淺談SID—8BT—A備用電源快速切換裝置原理及應(yīng)用技術(shù)

摘 要：該文介紹了茂名臻能熱電有限公司# 7機組廠用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。

關(guān)鍵詞：快切裝置 快切方式 快切原理

中圖分類號：TM762文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0253-02

茂名臻能熱電有限公司#7機廠用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現(xiàn)工作電源與備用電源的切換。該裝置兼有獨立的備用分支后加速、過流保護功能。裝置具有事故切換、非正常工況切換、正常手動切換功能。其中事故切換和非正常工況切換為自動切換，為單向切換；正常手動切換為雙向切換，手動切換在裝置面板或集控室均能進行操作。

1 切換方式

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

（1）按開關(guān)動作順序分類（動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)定合閘延時定值，在時間上確保工作電源開關(guān)先斷開，備用電源開關(guān)后合上。母線斷電時間大于0 ms，小于備用開關(guān)合閘時間，可設(shè)置延時來調(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)自動切換

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

④并聯(lián)半自動切換

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

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)電源同期準則，按照并聯(lián)自動模式進行切換；否則按照串聯(lián)切換模式進行切換。此模式只能應(yīng)用于正常手動切換。

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)電源同期準則，按照并聯(lián)自動模式進行切換；否則按照同時切換模式進行切換。此模式只能應(yīng)用于正常手動切換。

（2）按啟動原因分類

①事故切換

由保護接點或模擬量啟動，由保護動作或模擬量（含頻差、頻差無流、逆功率、頻差逆功率、頻壓品質(zhì)）啟動事故切換后，先發(fā)跳工作電源指令，在滿足切換條件時（或經(jīng)延時）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，本機組正常情況下選串聯(lián)模式。本機組啟動事故切換的保護有：主變差動、主變接地零序、主變間隙零序、高廠變差動、發(fā)電機差動、主變重瓦斯、高廠變重瓦斯、非全相保護、轉(zhuǎn)子一點接地、程序逆功率、定子接地、失磁II段、失步等。

②正常手動切換

手動操作啟動，而后裝置自動進行切換，在檢測到就地手動切換信號，或接收到遠方切換命令時，啟動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、并聯(lián)自動、并聯(lián)半自動、并聯(lián)失敗轉(zhuǎn)串聯(lián)、并聯(lián)失敗轉(zhuǎn)同時等切換中任意一種模式。本廠正常情況下選并聯(lián)自動模式。

③非正常工況切換

非正常切換是自動進行的，包括2種情況：（1）母線失壓啟動：當母線3個線電壓均低于整定值且時間大于所整定延時定值時，裝置根據(jù)選定方式進行串聯(lián)或同時切換，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：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、殘壓切換及長延時切換。

2 原理及應(yīng)用技術(shù)

如圖1所示：正常運行時，工作電源由#7發(fā)電機端經(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。正常運行時，6 kV廠用電7A段母線由工作電源供電，當工作電源側(cè)發(fā)生故障時，必須跳開工作電源開關(guān)607A，此時6 kV廠用電7A段母線失電，由于廠用負荷多為異步電動機，電動機將惰行，母線電壓為眾多電動機的合成反饋電壓，稱其為殘壓，殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減，此時，如果合上備用電源開關(guān)067A，將對廠用母線上的電機造成影響，廠用旋轉(zhuǎn)負載的自起動及安全運行也受到嚴重威脅。

圖2所示為電動機接通備用電源時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機殘壓二者之間的夾角），對應(yīng)不同的ΔU值。當θ=180o時，ΔU值最大，如果此時接通備用電源，其對電動機的沖擊最大。

電動機重新合上電源時，電動機上的電壓Um為：

（2-1）

式中

Xm—母線上電動機組和低壓負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等于電動機起動時的允許電壓，即為1.1倍電動機的額定電壓UDe：

（2-2）

2.1 快速切換

在切換啟動瞬間，裝置檢測母線與備用電源進線的角差、頻差、母線電壓在定值范圍內(nèi)，則啟動快速切換，立即合閘出口。現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明，母線和備用電源進線的相角差在60°內(nèi)對與母線上的運行設(shè)備時安全的。在頻差平均為1HZ時，由于開關(guān)固有合閘時間為100ms計算，合閘命令發(fā)出到合閘時，母線與備用進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)進行切換，并且裝置發(fā)合閘指令時，即時測得的角差應(yīng)當小于20 °。

2.2 捕捉耐受電壓點準則切換

當工作電源跳閘被切除后，母線上的電動機組依靠慣性及轉(zhuǎn)子剩磁轉(zhuǎn)入異步電動機狀態(tài)，母線上的殘壓的電壓和頻率逐步下降。母線殘壓相對于備用電源電壓向滯后方向運動的角度θ不斷增大，殘壓數(shù)值不斷衰減，經(jīng)過一段時間才衰減到零。由于備用電源投入時產(chǎn)生較大的沖擊電流，并有可能導致備用電源速斷保護動作而跳閘，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時監(jiān)測工作電源與備用電源的相角差θ及當時的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，計算備用電源的合閘時間發(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載的安全和快速恢復運行。

2.3 捕捉首次同相點切換

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，殘壓相對于備用電源電壓每運動360°，就出現(xiàn)一次可能滿足同相切換判據(jù)的合閘時刻點。該裝置捕捉首次出現(xiàn)相角差為零時完成備用電源切換。SID-8BT-A備用電源快速切換裝置具有恒定越前時間和恒定越前相位2種方式可選。當采用恒定越前相角方式時，即根據(jù)正常廠用負荷下同期捕捉階段相角變化的速度取決于該時的頻差）和合閘回路的總時間，計算并整定出合閘提前角，快切裝置實時跟蹤頻差和相差，當相差達到整定值，且頻差不超過整定范圍時，即發(fā)合閘命令，當頻差超范圍時，放棄合閘，轉(zhuǎn)入殘壓切換。當采用恒定越前時間方式時，即完全根據(jù)實時的頻差、相差，依據(jù)一定的變化規(guī)律模型，計算出離相角差過零點的時間，當該時間接近合閘回路總時間時，發(fā)出合閘命令。

2.4 殘壓切換

當母線電壓下降至20%～40%額定電壓時實現(xiàn)的切換稱為“殘壓切換”，殘壓切換作為首次同相點切換的后備功能，以提高廠用電切換的成功率。其合閘時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，但是由于停電時間過長，很多設(shè)備已自動或被低壓保護被切除，其他設(shè)備自啟動條件惡化。需要注意的是，不同的系統(tǒng)容量和備用變壓器容量都會影響沖擊電流值。

2.5 長延時切換

如果裝置在整定的時間結(jié)束之前無法進行上述的任何一種切換方式，該裝置將執(zhí)行長延時切換，這種切換方式僅僅是作為一種最后的備用切換方式。當某些情況下，母線上的殘壓有可能不易衰減，如果這時殘壓定值設(shè)置不當，可能會推遲或不再進行合閘操作。因此在該裝置中另設(shè)了長延時切換功能，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）弧光保護閉鎖備自投功能

本機組6kV母線開關(guān)配置弧光保護，弧光保護發(fā)生時自動閉鎖快切裝置。

（2）低壓減載功能

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

（3）使用勵磁涌流抑制技術(shù)支持啟備變冷備用

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

4 結(jié)語

本文闡述了茂名臻能熱電有限公司#7機組的備用電源快切裝置的切換方式、快切原理以及運行中需注意的事項。本機組的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

[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.