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1、湘钢220KV备用电源自投方式商榷卜少军（湘钢设备管理部 湖南省湘潭市 411101）摘 要 针对湘钢三中央变电站220KV备用电源自投装置存在的问题，提出了采用“同时快速切换”取代“串联延时切换”明备用方式的设想，分析采用新的方式后，停电时间由3.5s缩短至0.04-0.11s的可行性，同时还提出在SF6断路器的变电站，自投装置应采用的方式,总降变电站全停风险降至最小。关键词 自投装置 方式 设想Discussion on Mode of Automatic Turning on0f 220kV Stand-By PowerBu ShaojunAbstract New modes and s
2、uggestions are proposed on the basis of problems of automatic turning on devices of 220kV stand-by power of No.3 central substation of Xiangtan Iron and Steel Plant. Feasibility of reducing outage time from 3.5s to 0.04-0.11s is analyzed when a new method is used.It proposes suitable modes for autom
3、atic turning on devices in a substation with SF6 disconnectors.Keywords Automatic turning on device,Mode,Assumption1 引言湘潭钢铁集团公司220kV三中央企业总降压变电站1995年正式投入运行。由于原设计中BZT采用“延时串联切换”方式，低电压起动时间长达3.5s，难以保证该变电站所带负荷在220kV电源事故自动切换时不大面积停电，事实上220kV系统BZT一直没有投入运行，降低了湘钢电力系统运行的供电可靠性。根据湘钢三中央变电站采用的220kV SF6断路器所具有的快速分合闸特
4、性，在满足断电保护和自动装置设计技术规程等有关原则要求的基础上，本文认为投入经过适当改进的220kV BZT系统，当220kv工作电源突然撤回时，可以做到备用220kv电源自动快速投入而使主变压器的供电运行不中断，从而较大幅度提高三中央变电站供电的可靠性。这种BZT方式在原理与接线上是成熟的，在具体运用上，对一些特殊用电负荷应配置相应的保护手段。本文重点分析BZT自投方式改变后，BZT自投方式的可行性与可靠性。2 湘钢220kV电源BZT现状2.1 变电站220kv系统主接线及主要负荷（图0，220kv断路器参数见附录1）2.2 主要运行方式2.2.1 两回220kv电源，一回运行，一回热备；
5、2.2.2 母联600在合闸位置，两段母线串联运行；2.2.3 三台主变，一般运行2台，一台备用。2.3 变电站220kV系统原设计主要继电保护及自动装置配置见图1。2.4 变电站220kV电源原设计BZT系统见图2。2.5 变电站220kV电源BZT装置原设计存在的问题2.5.1 由于BZT的动作时间要与线路ZCH（自动重合闸）配合，ZCH动作时间亦须与线路继电保护配合。因此在事故状态下自动切换时至线路ZCH合闸成功，时间需1.7s以上，若ZCH失败，BZT再动作，停电时间便长达3.5s以上，将造成运行中的主变压器大面积甩负荷停电，影响生产的连续性；2.5.2 更为严重的是目前实际执行的运行
6、方式，一路电源带全站负荷而BZT装置没有投运，一旦工作电源撤回，必然全站主变停电，大面积中断生产。3 改进方案根据“BZT 装置的动作时间以使停电时间尽可能短”的原则，应充分利用湘钢三中央变电站220Kv SF6断路器具有快速分合闸能力的特点，采取以下改进方案：a. 在分合闸断路器动作顺序和时间上，将现有220kV电源BZT的自投方式由“串联延时切换”改为“同时快速切换”见图3，一次接线见图2 a（600在合闸位置）。采用新的自投方式后，按目前实际安装的602、604断路器考虑，在最不利情况下的合闸时间110ms（实际合闸时间90ms左右，跳闸时间35ms左右），这样，在220kV系统事故状态
7、下自动切换时，停电时间110ms，正常手动切换电源停电时间70ms见图4。总降变电站不全停，基本具备生产不中断条件【1】。b. 220kV变电站在运行方式上宜将具有大功率SCR装置的轧制厂负荷（如高线厂等）与发电机、同步机等并联在同一母线上，有可能使220kV电源发生故障自动切换时，轧制厂的电源电压下降幅度小于大功率SCR装置低电压动作值，从而避免轧制线生产中断。c. 在确保总降变电站主变不停电切换220kv故障电源时，有部分重要的特殊用电负荷可能无法正常安全运行，则在现场采取技术措施（防瞬间断电冲击及低电压保护等）安全停机。4 “同时快速切换”方式的可行性分析4.1 该方式能否避免分合闸断路
8、器“重迭”现象与躲过短路点去游离时间4.1.1在电源切换过程中，如果工作电源断路器分闸时间等于或大于备用电源断路器合闸时间，就会产生断路器的所谓“重迭”现象2。而由断路器厂家提供的技术数据（分闸时间远小于合闸时间，见附录1）分析，采用“同时快速切换”方式不会产生断路器“重迭”现象。4.1.2躲过短路点去游离时间见表1。事故状态下BZT自动切换，如果备用电源断路器躲不过短路点的去游离时间，就有可能将备用电源合到故障点上，酿成自投失败，造成更大的故障。 a.如图5，即使220kV架空线发生三相短路（设为d1点）导致工作母线失压，同时备用602合闸。在这种情况下，由于604分闸时间t140ms，60
9、2合闸时间th70ms（实际断路器的分合闸时间，见相关竣工试验报告，下同。），尽管短路点d1去游离时间尚未结束，但工作电源604已分闸完毕，d1不构成对备用电源602自投的威胁。表1 不同电压等级下电弧的去游离时间工作电压等级/kv电弧去游离时间周波数/Hz时间/s2340081158501723018036b.d2点发生短路故障，若短路发生220kV母线上，则母差保护零秒跳开母联断路器600，同时闭锁BZT，使备用电源不能合闸，显然，这种情形也不存在躲过短路点电弧去游离时间。c.如d3点发生短路故障，若短路发生在主变高压侧保护范围内，则主变纵差保护零秒动作于断路器620分闸，由于故障是工作母
10、线电压降低，有可能使BZT动作自动切换电源。但备用电源断路器602合闸时间为69.5ms，主变一次断路器620分闸时间36.4ms，备用电源投入时，故障点已提前被620自动分闸切除。因此备用电源投入时也不存在躲过去游离时间。4.2采用“同时快速切换”BZT，有关继电保护在时限上的配合。如图5，当无论何种原因使线路220kV电源撤回时，如d1点三相短路，本站BZT在工作母线失压后将工作断路器604分闸，同时合上备用电源断路器602，自动完成电源切换。由于受电604断路器在开断位置，线路ZCH在线路失压后，无论重合是否成功，对本站供电均已失去直接影响。因此，采用“同时快速切换”BZT，可以取消与线
11、路ZCH在时限上的配合。在继电保护方面，当本站220kV工作母线本身发生故障时，如图5中d2点三相短路，母差保护动作，工作电源跳闸，由于是母线故障，BZT被闭锁，这时所造成的停电是不可避免的。当主变压器220kV侧发生短路时（如图5中d3点三相短路），主变一次断路器620无时限跳闸，此时，由于故障点距220kV工作母线电气距离很近，母线电压降低可能使BZT动作，进行自动切换。这种切换是安全的，因为采用的都是SF6断路器，在BZT备用电源602合闸前，工作电源604及故障主变一次断路器620均已分闸完毕。可见，“同时快速切换”BZT与继电保护系统能有效配合。4.3 对站内主变电器和所带负荷及变压
12、器的影响BZT动作，备用电源切换过程中，对变压器的影响主要来自大量电动机自起动的冲击电流。由于“同时快速切换”BZT的停电间隔保有0.04-0.11s，在这短暂的时间内，电动机的转速降落极小（参见图6 电动机惰行曲线），因而自起时冲击电源亦很小，不会造成变压器的过载。4.4 对异步电动机的影响工作电源断开后，在直接接有电动机的工作母线上，还有电动机的残压（反馈电压）存在，并逐渐衰减，在备用电源合闸的开始阶段，电动机中流过冲击电流。该冲击电源最大值与备用电源电压及残压有关，此时有可能对电动机造成损坏。本站采用“同时快速切换” ，BZT停电时间0.11s，一般冲击电流不构成对电动机威胁（最稳妥的办
13、法也是实验确定，否则无时限切除）。4.5 对同步电动机的影响4.5.1 本变电站的负荷中，带有1#高炉风机39000kw，梅塞尔的7400kW、3300kW及三烧的7000kW，二烧的4000kW、3400kw等10kv高压同步电动机。同步机不允许电源短时中断再恢复，主要存在非同步冲击。相应措施是采用“失步再整步”技术。因此只要需要，采用“同时快速切换”BZT对同步机的影响不会很大，有成熟技术保证同步电机的安全稳定运行（或者安全停机）。对于1#高炉鼓风机的39000kw高压同步电动机，其本身励磁系统具备失步保护，而该电动鼓风机组的自动拨风装置可保证电动风机突然停机时1#高炉的生产不致因此中断。
14、4.6对大功率SCR整流装置的影响工艺要求SCR整流装置在电源电压不论何种原因下降至0.75-0.85额定电压时，低电压保护动作，无延时将其从电网切除。因此目前湘钢三中央所带负荷中具有大功率SCR装置的轧制厂，当220kV电源发生故障BZT自动切换时,可有两种选择：4.6.1将该类负荷与2#发电机及其它10kv同步电动机并联在同一工作母线上。这样在电源自动切换的中断时间内，依靠发电机的强励功能和同步机的反馈电流产生的残压使具有大功率SCR装置负荷的10kv母线电压不致下降至0.85Ue数值下，这样就有可能使生产不间断。4.6.2 如果做不到控制10kv母线电压波动幅度（致使电压下降值大于515
15、%）则一般情况只能无延时从电网切除（该状况对总降变电站主变压器不停电切换电源无不利影响）。4.7对自备热电站发电机并网的影响湘钢自备2# 12MW汽轮发电机组，在湘钢三中央变电站10kV母线上并网，与同步机一样，采用“断电失步保护与失步再整步”装置，则220kV电源采用“同时快速切换”BZT时，自备发电机并网的安全运行是可行的。5 结论5.1湘钢现有220kV电源BZT采用“串联延时切换”自投方式不能保证湘钢三中央变电站在220kV电源发生故障切换时供电的连续性，构成了正常供电的隐患。5.2 利用220kV SF6断路器所具有的快速分合闸能力，BZT采用“同时快速切换”自投方式可以保证220k
16、V工作电源故障切换时，避免总降变电站全停（220kv主变压器不停电），保障用电负荷正常供电的连续性或减少二级厂供电恢复时间，经济效益显著。因此，三中央，四中央等采用具有的快速分合闸能力220kV SF6断路器的总降变电站均应在220kv电源采用“同时快速切换”BZT装置，意义重大。5.3 将大功率SCR装置负荷与自发电机及其它10kv同步电动机并联在同一工作母线上，有可能在220kV电源BZT自动切换时大功率SCR装置低电压不会动作，这样生产不中断，意义重大。5.4 为保障同步电动机在BZT动作时也能安全地连续运行，应配置“自动再整步”装置。【1】 参阅文献1【2】 参阅文献1附录1.三中央2
17、20kv SF6断路器主要技术参数参考文献1 梁世康，许光一.厂用电系统保护（第一版）.水电出版社.1986.102 崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.水电出版社.1993.23 湘钢220kV变电站工程一次设备试验报告.湖南省送变电建设公司调试所.1995.1.104 湘潭钢铁公司220kV变电工程施工图.43-B306S-R0101.湖南省电力勘测设计院.1993.75 李宗纲，现代企业供用电设计.辽宁科技出版社，1993.106 华中工学院编，电力系统继电保护原理与运行（第一版），电力工业出版社，1981.77 J.C.Labadie，GL314X型SF6断路器配FK3-2配弹簧操动机构使用说明书，2003.10.2910