kA，電動(dòng)機(jī)饋送16.204 kA），沖擊電流為175.180 kA。

④若公用段實(shí)現(xiàn)并聯(lián)切換，切換瞬間的母線三相短路電流為56.130 kA（其中廠用電源供53.216 kA，電動(dòng)機(jī)反饋電流為2.914 kA），沖擊電流為146.936 kA。

《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL/T5153-2002第7.1.1條規(guī)定：“計(jì)算短路電流時(shí)，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，不考慮僅在切換過程中短時(shí)并聯(lián)的運(yùn)行方式。”由計(jì)算結(jié)果可知，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，短路總電流數(shù)值超過了開關(guān)的額定值（50 kA和130 kA），但是，流過各開關(guān)的短路電流并不會(huì)超越開關(guān)的額定值，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的反饋電流不流過開關(guān)，其次廠用電源提供的短路電流是由兩路支路到達(dá)短路點(diǎn)的，所以，開關(guān)的遮斷容量是足夠的。

    4快切裝置介紹 

微機(jī)廠用電快速切換裝置（簡稱快切裝置）是當(dāng)廠用電正常工作電源故障時(shí)，能安全、可靠地將廠用母線快速切換至備用電源供電的一種自動(dòng)裝置。從而保證發(fā)電廠廠用電的連續(xù)可靠供電。

河源電廠6 kV 工作段母線工作電源和備用電源之間的自動(dòng)切換裝置選用深圳智能SID-8BT多微機(jī)備用電源快速切換裝置（如圖３所示），正常時(shí)，具有雙向切換功能。如果系統(tǒng)發(fā)生事故或出現(xiàn)非正常情況（母線低壓或斷路器誤跳），裝置自動(dòng)啟動(dòng)快速切換，從工作分支切換到備用分支，保證母線盡快與系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。該裝置的切換方式按起動(dòng)原因可分為以下兩種。

    4.１正常手動(dòng)切換

正常手動(dòng)切換是由運(yùn)行人員手動(dòng)起動(dòng)。在控制臺(tái)ECS系統(tǒng)或裝置面板上均可進(jìn)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。

正常切換是嚴(yán)格按差頻或同頻的自動(dòng)同期準(zhǔn)則進(jìn)行正常切換，稱之為同期切換，即在斷路器兩側(cè)為兩個(gè)不同頻電源時(shí)，確保在頻差及壓差滿足給定值的前提下捕捉到第一次出現(xiàn)的相角差為0o的同期時(shí)機(jī)完成合閘操作。當(dāng)斷路器兩側(cè)為同一頻率的電源時(shí)，應(yīng)確保合環(huán)操作時(shí)的功角在潮流計(jì)算允許分流負(fù)荷的定值內(nèi)，壓差也應(yīng)滿足要求。如超出允許定值，為加速切換過程，裝置自動(dòng)將先合后切的同期方式轉(zhuǎn)為先切后合的串行切換或同時(shí)切換方式。正常切換和事故切換不同，它不存在實(shí)現(xiàn)切換操作的緊迫性，理應(yīng)嚴(yán)格地從容執(zhí)行自動(dòng)同期操作。

當(dāng)工作斷路器和備用斷路器都斷開、母線無壓時(shí)，裝置接收到合工作命令或合備用命令，裝置以單側(cè)無壓方式合工作斷路器或備用斷路器。

    4.２事故及非正常情況下自動(dòng)切換

在以下三種情況下裝置自動(dòng)起動(dòng)工作線路與備用線路之間的快速切換操作：

①保護(hù)裝置起動(dòng)發(fā)出保護(hù)跳閘信號。

②母線低電壓。

③正在工作狀態(tài)的斷路器誤跳，由接通變?yōu)閿嚅_。

動(dòng)作順序：首先跳開工作狀態(tài)斷路器，隨后合上備用狀態(tài)斷路器。

事故切換是一種特殊工況下的差頻同期操作，其首要目標(biāo)是在保證輔機(jī)及起備變安全的前提下盡可能的快捷，因只有這樣才能實(shí)現(xiàn)成功切換。影響快捷性的因素包括：事故切換時(shí)裝置運(yùn)算的精度和速度；同期快切裝置的執(zhí)行速度；合閘回路中間環(huán)節(jié)的動(dòng)作速度；斷路器的分、合閘時(shí)間等。據(jù)此原則按以下從快到慢的順序由同期快切裝置隨具體事故切換環(huán)境自動(dòng)進(jìn)行取舍。以圖4為例： 

首選切換時(shí)機(jī):在初始功角及執(zhí)行合閘環(huán)節(jié)的時(shí)間滿足要求的前提下，應(yīng)在ABC時(shí)段內(nèi)盡快完成2DL的合閘操作。 

次選切換時(shí)機(jī)：這是指因初始功角及執(zhí)行合閘環(huán)節(jié)的速度不滿足條件時(shí)的選擇，要求在E 點(diǎn)后完成2DL的合閘操作，合閘點(diǎn)越靠近E點(diǎn)越好。CE段△U超過電動(dòng)機(jī)的耐受值，為禁止投入?yún)^(qū)。

必須實(shí)現(xiàn)切換的最后時(shí)機(jī)：即在廠用母線殘壓下降到臨界電壓前完成切換操作。在電動(dòng)機(jī)能耐受的ΔU到來前投入備用電源。由于除初始功角不受控外，執(zhí)行合閘環(huán)節(jié)的時(shí)間及斷路器的合閘時(shí)間是可以在設(shè)計(jì)時(shí)創(chuàng)造條件予以滿足的，即選擇快速的中間繼電器及斷路器。在有些情況下，如無法實(shí)現(xiàn)按耐受電壓進(jìn)行切換時(shí)，裝置將自動(dòng)轉(zhuǎn)到允許切換的底線方式，即殘壓切換。 

    5結(jié)語

實(shí)際計(jì)算表明，６kＶ公用段并聯(lián)切換時(shí)，沖擊電流為146.936 kA，來自電動(dòng)機(jī)的分量為7.706 kA，剩下的為139.230 kA，是兩路短路電流之和，并非集中于一臺(tái)開關(guān)通過。所以開關(guān)流過的短路沖擊峰值也是能保證安全的。正常運(yùn)行方式下滿足短路遮斷能力的開關(guān)，在短時(shí)間切換操作的瞬間，也是安全可靠的。

微機(jī)廠用電快速切換裝置在河源電廠投運(yùn)兩年多來，裝置已經(jīng)歷過了十多次的正常切換和事故切換，動(dòng)作正確率和切換成功率均為100%，所以建議在6kV公用A、B段加裝SID-8BT快切裝置，實(shí)現(xiàn)其工作電源和備用電源之間的快速切換功能，以保證廠用電電源供電連續(xù)、可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T5153-2002,火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].
李瑞榮.短路電流實(shí)用計(jì)算[M].北京:中國電力出版社,2003.