摘要：现代大容量火电机组的特点之一是采用机、炉、电单元集控方式，其厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运行的安全、可靠性有着相当重要的影响。因此，正常发电机组启停机、事故情况时的厂用电切换可靠性尤为重要。厂用电切换已成为整个厂用电系统的一个重要环节。
关键词：火电机组；单元集控；厂用电切换
作者简介：焦加洋（1984-），男，江苏灌云人，华能淮阴电厂检修部，工程师。（江苏淮安223001）
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）06-0146-02
目前国内多数火力发电厂采用的是机、炉、电单元集控方式。在机组正常启停、事故情况下都需进行厂用电切换。典型火力发电厂厂用电切换方式采用的是微机型快速切换装置。
一、厂用电切换存在的问题及发展趋势
以往的厂用电切换方式主要采用以下几种方式：
（1）以工作开关辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源；
（2）在合闸回路中加延时以图躲过180°反相点合闸（短延时切换）；
（3）在合闸回路中另串普通机电式或电子式同期检查继电器；
（4）在合闸回路中串残压检定环节，即残压切换。
而据有关资料分析，以上几种厂用电切换方式都不能很好地满足安全性、可靠性的要求。国内有关资料已经提供了不少同厂用电切换有关的问题和事故，如停机停炉、设备损坏等。事实上，厂用电切换不当引起的问题有些是明显的、突发的，而有些是渐变的。譬如：6kV负载电动机或启动变受一两次冲击并不一定马上就损坏，即使坏了，也并不一定引起足够的重视。厂用电切换过程与很多因素有关，较长时间未发生问题并不意味着不存在隐患。
国内已发生多起与厂用电切换有关的问题和事故。如某电厂600MW引起机组由于原设计不合理，几乎每次切换都不成功，只好增大启动变保护定值，但这显然留下了更大的隐患；某电厂由于厂用电切换不成功，造成无法安全停机导致汽轮机大轴损坏；某电厂由于工作电源与备用电源间电气距离很大，连正常切换都无法保证。
发电机组对厂用电切换的基本要求是安全可靠。其安全性体现为切换过程中不能造成设备损坏，而可靠性则体现为提高切换成功率，缩短切换时间，减少启动变过流或重要厂用电母线辅机跳闸造成锅炉汽机停运的事故。随着真空和SF6开关的广泛使用，厂用电源采用新一代快速切换装置已毋庸置疑。南京东大金智公司的MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置便是在这样的大环境下应运而生，并在国内众多火力发电厂中得到了广泛应用。
二、发电机组各工况下厂用电切换方式
当发电机机组6kV厂用电母线工作电源开关1DL因某种原因（如停机或事故跳闸情况等）跳开时，快切装置按照预设的方式合上启动变低压侧至发电机组厂用电母线的备用电源开关2DL，保证发电机组厂用电源负载正常工作，减少因失电对机炉辅机影响。当然，当机组高厂变低压侧恢复正常供电时，快切装置也可按照预设方式切回正常供电方式，即机组厂用电母线由自身高厂变低压侧供电。以下即为发电机组不同工况下厂用电切换方式。
1.正常启停机时方式
发电机组启停机时厂用电切换一般采用由操作台启动，采用并联切换（先合上备用电源开关2DL，两电源短时并联，再跳开工作电源开关1DL）。
2.事故情况切换
当发变组保护动作跳工作电源开关1DL的同时，保护装置送一启动切换接点信号至快切装置。这种情况多采用串联方式切换（先跳开工作电源开关1DL，确认工作开关跳开后，再合上备用电源开关2DL）。
3.不正常情况切换
一是厂用电母线失压。母线电压低于整定值且达到整定延时后，快切装置按自动方式进行切换（介于串联与并联间的一种切换方式，合备用开关命令在跳工作命令之后、工作开关跳开之前发出）。二是工作电源开关误跳，由工作开关辅助接点启动装置（华能淮阴电厂#5机于2010年4月2日晚停机6kV工作B段进线开关分闸线圈烧坏导致快切不成功时，便是就地人工将开关手动分闸，采用此方式完成快切的）。
三、MFC2000-2型厂用电快速切换装置优点与不足
优点：动作原理先进，采用快速切换、同期捕捉切换、残压切换等方式。优先选择快速切换方式，切换时间小于0.2秒，对厂用电母线负载电机及启动变冲击小。快速切换不成功时还可进行同期捕捉切换，即在厂用电母线反馈电压与备用电源电压相量第一次相位重合时合闸，时间约0.6秒。对于电动机自启动也比较有利，因此时厂用电母线电压衰减到65%-70%之间，电机转速不至于下降得很大。前两种方式都失败时，采用残压切换方式，即厂用母线电压衰减到20%-40%后实现的切换。虽说此种方式对电机等冲击较小，但因停电时间过长，电机自启动成功与否、自启动时间都受到很大限制。
不足：虽说东大金智的MFC―2000型微机厂用电快速切换装置动作原理十分先进，但通过大量火力发电厂使用情况反馈来看，其设计还是存在不满足现场安全性的隐患的。
装置启动时必要条件之一是工作电源开关、备用开关一个合闸，另一个处于分闸状态。但是目前使用的快切装置仅仅以开关的辅助接点状态来判断开关的分合闸状态。因国内大多数电厂使用的厂用电工作进线开关有试验位置（即使开关合上，也不会通过开关对厂用电母线供电。此种方式主要供运行检修人员试验用）与工作位置（开关合上后便对厂用电母线实际供电）之分，若此时工作电源或备用电源开关因检修或其他原因处于试验位置，且此时快切装置满足启动条件进行切换，便可能会造成切换后母线继续失压，引起事故扩大。一般厂用电工作电源与备用电源进线开关均提供反映试验位置与工作位置的辅助开关接点，可将此作为一个逻辑判断条件，便可将上述隐患排除。
四、一起厂用电快速切换不成功情况分析
某电厂#5机组6kV厂用电母线B工作进线开关6529开关在#5机组停运倒厂用电过程中连续发生两次分闸线圈烧坏、开关拒分现象，最后都是采用非正常手段将其分开。
1.分闸线圈烧毁的原因
（1）分闸回路电阻偏大。分闸线圈回路绝缘降低，或是控制回路线径过小造成电阻偏大，使得分闸控制回路电压降较大，导致电压达不到线圈分闸动作的值，使分闸线圈长时间带电烧毁。
（2）保护控制装置故障。分闸指令是由保护控制装置发出的，若装置内的分闸继电器有故障，或分闸控制回路辅助开关触点动作行程较大，造成分闸指令不能及时退出，就会使分闸线圈长时间带电而烧毁。
（3）分闸电磁铁机械故障。线圈松动造成断路器分闸时电磁铁位移，使铁心卡涩，造成线圈烧毁；或由于铁心的活动行程短，当接通分闸回路电源时，铁心顶不开脱扣机构使线圈长时间通电而烧毁。
（4）断路器拒分。控制回路正常时，断路器出现拒分的故障均为连杆机构问题，如顶点调整不当，使断路器分闸铁心顶杆的力度不能使机构及时脱扣；或由于防护闭锁机构未动作，致使线圈过载，造成分闸线圈烧毁。
（5）开关辅助接点不可靠。MFC―2000型微机厂用电快速切换装置以开关的辅助接点判断开关的分闸状态。MFC―2000快切装置发出的分合闸指令固定为500ms。停机倒厂用电时，采用并联切换方式：先合上备用电源开关2DL，两电源短时并联，再跳开工作电源开关1DL。若此时工作电源进线开关辅助接点不可靠导致快切装置未及时接收到开关辅助接点状态变化，装置判断工作进线开关未跳开而执行去耦合功能，跳开刚合上的备用电源开关。
2.针对所有可能原因进行分析
（1）检查分闸回路情况，是否造成回路分压过大。按照如下步骤进行了相关测试。
从表1结果可以看出，分闸回路良好，各种分闸方式都不会导致分闸回路分压过大导致分闸线圈达不到分闸电压以至于长期带电烧毁。因此原因一可以排除。
（2）检测快切装置动作时分闸回路分闸时间、电压等情况。
1）试验方法。在工作进线开关B6529分闸线圈两端并接两根电缆至#5机励磁调节器再送至#5机故障录波器的转子电压端子排处，利用#5机组故障录波器的转子电压的模拟量通道测量快切装置动作时分闸回路分闸时间、电压等情况。
2）试验步骤。
A.将工作进线开关B送至试验位置，就地手动合闸。
B.利用#5机发变组保护C柜非电量保护（主变重瓦斯）出口跳工作进线开关B。由主变重瓦斯动作信号启动#5机故障录波器，完整记录工作进线开关B由合闸状态（状态1）―收到发变组跳闸指令（状态2）―分闸状态（状态3）的一系列完整分闸线圈两端电压变化趋势。
3）三个状态说明。
A.状态1：合闸状态时，分闸回路由于没有相关跳闸指令、跳闸接点使之导通，没有电流流通，所以分闸线圈两端电压差很小，接近于0。
B.状态2：收到发变组C柜主变重瓦斯动作跳闸指令，且分闸回路中串联的开关辅助接点P未断开，此时分闸回路完全导通，所以分闸线圈两端电压差即为直流控制电源电压值约220V。
C.状态3：分闸线圈收到发变组C柜主变重瓦斯动作跳闸指令动作后，开关辅助接点P由闭合状态至完全断开时，由于分闸线圈中电流值由i突降到0，由于分闸线圈电感特性，在分闸线圈两端便会产生一个反向的电压值U=-L*（di/dt）。其中，L为分闸线圈电感特性反映出的电感值，di/dt为开关辅助接点P由闭合状态至完全断开这一时间内电流的突变量值。
可以看出，停机时快切装置动作后，状态2与状态3的时间总和即为分闸回路收到快切装置的分闸指令到分闸回路完全断开这一过程，这一时间约为0.04S。因此原因二同样可以排除。
（3）开关机械部分原因分析。
通过对开关在试验位置与工作位置多次分合闸试验，以及对开关测量分闸电压，开关机械部分原因亦可排除。
开关辅助接点不可靠。该电厂通过将6kV工作B段母线上负荷转移到A段后进行了一次实际厂用电切换操作发现，快切装置面板上反应6529开关状态的方框时而变位实心（判断为合闸），时而变位虚框（判断为分闸）。对此快切用6kV开关辅助接点重点检查发现，接点闭合后直阻约为250Ω。重新更换一副良好接点后再次试验数次均切换成功。
随着国内火力发电厂诸如600MW、1000MW等大容量机组的不断增多，对厂用电切换的成功率和切换时间都提出了更高的要求。由于快速切换装置本身故障造成的切换事故占的比例很少，更多的是由于切换二次回路及切换装置所用的开关、厂用母线和进线分支电压互感器辅助接点不可靠引起快切失败。因此，将相关二次控制回路维护好是确保火力发电厂厂用电快切系统稳定可靠的关键。
参考文献：
[1]单渊达.电能系统基础[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]王维俭,候炳蕴.大型机组继电保护理论基础[M].北京:中国电力出版社,1989.
（责任编辑：刘丽娜）