解析電源快速切換裝置在礦區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用

楊彩萍

(山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司供用電分公司，山西介休032000)

0 引言

快切裝置的工作是一個(gè)相對(duì)較為繁雜的過程，特別是在供電系統(tǒng)發(fā)生故障需要切換電源的時(shí)候，一些相關(guān)因數(shù)都會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)生變化，一旦切換錯(cuò)誤，極有可能造成整個(gè)系統(tǒng)的大面積癱瘓。

1 供電系統(tǒng)中幾種常見的切換方式

1)首先我們介紹一種最為常見的切換方式，即備自投切換，這種方式必須保證先斷后合的基本原則，當(dāng)系統(tǒng)失壓以后不馬上切斷電源，而是電源開關(guān)發(fā)生自動(dòng)關(guān)閉以后，在備用電源處于正常時(shí)，直接對(duì)備用電源進(jìn)行切斷作業(yè)，但是這一切換方式存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因其進(jìn)行切換的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，極有可能會(huì)使接觸器失去磁性，進(jìn)而造成脫離，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)造成極大地沖擊，同時(shí)它利用到眾多電氣器件，不論哪一個(gè)器件發(fā)生故障，都會(huì)對(duì)整個(gè)過程造成影響，所以切換的成功率較低，在該切換裝置中，選擇的電源開關(guān)一般是油開關(guān)，這類開關(guān)會(huì)對(duì)備用電源直接進(jìn)行帶動(dòng)，并且電容機(jī)具有非常大的容量，在失去電源供應(yīng)以后會(huì)緩慢地衰減，如果同期的鑒定工作不準(zhǔn)確，將直接導(dǎo)致備用電源的高倍變，造成電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p害。

2)相對(duì)于前一種切換方式，手動(dòng)切換是相對(duì)較為傳統(tǒng)的切換方式，在大多數(shù)倒電源系統(tǒng)中普遍采用該種方式進(jìn)行電源切換，它的主要工作原理是將兩個(gè)電源并列放置，首先對(duì)母線的電源開關(guān)進(jìn)行閉合作業(yè)，之后再對(duì)備用電源進(jìn)行關(guān)閉，最后進(jìn)行開關(guān)分閘作業(yè)。但是，此種切換方式仍舊存在一大弊端，那就是電源的并列放置會(huì)大大增加故障的發(fā)生幾率，而且發(fā)生故障以后，故障的范圍會(huì)進(jìn)一步蔓延，因此這種切換方式同樣具有相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)手動(dòng)切換的操作過程相對(duì)繁雜，還會(huì)受到諸多因素的限制，母線的斷電過程也比較漫長(zhǎng)，在合上備用電源之后，電機(jī)成組的電流會(huì)瞬間大幅度升高，致使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速急劇下降，進(jìn)一步增加了故障的發(fā)生率，該切換方式對(duì)操作具有極高的要求，所產(chǎn)生的問題也與諸多因素息息相關(guān)，并且發(fā)生的這些問題具有很大的不確定性。

3)相比于前兩種切換方式，快切方式的過程安全可靠，并且非常簡(jiǎn)單。該切換方式保持同時(shí)切斷的基本原則，一旦母線的電源切開以后，便會(huì)立即發(fā)出相關(guān)指令給斷路器，使之進(jìn)行分、合閘的工作，供電系統(tǒng)中的隔離時(shí)間便是分、合閘的時(shí)間差，該時(shí)間極短，往往小于15 微秒，并且在這么短的時(shí)間內(nèi)，接觸器往往不會(huì)受到任何影響，繼續(xù)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。快切方式在通常情況下適用于發(fā)生事故以及正常電源的電力供應(yīng)系統(tǒng)，隨著發(fā)電機(jī)組的容量不斷增大，電容機(jī)的容量也會(huì)隨之增大，這就導(dǎo)致機(jī)電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通電動(dòng)機(jī)的容量，在電機(jī)的電源被切斷以后，工作正常的母線電動(dòng)群會(huì)具有巨大的動(dòng)能以及磁能，進(jìn)而導(dǎo)致形成逐漸衰減的殘壓，它和電源電壓所形成的相角會(huì)慢慢變大，當(dāng)達(dá)到平角的時(shí)候，備用電源就會(huì)發(fā)出劇烈的沖擊電流，該電流會(huì)對(duì)備用變壓器以及電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響，針對(duì)這些問題，快切裝置可以有效應(yīng)對(duì)。

2 快切裝置的工作原理以及實(shí)現(xiàn)方式

所謂快切裝置，就是指電源快速切換裝置，快切裝置發(fā)展至今，已經(jīng)成為具有較大規(guī)模集成電路的芯板，已普遍應(yīng)用在供電企業(yè)，在電力供應(yīng)系統(tǒng)中負(fù)荷一般較大，同時(shí)電壓非常高，所以具有較高效率的電源快速切換裝置便顯得尤為重要，這些電源快速切換裝置的主要功能是保障供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備受到?jīng)_擊的時(shí)候避免受損，并且還能保障一些非正常情況下的電力供應(yīng)。

在快切原理中，名詞“實(shí)現(xiàn)方式”用來描述合備用開關(guān)的合閘條件。裝置在起動(dòng)后會(huì)按照預(yù)定的切換方式跳工作開關(guān)和合備用開關(guān)。無論哪種切換方式都涉及到合備用開關(guān)的操作。它的實(shí)現(xiàn)方式包括:快速切換、同期捕捉切換、殘壓切換、長(zhǎng)延時(shí)切換。以下僅對(duì)這幾種實(shí)現(xiàn)方式做簡(jiǎn)單介紹。

1)快速切換?？焖偾袚Q是最理想的一種合閘方式，既能保證電動(dòng)機(jī)安全，又不使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降太多。在并聯(lián)切換方式下，實(shí)現(xiàn)快速切換條件為:母線和待并側(cè)電源壓差|du| ＜“并聯(lián)切換壓差”，且頻差|df| ＜“并聯(lián)切換頻差”，且相差|dq| ＜“并聯(lián)切換相差”。在串聯(lián)或同時(shí)切換方式下，實(shí)現(xiàn)快速切換的條件為:母線和待并側(cè)電源頻差|df| ＜“快速切換頻差”且相差|dq| ＜“快速切換相差”。快速切換是速度最快的合閘方式。

2)同期捕捉切換。當(dāng)快速切換不成功時(shí)，同期捕捉切換是一種最佳的后備切換方式。同期捕捉切換的原理是實(shí)時(shí)跟蹤母線電壓和備用電壓的頻差和角差變化，以同相點(diǎn)作為合閘目標(biāo)點(diǎn)。

3)殘壓切換。當(dāng)母線電壓衰減到20% －40%實(shí)現(xiàn)的切換稱為殘壓切換。殘壓切換雖能保證電動(dòng)機(jī)安全，但由于停電時(shí)間過長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)成功與否、自起動(dòng)時(shí)間等會(huì)受到較大限制。殘壓切換的實(shí)現(xiàn)條件為:母線電壓＜“殘壓切換電壓幅值”。

4)長(zhǎng)延時(shí)切換。當(dāng)備用側(cè)容量不足以承擔(dān)全部負(fù)載，甚至不足以承擔(dān)通過殘壓切換過去的負(fù)載的自起動(dòng)，只能考慮長(zhǎng)延時(shí)切換。長(zhǎng)延時(shí)切換的實(shí)現(xiàn)條件為:裝置起動(dòng)后延時(shí)t ＞“長(zhǎng)延時(shí)整定值”。

綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)，電源切換的目的就是為了減少?zèng)_擊電流，以達(dá)到最佳的控制效果，在這些切換方式中，快速切換是最行之有效的、最能夠有效控制系統(tǒng)的、最能夠滿足系統(tǒng)供電需要的一種切換方式。

3 切換成功的幾個(gè)基本條件

在供電系統(tǒng)中要想保證切換成功必須具備幾個(gè)基本條件，其一，在電力供應(yīng)系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)具備獨(dú)立的工作以及備用電源，當(dāng)系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過程中，這兩個(gè)電源應(yīng)當(dāng)具有一定的電壓相角，需要注意的是，這個(gè)電壓相角的角度應(yīng)當(dāng)絕對(duì)小于20，此外，還需要配置快速斷路器，配置的快速斷路器的分、合閘時(shí)間必須要短，少油式斷路器顯然不是一個(gè)很好的選擇，在供電系統(tǒng)中還應(yīng)當(dāng)配置一個(gè)繼電器，該繼電器可有效對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

4 快切裝置在礦區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用情況

汾西礦業(yè)集團(tuán)河?xùn)|、北村變電站作為汾西礦業(yè)集團(tuán)與晉中電網(wǎng)并網(wǎng)的110 kV 中心站，承擔(dān)著汾西集團(tuán)南關(guān)發(fā)電廠、后莊變電站、崔家溝變電所、張家莊變電所、紫金變電所等十余個(gè)廠站的發(fā)、供、送、變電任務(wù)，是汾西礦業(yè)集團(tuán)的重要電力樞紐。

目前，我們?cè)跁x中礦區(qū)供電系統(tǒng)河?xùn)|、北村變電站加裝電源快速切換裝置，通過編制詳細(xì)的快速切換方案，使河?xùn)|、北村110 kV 變電站實(shí)現(xiàn)了帶負(fù)荷“快速切換”功能，系統(tǒng)失電次數(shù)由原來的5 次減少到O 次，經(jīng)過多次考驗(yàn)，該裝置動(dòng)作靈敏、可靠，能有效避免因斷電而造成礦區(qū)電網(wǎng)停電的事故;可以進(jìn)一步提升供電系統(tǒng)的安全性、靈活性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性，保證了礦區(qū)電網(wǎng)持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)電網(wǎng)“零停電”，也有力地保障了煤礦的安全生產(chǎn)，對(duì)礦區(qū)電網(wǎng)產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

現(xiàn)隨著電源快速切換裝置在礦區(qū)電網(wǎng)中的革新和應(yīng)用，我們先后將在礦區(qū)電網(wǎng)孝義區(qū)域及煤礦井下雙回路供電系統(tǒng)中進(jìn)行大面積推廣和應(yīng)用，使其在礦區(qū)電網(wǎng)中發(fā)揮更大的作用。

5 結(jié)語

快切裝置對(duì)于煤礦電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行發(fā)揮著重要作用，可以說它是保障電源切換成功率的前提條件，供電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵就在于此，快切裝置摒棄了手動(dòng)切換的復(fù)雜性，大幅度降低了操作失誤的概率，與此同時(shí)，快速裝置可以有效避免母線失壓，總之，我們一定要結(jié)合供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，科學(xué)、合理地運(yùn)用快切裝置，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致的檢查，以保證整個(gè)供電系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。

［1］李廣志，馬小娜，王瀾. 石化供電系統(tǒng)中快切裝置技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用［J］.自動(dòng)化應(yīng)用，2010(5).

［2］藍(lán)如平. 微機(jī)型快切裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與分析［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2009，38(1).

［3］楊紅軍.淺析快切裝置在廠用電中的應(yīng)用［J］. 機(jī)電信息，2011(30).