发电厂能源切换方案优化

发电厂正常运行时，发电机厂用电源来自厂用高压变压器；若厂用高压变压器在检修或出现故障，则由电力系统220 kV 母线供给。正确进行厂用电系统切换等操作是确保电力系统及发电机本身安全稳定运行的重要环节，操作中必须严谨认真。

教学目标

知识目标：

（1）熟悉6 kV 厂用电系统切换的基本知识。

（2）熟悉厂用电源快切装置的功能及切换方式。

（3）熟悉6 kV 厂用电源进行切换前系统的运行方式。

（4）掌握6 kV 厂用电源进行切换的操作流程。

能力目标：

（1）能够填写6 kV 厂用电源进行切换的倒闸操作票。

（2）能够审核6 kV 厂用电源进行切换的倒闸操作票的正误。

（3）能够在仿真机上熟练进行6 kV 厂用电源的切换操作。

素质目标：

（1）能主动学习，在完成6 kV 厂用电源切换的过程中发现问题、分析问题和解决问题。

（2）能严格遵守专业相关规程标准及规章制度，与小组成员协商、交流配合，按标准化作业流程完成6 kV 厂用电源的切换操作。

任务分析

（1）分析6 kV 厂用电源进行备用倒工作切换前系统的运行方式。

（2）分析6 kV 厂用电源进行备用倒工作切换的操作流程。

（3）按发电厂电气倒闸操作标准化作业流程，对6 kV 厂用电源进行备用倒工作切换。

（4）分析6 kV 厂用电源进行工作倒备用切换前系统的运行方式。

（5）分析6 kV 厂用电源进行工作倒备用切换的操作流程。

（6）按发电厂电气倒闸操作标准化作业流程，对6 kV 厂用电源进行工作倒备用切换。

相关知识

一、6 kV 厂用电系统的切换概述

大容量火电机组的特点之一是采用机、炉、电单元控制方式，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性、可靠性有着相当重要的影响，厂用工作电源和备用电源之间的快速切换是实现厂用电连续可靠供电的重要手段，特别是6 kV 厂用电的切换则是整个厂用电系统的一个重要环节。

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，减少备用变压器过流或重要辅机跳闸造成锅炉、汽轮机停运的事故。

在发电机开机之前，与锅炉、汽轮机有关的辅机应首先启动起来，即厂用电系统应该先转动起来。此时对于发电机与主变压器之间不设断路器的接线方式而言，厂用电系统要靠启动／备用电源供电；而在发电机并网发电之后，发电机组的各种辅机的工作电源都应来自本机组，即各机组带自己的厂用负荷；当发电机需要正常停机时，应首先将厂用负荷切换至启动／备用电源，以保证发电机的安全停机；在发电机运行过程中，由于事故导致厂用电源突然失去时，应该由“厂用电的快速切换装置”迅速将厂用负荷切换至备用电源。以上这个过程称为厂用电的切换。

厂用电源切换基本知识（PPT）

二、6 kV 厂用电源的切换方式

厂用电源的切换方式，按工作电源和备用电源之间的切换方式不同，可分为并联切换、串联切换和同时切换；按启动原因可分为正常切换、事故切换和非正常切换；按切换速度可分为快速切换、短延时切换、同期捕捉切换、残压切换和长延时切换。

（一）正常切换

所谓正常切换，是指在正常情况下（如开机、停机）进行的厂用电源切换。在升负荷过程中，当机组的负荷大于其额定功率的30%时，将6 kV 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6 kV 厂用电源由工作电源切换至备用电源，对切换速度没有特殊要求。

正常切换由运行人员手动启动，在控制台、DCS 系统或装置面板上均可进行，根据远方／就地控制信号进行控制。

正常切换是双向的，可完成从工作电源到备用电源，或从备用电源到工作电源的切换，切换方式有并联切换和正常同时切换两种方式，通过控制屏（台）上的选择开关选择切换方式。

1.并联切换

并联切换是指在进行厂用母线电源切换期间，工作电源和备用电源系统是短时并联运行的。

正常情况下的并联切换是指，控制台切换方式选择开关置于“并联”位置，切换时先合上备用电源，两电源短时并联，再跳开工作电源。并联切换方式又分为并联自动切换和并联半自动切换两种。

（1）并联自动切换。

将选择开关置于“自动”位置。手动启动装置，若并联切换条件满足，装置将先合上备用（工作）电源开关，经一定延时后再自动跳开工作（备用）电源开关，如在这段延时内，刚合上的备用（工作）电源开关被跳开，则装置不再自动跳开工作（备用）。若启动后并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并等待复归。

（2）并联半自动切换。

将选择开关置于“半自动”位置。手动启动装置，若并联切换条件满足，只合上备用（工作）电源开关，而跳开工作（备用）电源开关的操作要由人工来完成。若在规定的时间内，操作人员仍未跳开工作（备用）电源断路器，装置将发出告警信号。若启动后并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并等待复归。

并联切换的优点是能保证厂用电的连续供给；缺点是并联期间短路容量增大，增大了对断路器断流能力的要求。但由于并联时间很短（一般在几秒内），发生事故的概率很小，所以在正常切换中被广泛采用。当然，切换前要确认两个电源之间满足同步要求。

2.正常同时切换

手动启动，先发跳开工作（备用）电源开关命令，在切换条件满足时，再发合上备用（工作）电源开关命令。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.并联切换操作步骤

以常见的并联半自动切换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，装置对应控制台方式中的“就地”切换。在确定控制方式后，检查快切装置已复归，没有快切装置闭锁信号，将串／并联方式选择为“并联”，且选“半自动”，手动启动，则工作电源合上并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，为下一次切换做准备。

（二）事故切换

所谓事故切换，是指由于单元接线中的高压厂用变压器、发电机、主变压器、汽轮机和锅炉等设备发生事故，厂用母线的工作电源被切除，要求备用电源自动投入，以实现尽快安全切换，该切换属于单向切换。事故切换由保护出口启动。

事故切换方式有事故串联切换和事故同时切换两种。

1.事故串联切换

厂用电源的串联切换即断电切换。其切换过程是，一个电源切除后，才允许投入另一个电源。一般是利用被切除电源断路器的辅助触点去接通备用电源断路器的合闸回路。串联切换过程中，厂用母线上有一段断电时间，断电时间的长短与断路器的合闸速度有关。串联切换的优缺点与并联切换相反。

事故情况下的串联切换是指，控制台切换方式选择开关置于“串联”位置，由反映工作电源故障的保护出口启动装置，先跳开工作电源，如此时同期条件满足并确认工作电源已跳开，然后合上备用电源，串联切换有三种切换条件：快速、同期捕捉、残压。

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，一般将装置置于“串联”“自动”方式。

（1）快速切换。

厂用电源的快速切换一般是指在厂用母线上的电动机反馈电压（即母线残压）与待投入电源电压的相角差还没有达到电动机允许承受的合闸冲击电流前合上备用电源。快速切换的断路器动作顺序可以是先断后合或同时进行，前者称为快速断电切换，后者称为快速同时切换。

（2）同期捕捉及慢速切换。

上述切换过程中，如不满足所设定的同期条件，不能进行快速切换，但频差又小于7 Hz时，装置自动转入同期捕捉状态，根据母线电压相位变化速率及断路器固有合闸时间，连续实时计算相位差，在频差允许范围内，捕捉合闸时机，使得合闸完成相位差接近零。如果同期捕捉不成功，装置再自动转入慢速切换状态，待母线残压下降到设定值，最终合上备用电源。

切换时用固定延时的方法并不可靠，最好的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到角差为零时合闸，这就是所谓的“同期捕捉切换”。同期捕捉切换时间约为0.6 s，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，特别是同期点合闸，对电动机的自启动也很有利，因为此时厂用母线电压衰减到65%～70%，电动机转速下降不至于很大，且备用合上时冲击最小。

备用电源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；另一种基于“恒定越前时间”原理。

同期捕捉功能可由用户设置为投入或退出。如设置为退出，当同期条件不满足时，装置直接转入慢速切换状态。

厂用电源的慢速切换主要是指残压切换，即工作电源切除后，当母线残压下降到额定电压的20%～40%时再合上备用电源。残压切换虽然能保证电动机所受的合闸冲击电流不致过大，但由于停电时间较长，会对电动机自启动和机炉运行产生不利影响。慢速切换通常作为快速切换的后备切换。

本项功能同样适用于非正常切换。

2.事故同时切换

厂用电源的同时切换是指在切换时，切除一个电源和投入另一个电源的脉冲信号同时发出。由于断路器分闸时间和合闸时间的不同以及断路器电压动作时间的分散性，在切换期间，一般有几个周的断电时间，但也有可能出现几个周两个电源并联的情况。所以在厂用母线故障及母线供电的馈线回路故障时必须闭锁切换装置，否则断路器可能因短路容量太大而发生爆炸。

事故情况下的同时切换是由反映工作电源故障的保护出口启动装置发出工作电源跳闸命令，如此时同期条件满足，装置同时发出备用电源合闸命令。备用电源合闸命令也可经设置的延时后再发出，这样可以避免由于工作电源跳闸时间长于备用电源合闸时间，造成备用电源投在故障回路而跳闸，致使切换失败，事故范围扩大。

（三）非正常切换

所谓非正常切换，是指由母线非故障性低压引起的切换，它是单向的，只能由工作电源切换至备用电源。非正常切换分为以下两种非正常情况。

（1）厂用母线失压：当厂用母线三相电压均低于整定值且电流小于等于电流定值或工作进线电压小于等于失压启动电压幅值时，整定延时到，则装置根据选择方式进行串联或同时切换。

（2）工作电源开关误跳：因误操作、开关机构故障等原因造成工作电源开关错误跳开时，装置将在切换条件满足时合上备用电源。

非正常切换由装置检测到不正常情况后自行启动。

（四）保护闭锁

为防止备用电源切换到故障母线，将反映母线故障的保护出口接入快切装置，当保护（如工作分支过流、厂用母差等）动作时，关闭装置所有切换出口，同时发出闭锁信号。

（五）闭锁出口

当装置因连接片退出或控制台闭锁装置出口时，装置将闭锁跳、合闸出口，并给出出口闭锁信号。

三、厂用电源快切装置基本功能

为了很好地解决备用电源自投需解决的问题及克服原备用电源自投装置存在的问题，从20 世纪90 年代之后，我国研制并在国内中大型发电机组上广泛应用了一种新的厂用电源切换装置——厂用电源快切装置。

厂用电快切装置的启动方式（PPT）

厂用电源快切装置的主要优点是快速切换电源。即在厂用母线无故障的情况下，若在工作电源跳开的同时合上备用电源，可避免在厂用母线残压与备用电源之间相位差很大工况下投入备用电源问题。

另外，由于在厂用电动机失压时间很短的工况下投入备用电源，冲击电流小，大大提高了备用电源自投的成功率。

在快切装置中，为了避免在厂用母线故障的工况下进行备用电源的切换，在装置中设置了闭锁元件，即由表征厂用母线或母线联络线有故障的母线保护或厂用高压变压器分支保护启动闭锁元件而闭锁快切装置。此外，尚有其他闭锁元件。

厂用电快切装置的切换方式（PPT）

厂用电源快速切换装置的功能如下：

（1）手动切换厂用电源。启动装置，可以完成厂用电由工作至备用或者由备用至工作的倒换。根据方式的不同，可以实现并列倒换，也可以实现先断开后合入的倒换。

（2）监测同期。工作电源开关跳闸时，保证母线电压在下降过程中的第一个周期内合入备用开关，以保证电动机的自启动。

（3）断路器偷跳。即非装置启动，包括手动拉开断路器与真正意义上的偷跳。

（4）去耦。当两断路器并列时，如果该跳开的断路器在规定的时间内未跳开，则启动该环节，跳开刚合入的断路器。

厂用电源快切装置功能较多，但使用比较复杂，同时由于要检测两系统的同期，所需要接入的电压较多，包括母线电压、工作电源低压侧电压、备用电源低压侧电压，同时还要接入工作电源开关与备用电源开关的辅助触点。

四、厂用电源快切装置的操作

（一）厂用电源快切装置的投运操作

（1）检查快切装置应无检修工作。

（2）检查快切装置各插件应完好，并可靠插入位置，端子排接线完好。

（3）检查快切装置显示屏、指示灯、通信插口、按键等应完好。

（4）给上快切装置220 V 直流电源进线熔断器。

（5）合上快切装置柜后220 V 直流电源自动空气开关。

（6）打开快切装置电源插件自动空气开关，检查电源插件小面板上＋5 V、＋15 V、－15 V 和＋24 V 指示灯应亮。

（7）检查快切装置面板上指示灯、显示屏的显示状态与DCS 画面和现场一次设备状态应一致。

（8）投入快切装置动作出口连接片。

（二）厂用电源快切装置的停运操作

根据快切装置的退出规定，退出对应装置的动作出口连接片即可，必要时可以进一步切断装置的220 V 直流电源自动空气开关。

（三）厂用电源快切装置的手动切换

（1）快切装置的手动切换应该在DCS 画面上进行。

（2）将切换方式选择为手动并联方式。

（3）将“出口闭锁”投退置于“投入”位置。

（4）按下装置“复归”键。

（5）确认装置无闭锁。

（6）按下装置“手动切换”启动键。

（7）确认热备用自动空气开关自动合闸，再手动断开原工作状态自动空气开关。

（8）切换完毕，“装置闭锁”灯亮，切换完成。

（四）厂用电源快切装置的退出

当发生以下情况时，厂用电源快切装置应退出：

（1）机组已停运，6 kV 厂用电源由备用电源带。

（2）快切装置故障并闭锁。

（3）正常运行时快切装置的二次回路检修、消缺工作。

（4）机组正常运行时检修维护断路器的辅助触点，会造成快切装置误动作的工作。

（5）机组正常运行时检修人员在发电机－变压器组保护启动快切回路的工作。

（6）6 kV 电压互感器停运前。

（7）在6 kV 电压互感器回路进行工作有可能造成快切不能正常切换的工作。

（8）机组运行中，6 kV 备用电源断路器检修时。

任务实施

根据发电厂电气倒闸操作基本原则、发电厂电气倒闸操作一般程序及相关规程规范，对发电厂厂用电源备用倒工作切换操作进行分析判断，其倒闸操作实施情况如下。

（一）1 号发电机6 kV 11 段厂用电由备用倒工作（由备用电源切至工作电源）操作步骤

（1）查6 kV 11 段工作电源电压正常。

（2）查6 kV 11 段工作进线开关在断开位。

（3）查6 kV 11 段工作进线开关二次开关在合位。

（4）查6 kV 11 段工作进线开关手车在“运行”位。(www.xing528.com)

（5）查6 kV 11 段工作进线开关“远方／就地”选择把手在“远方”位。

（6）查6 kV 11 段工作进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（7）退出6 kV 11 段工作进线开关快切跳闸压板LP2。

（8）查6 kV 11 段备用进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（9）查6 kV 11 段备用进线开关快切跳闸压板LP2 投入。

（10）查6 kV 11 段厂用快切装置运行正常。

（11）调整6 kV 11 段工作、备用电源电压差小于300 V。

（12）启动6 kV 11 段厂用快切装置。

（13）查6 kV 11 段工作进线开关已合上。

（14）查6 kV 11 段备用进线开关已断开。

（15）查6 kV 11 段母线电压正常。

（16）复归6 kV 11 段厂用快切装置信号。

（17）投入6 kV 11 段工作进线开关快切跳闸压板LP2。

1 号机6 kV 11 段工作进线开关由冷备用倒为热备用状态的倒闸操作前设备状态核对（视频文件）

1 号机6 kV 11 段工作进线开关由冷备用倒为热备用状态的倒闸操作（视频文件）

1 号机6 kV 11 段工作进线开关由热备用倒为运行状态的倒闸操作前设备状态核对（视频文件）

1 号机6 kV 11 段工作进线开关由热备用倒为运行状态（视频文件）

（二）1 号发电机6 kV 12 段厂用电由备用倒工作（由备用电源切至工作电源）操作步骤

（1）查6 kV 12 段工作电源电压正常。

（2）查6 kV 12 段工作进线开关在断开位。

（3）查6 kV 12 段工作进线开关二次开关在合位。

（4）查6 kV 12 段工作进线开关手车在“运行”位。

（5）查6 kV 12 段工作进线开关“远方／就地”选择把手在“远方”位。

（6）查6 kV 12 段工作进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（7）退出6 kV 12 段工作进线开关快切跳闸压板LP2。

（8）查6 kV 12 段备用进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（9）查6 kV 12 段备用进线开关快切跳闸压板LP2 投入。

（10）查6 kV 12 段厂用快切装置运行正常。

（11）调整6 kV 12 段工作、备用电源电压差小于300 V。

（12）启动6 kV 12 段厂用快切装置。

（13）查6 kV 12 段工作进线开关已合上。

（14）查6 kV 12 段备用进线开关已断开。

（15）查6 kV 12 段母线电压正常。

（16）复归6 kV 12 段厂用快切装置信号。

（17）投入6 kV 12 段工作进线开关快切跳闸压板LP2。

（三）1 号发电机6 kV 11 段厂用电由工作倒备用（由工作电源切至备用电源）操作步骤

（1）调整发电机有功功率为180 MW。

（2）查6 kV 11 段备用电源电压正常。

（3）查6 kV 11 段备用进线开关在断开位。

（4）查6 kV 11 段备用进线开关的PT 次级开关在合位。

（5）查6 kV 11 段备用进线开关的二次插头在合位。

（6）查6 kV 11 段备用进线开关的储能开关在合位。

（7）查6 kV 11 段备用进线开关的控制开关在合位。

（8）查6 kV 11 段备用进线开关手车在“运行”位。

（9）查6 kV 11 段备用进线开关“远方／就地”选择把手在“远方”位。

（10）查6 kV 11 段备用进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（11）退出6 kV 11 段备用进线开关快切跳闸压板LP2。

（12）查6 kV 11 段工作进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（13）查6 kV 11 段工作进线开关快切跳闸压板LP2 投入。

（14）查6 kV 11 段厂用快切装置运行正常。

（15）启动6 kV 11 段厂用快切装置。

（16）查6 kV 11 段备用进线开关已合上。

（17）查6 kV 11 段工作进线开关已断开。

（18）查6 kV 11 段母线电压正常。

（19）复归6 kV 11 段厂用快切装置信号。

（20）投入6 kV 11 段备用进线开关快切跳闸压板LP2。

1 号机6 kV 11 段备用进线开关由热备用倒为运行状态的倒闸操作前设备状态核对（视频文件）

1 号机6 kV 11 段备用进线开关由热备用倒为运行状态（视频文件）

（四）1 号发电机6 kV 12 段厂用电由工作倒备用（由工作电源切至备用电源）操作步骤

（1）调整发电机有功功率为180 MW。

（2）查6 kV 12 段备用电源电压正常。

（3）查6 kV 12 段备用进线开关在断开位。

（4）查6 kV 12 段备用进线开关的PT 次级开关在合位。

（5）查6 kV 12 段备用进线开关的二次插头在合位。

（6）查6 kV 12 段备用进线开关的储能开关在合位。

（7）查6 kV 12 段备用进线开关的控制开关在合位。

（8）查6 kV 12 段备用进线开关手车在“运行”位。

（9）查6 kV 12 段备用进线开关“远方／就地”选择把手在“远方”位。

（10）查6 kV 12 段备用进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（11）退出6 kV 12 段备用进线开关快切跳闸压板LP2。

（12）查6 kV 12 段工作进线开关快切合闸压板LP1 投入。

（13）查6 kV 12 段工作进线开关快切跳闸压板LP2 投入。

（14）查6 kV 12 段厂用快切装置运行正常。

（15）启动6 kV 12 段厂用快切装置。

（16）查6 kV 12 段备用进线开关已合上。

（17）查6 kV 12 段工作进线开关已断开。

（18）查6 kV 12 段母线电压正常。

（19）复归6 kV 12 段厂用快切装置信号。

（20）投入6 kV 12 段备用进线开关快切跳闸压板LP2。

1 号机6kV 12 段备用进线开关由热备用倒为运行状态的倒闸操作前设备状态核对（视频文件）

1 号机6kV 12 段备用进线开关由热备用倒为运行状态（1）（视频文件）

1 号机6kV 12 段备用进线开关由热备用倒为运行状态（2）（视频文件）

拓展提高

1.快切装置切换方式

（1）并联自动切换：若并联条件满足，快切装置将自动合上备用（工作）电源断路器，经一定延时后再自动跳开工作（备用）电源断路器。

（2）并联半自动切换：若并联条件满足，快切装置将自动合上备用（工作）电源断路器，而跳开工作（备用）电源断路器的操作由人工完成。

（3）串联自动切换：先跳开工作电源断路器，在确认工作电源断路器已跳开且切换条件满足时，自动合上备用电源断路器。

2.快切装置切换条件

（1）装置不处于闭锁状态。

（2）切换目标电源电压高于额定值的80%。

（3）装置本身必须有电，且各灯光、信号指示均正确，装置已复位。

（4）装置有关出口连接片在投入位置。

3.快切装置闭锁原因

（1）装置动作一次后。

（2）TV 小车摇出。

（3）工作和备用电源断路器全合。

（4）工作和备用电源断路器全分。

（5）装置自检异常。

（6）分支过电流保护动作。

（7）母线TV 断线。

（8）备用电源失电。

（9）外部出口闭锁。

（10）运行方式设置中出口退出。

（11）装置的快切、残压切换、越前时间、越前相角切换方式均退出。

4.厂用电源快切装置的投退规定

（1）双机运行，起备变备用时，两台机四个6 kV 段的快切装置均投入。此时若一台机组跳闸，则手动退出运行机组的6 kV 厂用快切装置。待跳闸机组完全停下后，再投入运行机组的6 kV 厂用电源快切装置。

（2）一台机组运行，另一台机组正在启动或停机过程中，两台机组的6 kV 厂用电源快切装置均退出。

（3）一台机组运行，另一台机组备用或检修时，投入运行机组的6 kV 厂用电源快切装置，退出备用或检修机组的快切装置。

（4）双机全停时，两台机组的快切装置均退出。

（5）两台机组正在启动，则两台机组的快切装置均退出。

5.切换厂用电源操作时的注意事项

（1）倒厂用电源时，检查6 kV 工作段母线与备用段母线电压应相等。

（2）倒厂用电源时，6 kV 电动机暂时停止启动。

（3）倒厂用电源操作后，应及时调整启动变压器6 kV 侧电压。

（4）倒厂用电源后，应及时将母线切换投自动方式，从计算机界面操作完后，应检查操作站方式及灯光指示正确。

6.发电厂做厂用电源切换试验的步骤

（1）通知相关单位做好失去厂用电源的事故预想。

（2）将厂用电源倒换至工作电源运行。

①检查快切装置或者备用电源自投装置运行情况，确保运行良好，联锁投入正确。

②将公用系统尽量倒换至其他机组。

③确保保安段的备用电源及柴油机备用联动正常。

④对于低压厂用电系统，如果有备用电源，确认其备用良好。

⑤根据机组运行方式的需要，拉开某一段工作电源，检查备用电源投入应正确，如果未投入，手动按合备用电源开关。

⑥对另一段厂用电源的试验方法同上。