SEL保护装置同期监测元件在电厂

1 概 述

1.1 厂用电使用快切装置的必要性

以往厂用电切换大都采用工作电源的辅助接点直接(或经低压继电器、延时继电器)起动备用电源投入。这种方式未经同步检定，用电切换成功率低或切换时间长，电动机复起动电流过大易超过允许值范围受冲击损坏。若经过延时待母线残压衰减到一定幅值后再投入备用电源，电动机组的自起动电流很大，母线电压将可能难以恢复，某些辅机势必退出，严重时重要机组自起动困难势必造成停机停炉。从而对电厂的稳定性带来严重的危害。因此国内厂用电切换通常采用配置单独的快切装置来实现备用电源的快速投入。

本文专门就核电站内交流供电系统的厂用电和备用电源的快速切换通过电源线路SEL保护装置来实现的方式和功能进行探讨。并与国内发电厂通常采用厂用电快速切换装置的效果和本质进行比较和分析，以此来给出具体的配置方案和逻辑整定，实现快切功能。

2 发电机组接线方式和厂用电切换方式

2.1 发电机组接线方式

列出发电机组交流供电系统接线方式示意图

由图1电厂的交流供电系统图可以看到，其供电方式为单母线双电源方式，每段厂用工作母线均有一条工作进线，一条备用进线，以保证每段负荷具备双电源切换。正常运行时机组厂用电由单元机组高厂变供电，停机状态或事故状态时，由起备变供电。另外，厂用电的用电负荷为大量的高压感性电动机负载。当机组或厂用工作电源发生故障时，为了保证厂用电不中断及机组安全有序地停机，不至于因一般故障、误动造成停电、复启动电流过大等扩大事故，必须尽快把厂用电电源从工作电源切换到备用电源。因此，在工作进线和备用进线上装设具有快速备用电投切的自动装置，在国内就是大家熟知的厂用电快切装置。

2.2 厂用电切换方式：

电厂用电系统切换分为三类：即机组启动、停机过程的正常切换和故障情况下的事故切换以及不正常切换等三种情况。具体介绍如下：

正常切换由手动启动，在DCS系统或装置面板上均可进行。正常切换是双向的，可以由工作电源切向备用电源，也可以由备用电源切向工作电源。系统结线方式和运行方式决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电压间的初始相角，若该初始相角较大，(例如大于 20°)，正常并联切换会因为环流太大而失败或造成设备损坏事故。因此正常切换时，厂用电源和备用电源间必须通过同期相角检测才能进行切换。

事故切换由厂用电故障的保护出口继电器启动，它是单向进行的，只能由工作电源切向备用电源。事故切换也选择同时切换方式，即厂用电保护出口继电器启动的同时，启动快切判据，当快速切换条件满足时合上备用电源。

正常切换和事故切换均需启动同期检测判据，厂用电源和备用电源间必须通过同期相角检测才能进行切换。

不正常切换由装置检测到不正常情况后自行启动，单向，只能由工作电源切向备用电源。不正常切换包括两种情况：1)厂用母线失电2)工作电源开关误跳。

3 线路保护和实现快切的应用方式

3.1 保护装置在进线的配置方式

电厂的厂用电进线和备线保护配置和功能如下图所示，配置相反时限过流和保护和零序反时限过流保护，做为本线路电流保护和下级线路的电流后备保护。配置低电压保护和同期相电压检测。

保护的Vs输入端接入线路PTB相，相电压输入端接入母线PT的Va、Vb、Vc，线路电压与母线电压进行25元件的同期检测，以此来判别工作进线和备用进线的电压同期操作。捕捉最佳的同期时机，保证备用进线切速的切换成功。

3.2 25检同期元件

由快切检同期理论分析，其本质是检同期元件，因此，我们下面详细讨论保护装置检同期元件的整定和使用。

3.2.1SEL保护的同期检测元件，设置SEL保护的同期元件E25=Y，则投入了同期检测元件。使用了单相电压输入VP和VS进行比较和判断：VP为相输入电压(VA、VB、VC用于星型连接电压;VAB、VBC、VCA用于三角形连接电压)，由整定值SYNCP决定采用那一相电压(如果SYNCP=VA，那么VP=VA)，VS为同期检测电压，如接线示意图2所示。

3.2.2图3为进线保护的同期检测元件25的整定值进行说明。

整定值 定义 范围

25VLO 低电压门槛用于“健康电压”窗口 0.0-150.0V二次侧(星型连接电压)

0.0-260.0V二次侧(三角形连接电压)

25VHI 高电压门槛用于“健康电压”窗口 0.0-150.0V二次侧(星型连接电压)

0.0-260.0V二次侧(三角形连接电压)

25SF 最大转差频率 0.005-0.500Hz

25ANG1 同期检测元件25A1最大角 0°-80°

25ANG2 同期检测元件25A2最大角 0°-80°

SYNCP 同期相 VA、VB、VC(星型连接电压)

VAB、VBC、VCA(三角形连接电压)

TCLOSD 断路器合闸时间用于角度补偿 0.00-60.00周波

BSYNCH SELogic控制方程闭锁同期检测整定值 继电器字位

3.2.3电压合格区间值，对单相电压输入VP和VS设置了一个低值和一个高值的合格的电压区间值，以便检测输入的VP和VS是有效的。整定值为25VLO和25VHI。在其范围内的电压值被认为是合格的并投入运算。

3.2.4转差频率，为了决定转差频率25SF，VS决定一侧的频率，另一侧的系统频率由接入相电压VA(对于星型连接电压输入)或电压VAB(对于三角形连接电压输入)决定。用其频率反映三相电力系统的频率。转差频率计算器输出为：

转差频率=fp-fs (单位为Hz=转差周波/秒)

fp=电压Vp频率 (单位为Hz=周波/秒)

fs=电压Vs频率 (单位为Hz=周波/秒)

完全的转差周波是一个电压(如：Vs)相对于另一个电压(如：Vp)的单个360度旋转。所有电压均认为是按相序方向旋转，这样Vs对于Vp的“转差”是Vs超前于Vp的相对旋转。

转差频率输出的绝对值通过比较器，如果转差频率小于最大转差频率整定值25SF，继电器字位SF置位为逻辑1。

3.2.5角度差计算器

图4中的同期检测元件的角度差计算器在转差频率小于最大转差频率整定值25SF(继电器字位SF置位)时运行。

同频角差计算器：如果转差频率小于或等于0.005Hz，角度差计算器不进行断路器合闸时间累计——它假定电压Vp和Vs是“静态的”(同频)。这种情况发生在打开的断路器的电压Vp和Vs是并行取自同一电力系统的不同电气路径。角度差计算器计算电压Vp和Vs间的角度差：

角度差=|(∠Vp-∠Vs)|

差频角差计算器：电压Vp和Vs是“滑动的”(差频);如果转差频率大于0.005Hz，角度差计算器将包含断路器合闸时间整定值TCLOSD(设置为周波数)。角度差计算器计算电压Vp和Vs间的角度差，并补偿了断路器合闸时间：

角度差=|(∠Vp-∠Vs)+[(fp-fs)*TCLOSD*(1秒/60周波)*(360°/转差周波)]|

3.2.6同期检测元件输出

同期检测元件输出继电器字位25A1和25A2在下面解释的条件下置位为逻辑1。

电压Vp和Vs是“同频同期”;如果角度差小于相关的最大角度整定值25ANG1或25ANG2时同期检测元件25A1或25A2置位为逻辑1。

电压Vp和Vs是“差频同期”角度差经断路器合闸时间TCLOSD补偿后，角度差仍然小于最大角度整定值25ANG1或25ANG2，那么相关的同期检测元件25A1或25A2置位为逻辑1。

4 结语

线路保护装置实现变电站供电系统备用电源的快速切换方式应用较少，通过研究国内快切装置我们可以发现备用电源快切的其核心的本质原理，根据此原理，结合利用SEL强大的同期检测元件和强大的逻辑编程功能，可以方便的实现备用电源的快速切换。

参考文献

税正中 施怀瑾 主编 电力系统继电保护 重庆大学出版社

SID-8BT 多微机同期快切复用装置技术说明书

SEL-351,5,6,7 操作手册

王维俭 主编 发电机变压器继电保护应用 北京电力出版社

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