摘 要：該文介紹了茂名臻能熱電有限公司# 7機(jī)組廠用6kV系統(tǒng)SID-8BT-A 備用電源快速切換裝置的切換方式、原理關(guān)系及其在應(yīng)用中的一些體會(huì)。

關(guān)鍵詞：快切裝置 快切方式 快切原理

中圖分類號(hào)：TM762文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（c）-0253-02

茂名臻能熱電有限公司#7機(jī)廠用6 kV系統(tǒng)采用深圳國立智能SID-8BT-A 備用電源快速切換裝置來實(shí)現(xiàn)工作電源與備用電源的切換。該裝置兼有獨(dú)立的備用分支后加速、過流保護(hù)功能。裝置具有事故切換、非正常工況切換、正常手動(dòng)切換功能。其中事故切換和非正常工況切換為自動(dòng)切換，為單向切換；正常手動(dòng)切換為雙向切換，手動(dòng)切換在裝置面板或集控室均能進(jìn)行操作。

1 切換方式

電源切換的方式分類可按開關(guān)動(dòng)作順序分，也可按起動(dòng)原因分，還可按切換速度分。

（1）按開關(guān)動(dòng)作順序分類（動(dòng)作順序以工作電源切向備用電源為例）

①串聯(lián)切換

首先跳開工作電源開關(guān)，在確認(rèn)工作電源開關(guān)跳開后，再合上備用電源開關(guān)。此方式常用于事故切換。

②同時(shí)切換

首先跳開工作電源開關(guān)，在未確定工作電源開關(guān)是否跳開就發(fā)合備用電源開關(guān)命令，通過設(shè)定合閘延時(shí)定值，在時(shí)間上確保工作電源開關(guān)先斷開，備用電源開關(guān)后合上。母線斷電時(shí)間大于0 ms，小于備用開關(guān)合閘時(shí)間，可設(shè)置延時(shí)來調(diào)整。這種方式既可用于正常切換，也可用于事故切換。

③并聯(lián)自動(dòng)切換

SID-8BT-A備用電源快速切換裝置同時(shí)支持差頻同期和同頻同期操作。首先，該裝置根據(jù)嚴(yán)格的雙側(cè)電源同期準(zhǔn)則，并聯(lián)合備用電源開關(guān)，確定備用電源開關(guān)合閘后，再自動(dòng)跳開工作電源開關(guān)。此模式只能應(yīng)用于正常手動(dòng)切換。

④并聯(lián)半自動(dòng)切換

根據(jù)嚴(yán)格的雙側(cè)電源同期準(zhǔn)則，首先合備用電源開關(guān)，確定備用電源開關(guān)合閘后，再手動(dòng)跳開工作電源開關(guān)。此模式只能應(yīng)用于正常手動(dòng)切換。

⑤并聯(lián)失敗轉(zhuǎn)串聯(lián)切換

如果裝置檢測到符合雙側(cè)電源同期準(zhǔn)則，按照并聯(lián)自動(dòng)模式進(jìn)行切換；否則按照串聯(lián)切換模式進(jìn)行切換。此模式只能應(yīng)用于正常手動(dòng)切換。

⑥并聯(lián)失敗轉(zhuǎn)串聯(lián)切換

如果裝置檢測到符合雙側(cè)電源同期準(zhǔn)則，按照并聯(lián)自動(dòng)模式進(jìn)行切換；否則按照同時(shí)切換模式進(jìn)行切換。此模式只能應(yīng)用于正常手動(dòng)切換。

（2）按啟動(dòng)原因分類

①事故切換

由保護(hù)接點(diǎn)或模擬量啟動(dòng)，由保護(hù)動(dòng)作或模擬量（含頻差、頻差無流、逆功率、頻差逆功率、頻壓品質(zhì)）啟動(dòng)事故切換后，先發(fā)跳工作電源指令，在滿足切換條件時(shí)（或經(jīng)延時(shí)）發(fā)合備用電源開關(guān)命令。切換模式可以選擇串聯(lián)或同時(shí)，本機(jī)組正常情況下選串聯(lián)模式。本機(jī)組啟動(dòng)事故切換的保護(hù)有：主變差動(dòng)、主變接地零序、主變間隙零序、高廠變差動(dòng)、發(fā)電機(jī)差動(dòng)、主變重瓦斯、高廠變重瓦斯、非全相保護(hù)、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、程序逆功率、定子接地、失磁II段、失步等。

②正常手動(dòng)切換

手動(dòng)操作啟動(dòng)，而后裝置自動(dòng)進(jìn)行切換，在檢測到就地手動(dòng)切換信號(hào)，或接收到遠(yuǎn)方切換命令時(shí)，啟動(dòng)工作電源與備用電源之間的快速切換。切換模式可以選擇串聯(lián)、同時(shí)、并聯(lián)自動(dòng)、并聯(lián)半自動(dòng)、并聯(lián)失敗轉(zhuǎn)串聯(lián)、并聯(lián)失敗轉(zhuǎn)同時(shí)等切換中任意一種模式。本廠正常情況下選并聯(lián)自動(dòng)模式。

③非正常工況切換

非正常切換是自動(dòng)進(jìn)行的，包括2種情況：（1）母線失壓啟動(dòng)：當(dāng)母線3個(gè)線電壓均低于整定值且時(shí)間大于所整定延時(shí)定值時(shí)，裝置根據(jù)選定方式進(jìn)行串聯(lián)或同時(shí)切換，本廠一般情況下選串聯(lián)模式。（2）工作電源開關(guān)誤跳啟動(dòng)：多方面原因（包括操作失誤等）引起工作電源開關(guān)誤跳開，裝置選擇串聯(lián)切換模式。

（3）按切換速度分類

分為快速切換、耐受電壓捕捉切換、同期捕捉切換、殘壓切換及長延時(shí)切換。

2 原理及應(yīng)用技術(shù)

如圖1所示：正常運(yùn)行時(shí)，工作電源由#7發(fā)電機(jī)端經(jīng)#7高廠變引入，備用電源由220 kV GIS系統(tǒng)經(jīng)# 02啟備變引入。正常運(yùn)行時(shí)，6 kV廠用電7A段母線由工作電源供電，當(dāng)工作電源側(cè)發(fā)生故障時(shí)，必須跳開工作電源開關(guān)607A，此時(shí)6 kV廠用電7A段母線失電，由于廠用負(fù)荷多為異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)將惰行，母線電壓為眾多電動(dòng)機(jī)的合成反饋電壓，稱其為殘壓，殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減，此時(shí)，如果合上備用電源開關(guān)067A，將對(duì)廠用母線上的電機(jī)造成影響，廠用旋轉(zhuǎn)負(fù)載的自起動(dòng)及安全運(yùn)行也受到嚴(yán)重威脅。

圖2所示為電動(dòng)機(jī)接通備用電源時(shí)的等值電路圖和相角圖。如圖2所示，不同的θ角（備用電源電壓和電動(dòng)機(jī)殘壓二者之間的夾角），對(duì)應(yīng)不同的ΔU值。當(dāng)θ=180o時(shí)，ΔU值最大，如果此時(shí)接通備用電源，其對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊最大。

電動(dòng)機(jī)重新合上電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)上的電壓Um為：

（2-1）

式中

Xm—母線上電動(dòng)機(jī)組和低壓負(fù)荷折算到高壓廠用電壓后的等值電抗；

Xs—電源的等值電抗；

U—電源電壓和殘壓之間的差拍電壓。

令Um等于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的允許電壓，即為1.1倍電動(dòng)機(jī)的額定電壓UDe：

（2-2）

2.1 快速切換

在切換啟動(dòng)瞬間，裝置檢測母線與備用電源進(jìn)線的角差、頻差、母線電壓在定值范圍內(nèi)，則啟動(dòng)快速切換，立即合閘出口?，F(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，母線和備用電源進(jìn)線的相角差在60°內(nèi)對(duì)與母線上的運(yùn)行設(shè)備時(shí)安全的。在頻差平均為1HZ時(shí)，由于開關(guān)固有合閘時(shí)間為100ms計(jì)算，合閘命令發(fā)出到合閘時(shí)，母線與備用進(jìn)線相量間夾角增大了36°。因此，為保證快速切換成功，最好采用快速開關(guān)進(jìn)行切換，并且裝置發(fā)合閘指令時(shí)，即時(shí)測得的角差應(yīng)當(dāng)小于20 °。

2.2 捕捉耐受電壓點(diǎn)準(zhǔn)則切換

當(dāng)工作電源跳閘被切除后，母線上的電動(dòng)機(jī)組依靠慣性及轉(zhuǎn)子剩磁轉(zhuǎn)入異步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，母線上的殘壓的電壓和頻率逐步下降。母線殘壓相對(duì)于備用電源電壓向滯后方向運(yùn)動(dòng)的角度θ不斷增大，殘壓數(shù)值不斷衰減，經(jīng)過一段時(shí)間才衰減到零。由于備用電源投入時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊電流，并有可能導(dǎo)致備用電源速斷保護(hù)動(dòng)作而跳閘，使快速切換控制失敗。SID-8BT-A 備用電源快速切換裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測工作電源與備用電源的相角差θ及當(dāng)時(shí)的U，并根據(jù)已采樣的數(shù)據(jù)預(yù)測U的變化，在U在超過允許值之前，計(jì)算備用電源的合閘時(shí)間發(fā)出合閘命令完成備用電源的投入，從而確保母線上所有負(fù)載的安全和快速恢復(fù)運(yùn)行。

2.3 捕捉首次同相點(diǎn)切換

工作電源開關(guān)因事故被切除后，母線電壓及頻率按一定規(guī)律衰減，衰減過程中，殘壓相對(duì)于備用電源電壓每運(yùn)動(dòng)360°，就出現(xiàn)一次可能滿足同相切換判據(jù)的合閘時(shí)刻點(diǎn)。該裝置捕捉首次出現(xiàn)相角差為零時(shí)完成備用電源切換。SID-8BT-A備用電源快速切換裝置具有恒定越前時(shí)間和恒定越前相位2種方式可選。當(dāng)采用恒定越前相角方式時(shí)，即根據(jù)正常廠用負(fù)荷下同期捕捉階段相角變化的速度取決于該時(shí)的頻差）和合閘回路的總時(shí)間，計(jì)算并整定出合閘提前角，快切裝置實(shí)時(shí)跟蹤頻差和相差，當(dāng)相差達(dá)到整定值，且頻差不超過整定范圍時(shí)，即發(fā)合閘命令，當(dāng)頻差超范圍時(shí)，放棄合閘，轉(zhuǎn)入殘壓切換。當(dāng)采用恒定越前時(shí)間方式時(shí)，即完全根據(jù)實(shí)時(shí)的頻差、相差，依據(jù)一定的變化規(guī)律模型，計(jì)算出離相角差過零點(diǎn)的時(shí)間，當(dāng)該時(shí)間接近合閘回路總時(shí)間時(shí)，發(fā)出合閘命令。

2.4 殘壓切換

當(dāng)母線電壓下降至20%～40%額定電壓時(shí)實(shí)現(xiàn)的切換稱為“殘壓切換”，殘壓切換作為首次同相點(diǎn)切換的后備功能，以提高廠用電切換的成功率。其合閘時(shí)無須判斷相角和頻率差，這是一種后備切換方式。殘壓切換雖能保證備用分支電源投入，但是由于停電時(shí)間過長，很多設(shè)備已自動(dòng)或被低壓保護(hù)被切除，其他設(shè)備自啟動(dòng)條件惡化。需要注意的是，不同的系統(tǒng)容量和備用變壓器容量都會(huì)影響沖擊電流值。

2.5 長延時(shí)切換

如果裝置在整定的時(shí)間結(jié)束之前無法進(jìn)行上述的任何一種切換方式，該裝置將執(zhí)行長延時(shí)切換，這種切換方式僅僅是作為一種最后的備用切換方式。當(dāng)某些情況下，母線上的殘壓有可能不易衰減，如果這時(shí)殘壓定值設(shè)置不當(dāng)，可能會(huì)推遲或不再進(jìn)行合閘操作。因此在該裝置中另設(shè)了長延時(shí)切換功能，作為以上切換的總后備。

3 SID-8BT-A 備用電源快速切換裝置的其他功能

（1）弧光保護(hù)閉鎖備自投功能

本機(jī)組6kV母線開關(guān)配置弧光保護(hù)，弧光保護(hù)發(fā)生時(shí)自動(dòng)閉鎖快切裝置。

（2）低壓減載功能

本裝置可提供兩段式定時(shí)限低壓減載出口功能。母線電壓衰減時(shí)，逐級(jí)切除部分非重要輔機(jī)，以保證重要輔機(jī)能正常自起動(dòng)。

（3）使用勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)支持啟備變冷備用

當(dāng)啟備變作為暗備用時(shí)，快切裝置動(dòng)作后，啟備變高壓側(cè)開關(guān)合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流將有可能導(dǎo)致變壓器保護(hù)誤動(dòng)。因此大部分電廠將啟備變作為明備用，此時(shí)，啟備變的空載損耗將十分可觀。本機(jī)組的同期快切裝置中采用了涌流抑制的技術(shù)，通過對(duì)啟備變剩磁及偏磁的精確控制，實(shí)現(xiàn)在空投啟備變時(shí)產(chǎn)生的偏磁抵消原來磁路中的剩磁，進(jìn)而根除了空投啟備變時(shí)因磁路飽和引起的勵(lì)磁涌流，保證快切裝置可以在啟備變冷備用時(shí)投入備用電源。

4 結(jié)語

本文闡述了茂名臻能熱電有限公司#7機(jī)組的備用電源快切裝置的切換方式、快切原理以及運(yùn)行中需注意的事項(xiàng)。本機(jī)組的SID-8BT-A 備用電源快速切換裝置能夠滿足切換速度與切換安全性的雙重要求。

參考文獻(xiàn)

[1]師淑英，趙福軍.廠用電源快切裝置原理及切換中注意問題.