【摘 要】随着水电厂装机容量增长和运行工况的复杂化，传统厂用电自动切换方法面临诸多挑战。研究聚焦水电厂厂用电自动切换方法，针对突发工况下切换判据、时序与系统协调等一系列问题，制订优化策略，从而提升切换响应速度，降低设备冲击电流与误动作率。仿真试验的结果证明，优化后的方法能明显增强系统的稳定性与可靠性，为水电厂厂用电自动切换系统设计提供了有效改进方案。

【关键词】水电厂；厂用电自动切换；突发工况；系统稳定性

引言

水电厂厂用电系统作为保证发电设备正常运转的关键要素，其可靠性对电厂安全稳定运行有直接影响。当出现突发故障或异常工况时，厂用电自动切换装置要迅速且精准地投入备用电源，维持关键辅机不断供电。伴随水电厂装机容量持续增加以及运行工况愈发复杂，传统厂用电自动切换方法面临诸多挑战。基于此背景，深入研究如何依据水电厂运行特点，优化厂用电自动切换方式具有重要意义。

一、相关理论与技术基础

（一）水电厂厂用电系统概述

水电厂的厂用电系统一般采用单元接线或扩大单元接线方式，由工作电源和备用电源共同构成双电源供电模式。一般情况下，工作电源会从发电机出口或主变压器高压侧取得，经降压后向厂用母线供电；备用电源来自启备变压器或公用系统，工作电源失电时自动投入[1]。厂用负荷包括水泵、油泵、风机等设备，特别是顶轴油泵、冷却水泵等重要负荷，对供电连续性要求极高，失电超过0.3 s就可能导致设备损坏[2]。自动切换装置是保障供电不间断的核心设备，具有监测工作电源状态、判定失电故障并自动切换至备用电源的功能。装置要在保证可靠性的基础上，缩短切换时间，防止误动作，维护厂用电系统的供电质量并保障设备安全。

（二）自动切换装置工作原理

厂用电自动切换装置的动作判据主要包括低电压判据、负序电压判据和频率偏差判据。低电压判据通过检测母线电压是否低于设定值来识别失电，是最常用的判据。其动作电压Uop的整定公式如式（1）所示：

Uop=Krel×UN×（1－ΔU）（1）

其中，Krel为可靠系数（通常为0.6～0.7），UN为母线额定电压，ΔU为电压波动范围（一般取0.1）。

此判据结构简单可靠，但当电压暂降或者系统振荡时可能误动作。负序电压判据借助三相电压不平衡的特性来识别不对称故障，可迅速识别单相接地或两相短路故障[3]。对于甩负荷工况，可利用频率偏差判据，一旦机组失去负荷，频率便急剧上升，以此判断是否出现甩负荷故障。

切换装置按工作模式可分为“先断后合”和“快速切换”两种模式。先断后合模式下，工作电源一旦失电就立刻断开电源，等母线电压衰减到安全值后，再合上备用电源[4]。此方式的总切换时间由判断延时、分闸时间、合闸时间和残压衰减时间共同构成。快速切换模式下，失电后切换装置会立即切换至备用电源，缩短了切换时间，适合对响应速度要求高的场合，但可能会带来电气冲击风险。

（三）突发工况特征分析

水电厂在运行过程中可能遇到多种突发工况，不同工况下电气量的变化特征存在差异，对切换装置的性能要求也各不相同。主变压器高压侧短路故障为最严重的失电工况，故障发生时工作电源瞬时失压，母线电压迅速跌落至零或接近零，属于永久性失电，需要快速切换至备用电源。此类工况要求切换装置具备迅速响应能力[5]。

一般情况下，500 kV系统接地故障会引发短时间的电压跌落，但故障具有瞬时性，电压可在几十毫秒内恢复正常。若切换装置动作速度过快，容易造成误切换，影响供电的连续性，该工况规定装置要准确辨认瞬时故障，防止出现误动作。

机组甩负荷工况较为复杂，发电机转速上升，电压与频率波动较大，母线电压可能会有较大波动，频率偏差可达2 Hz以上。此时切换装置要精准识别甩负荷特征，恰当设定动作延时，防止在电压波动时出现误动作，还要兼顾残压和备用电源的同期条件，避免非同期合闸。

二、水电厂突发工况下厂用电自动切换的现存问题

（一）切换判据方面

1.单一判据适应性不足

目前的切换装置普遍采用单一的低电压判据，整定值一般为额定电压的0.6至0.7倍，延时设置为30～100 ms。