浅析快速切负荷装置

段田瑾

（国核电力规划设计研究院有限公司北京100095）

摘要：通过对发电厂厂用电切换装置的说明，引出快速切负荷装置的概念，以及该装置在实际应用中范例。

关键词：快切装置，快速切负荷

1厂用电源切换装置

1.1装置功能

快切功能指的是具有快速完成工作电源和备用电源切换的功能。装置可以完成不同原因启动的切换，包括：事故切换、非正常工况切换及手动切换。每种切换都可选择不同的切换模式，并根据实际需要分别选择不同的切换准则。

该装置的应用前提条件是：1）启动/备用电源的设计容量至少满足一台机组100%的厂用电负荷的需要；2）备用电源与工作电源之间的相角差小于20°才能实现快速切换。对于本工程而言，备用电源与工作电源间相角差无具体数据，若大于20°，则装置仅能实现慢速切换。

厂用电源快速切换装置在国内发电厂中已大量应用，已成为一种典型设计方式。该设计的优点是在机组故障的情况下厂用电有可靠的备用电源，切换的成功率高，能保证机组的安全停机。其缺点就是专用启动/备用电源的设计带来的大量变压器空载损耗和设备投资的增加。

1.1.1切换启动原因

☆事故切换

事故切换由保护接点启动。保护启动接点可并接进线纵差保护、发电机、变压器或发-变组保护出口接点。当事故切换启动后，先发跳工作电源开关指令，在切换条件满足时（或经用户延时）发合备用电源开关命令。切换模式可以选择串联或同时。

☆非正常工况切换

非正常切换是自动进行的，包括以下两种情况：

母线失压启动：当母线三相电压均低于整定值且持续时间大于所整定延时定值时，装置根据选定方式进行串联或同时切换。

工作电源开关误跳启动：因各种原因（包括人为误操作）引起工作电源开关误跳开，装置选择串联切换模式。

☆手动切换

手动切换是手动操作启动，而后自动进行的。在检测到就地手动切换信号，或接收到远方切换命令时，启动工作线路与备用线路之间的快速切换操作。切换模式可以选择串联、同时、并联自动、并联半自动、并联失败转串联、并联失败转同时等切换中任意一种模式。

1.1.2切换模式

☆串联切换：

首先跳工作开关，在确定工作开关跳开后，再合备用开关。

☆同时切换：

首先跳工作开关，在未确定工作开关是否跳开就发合备用开关命令，通过设定合闸延时定值，在时间上保证工作开关先断开，备用开关后合上。

☆并联自动切换：

首先根据并联切换准则合备用开关，确定备用开关合上后，再自动跳开工作开关。并联切换准则实际上就是严格的双侧电源同期准则。

☆并联半自动切换：

首先根据并联切换准则合备用开关，备用开关合上后，再由操作员手动跳开工作开关。注意此模式只能应用于正常手动切换。

☆并联失败转串联切换：

如果符合并联切换准则，按照并联自动模式进行切换；否则按照串联切换模式进行切换。

☆并联失败转同时切换：

如果符合并联切换准则，按按照并联自动模式进行切换；否则按照同时切换模式进行切换。注意此模式只能应用于正常手动切换。

1.1.3切换过程

对于事故切换、非正常工况切换，其备用电源的快速切换是自动进行的，故简称为“自动切换”。对于正常切换，是由人工手动启动的，以下简称为“手动切换”。两种切换的过程描述如下：

自动切换充电过程：

在进线、母线电压、各开关状态满足正常运行条件时，且备用电源无事故启动信号时，自动切换开始充电，充电完成后，装置进入运行监视状态。

自动切换动作过程：

在监视状态下，发生非正常工况（母线失压/工作开关误跳）或采集到事故信号（动作于跳电源开关的保护启动信号）后，在满足设定的切换条件下，自动进行工作电源与备用电源的互相切换，切换结束后，无论切换成功、失败，都进入等待确认复归状态，即延时10s而且只有在远方或就地复归操作后，才可以再次进入充电过程，准备实现下一次的切换。

手动切换动作过程：

在各开关状态满足允许手动切换的条件时，快切装置进入到手动切换运行监视状态，在此状态下若检测到有就地手动切换信号或远方手动切换遥控命令，则自动进行工作电源与备用电源的互相切换，切换如果失败，将进入等待确认复归状态，即延时10s而且只有在远方或就地复归操作后，才可以再次进入充电过程，实现下一次切换功能；如果切换成功，则200ms后自动返回，准备实现下一次的切换。

2厂用电源快速切负荷装置

2.1快速切负荷装置的功能

快速切负荷装置是在机组发生事故的情况下，先动作于切除非事故停机负荷，然后切换至备用电源。既保证了机组的安全停机，也有效地解决了备用电源容量不足的问题。

该装置的应用前提条件是：1）没有设置专用的机组启动/备用电源；2）可供切换的备用电源的容量仅能满足一台机组的事故停机负荷的需求。

目前国内火电机组亏损经营的现状、项目规划中难以引入专用启动/备用电源是厂用电设计不设置专用启动/备用变压器的主要原因。在这种情况下，至少需要同步建设2台机组，每台机组的高压厂用变压器的容量裕度至少应满足另一台机组的事故停机负荷的需求。一旦机组故障无法给自身提供厂用电源时，通过每段高压厂用段设置的快速切负荷装置先行切除本段上非事故停机负荷的电源开关，再给出指令投入连接在2台机组高压厂用段之间的联络开关，由另一台机组的高压厂用变压器提供事故停机电源，保证故障机组的安全停运。

该设计的优点是主接线形式的简化减少了设备占地及设备的投资，降低了变压器的空载损耗。缺点就是在机组故障的情况下无法实现快速的备用电源切换，对机组的安全停机有一定的影响。

2.2快速切负荷装置的应用

某电厂两台300MW级机组，采用发电机变压器线路组形式接入系统，且发电机出口设置出口断路器，由于建设成本原因，并未设置专用备用电源，而是通过两台机组的6kV厂用电互联的形式实现事故状态下的电源切换，2台机组的高压厂用变压器的设计冗余量能提供另一台机组的事故停机负荷。根据这种接线形式，当一台机组故障切除主变高压侧断路器和发电机出口断路器时，以快速切负荷装置代替常规的快切装置，将故障机组的大部分负荷切除，仅保留事故停机负荷后，切换至备用电源，既保证了事故机组的安全停机，又不会影响到正常运行的机组。

结束语：

快速切负荷装置是特定情况下产生的一种新型产品，其功能还需要根据实际应用效果的反馈继续完善，但在难以设置实现快速切换的启动/备用电源和压缩投资的情况下，不失为一种很好的解决方案。