淺談廠用電塊切裝置工作原理及應(yīng)用

金萬(wàn)超

摘 要：在當(dāng)代發(fā)電廠中，快切裝置的切換效果直接影響廠用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以，了解快切裝置的工作原理、切換方式、應(yīng)用條件及應(yīng)用環(huán)境，并提供有利的應(yīng)用條件及應(yīng)用環(huán)境，保證發(fā)電廠電源切換的成功率，進(jìn)而保證發(fā)電廠的正常運(yùn)行?；诖朔N認(rèn)識(shí)，本文主要闡述了快切裝置的主要切換方式及其工作原理，并介紹了快切裝置必要的應(yīng)用條件及應(yīng)用環(huán)境，旨在提高快切裝置在切換過(guò)程中的成功率，對(duì)于維持發(fā)電廠穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：快切裝置 應(yīng)用條件 應(yīng)用環(huán)境

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）08-0-01

引言

發(fā)電廠廠用電源切換多采用工作電源開關(guān)輔助接點(diǎn)聯(lián)動(dòng)備用電源投入。采用此方法存在很多問(wèn)題，當(dāng)備用電源開關(guān)合閘瞬間若廠用點(diǎn)系統(tǒng)反饋電壓與備用電源電壓間相角差大于30度，極限情況可能為180°，此時(shí)備用電源開關(guān)合閘瞬間勢(shì)必對(duì)備用電源、母線、電動(dòng)機(jī)造成合閘沖擊。如采用延時(shí)切換、短延時(shí)切換方式，由于種種因素，未必可靠保證躲過(guò)反向點(diǎn)而切換成功。若待母線殘壓衰減到一定幅值后再投入備用電源，則由于母線斷電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，母線電壓和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降幅度很大，將嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。此時(shí)，在低電壓保護(hù)的作用下，一部分輔機(jī)將退出運(yùn)行。即使切換成功備用電源合閘，成組電動(dòng)機(jī)的巨大自啟動(dòng)電流，會(huì)繼續(xù)拉低母線電壓，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)困難，情況進(jìn)一步惡化。因此，對(duì)于從事發(fā)電廠行業(yè)的管理者，了解快切裝置的工作原理及切換方式，以便更好地應(yīng)用快切裝進(jìn)行廠用電切換，進(jìn)而保障發(fā)電廠的的穩(wěn)定運(yùn)行。

一、快切裝置的切換方式及原理分析

快切裝置常被應(yīng)用在電廠的供電系統(tǒng)中，指的是發(fā)電廠廠用電電源快速切換裝置，簡(jiǎn)稱為快切裝置。從本質(zhì)上來(lái)講，應(yīng)用在廠用電系統(tǒng)中的快切，其作用是為了使工作電源、備用電源得以迅速而可靠的切換，從而保證供電的正常，進(jìn)而避免因電源切換而使某些設(shè)備受損。廠用電源切換的方式可按開關(guān)動(dòng)作順序分類，也可按啟動(dòng)原因分類，還可按切換速度進(jìn)行分類。

1.按工作電源開關(guān)、備用電源開關(guān)的動(dòng)作順序分類（以工作電源切換至備用電源為例）

1.1并聯(lián)切換：并聯(lián)切換過(guò)程中，備用電源開關(guān)先合閘，工作電源、備用電源短時(shí)間并聯(lián)，工作電源開關(guān)再跳開，在啟停機(jī)是的廠用電電源切換多用此方法。屬于正常切換方式，并聯(lián)方式分為兩種：并聯(lián)自動(dòng)切換和并聯(lián)半自動(dòng)切換。

1.2 串聯(lián)切換：串聯(lián)切換過(guò)程中，確認(rèn)工作電源開關(guān)跳開后，備用電源開關(guān)再合閘。備用電源開關(guān)合閘前母線瞬時(shí)斷電。事故切換時(shí)大多采用這種方式。

1.3 同時(shí)切換：同時(shí)切換過(guò)程中，備用電源開關(guān)合閘命令在工作電源開關(guān)跳開命令發(fā)出之后、工作電源開關(guān)跳開完成之前發(fā)出。同時(shí)切換方式介于并聯(lián)切換和串聯(lián)切換，母線斷電時(shí)間遠(yuǎn)小于串聯(lián)切換。由于這種方式介于并聯(lián)切換和串聯(lián)切換所以既可用于事故切換，也可以用于正常切換。

2.按快切裝置啟動(dòng)原因分類

2.1正常（手動(dòng)）切換：正常（手動(dòng)）切換手動(dòng)啟動(dòng)，既可以由備用電源切換至工作電源，也可以由工作電源切換至備用電源，是雙向的。快切裝置啟動(dòng)后，將按照已經(jīng)設(shè)定的手動(dòng)方式（并聯(lián)、同時(shí)）進(jìn)行切換。

2.2事故（自動(dòng)）切換：事故（自動(dòng)）切換在保護(hù)出口動(dòng)作后，且僅由工作電源切換至備用電源，是單向的。當(dāng)廠用變、發(fā)變組及其他保護(hù)出口動(dòng)作工作電源開關(guān)跳開是，快切裝置啟動(dòng)進(jìn)行切換，將按照已經(jīng)設(shè)定的自動(dòng)方式（串聯(lián)、同時(shí)）進(jìn)行切換。

2.3 異常情況（自動(dòng)）切換：快切裝置監(jiān)測(cè)到廠用電系統(tǒng)運(yùn)行異常情況后，自動(dòng)啟動(dòng)，且僅由工作電源切換至備用電源，是單向的。異常情況主要指母線失壓及工作電源開關(guān)誤跳兩種，母線飾亞是指母線電壓低于整定電壓且經(jīng)過(guò)整定延時(shí)，快切裝置啟動(dòng)，并按已經(jīng)設(shè)定好的方式進(jìn)行切換。工作電源開關(guān)誤跳后其輔助接點(diǎn)起動(dòng)快切裝置，滿足切換條件后進(jìn)行廠用電切換。

3.按快切裝置切換速度分類

3.1快速切換：工作電源為廠用母線供電是發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)正常運(yùn)行方式，當(dāng)工作電源故障，母線負(fù)載所合成反饋電壓稱為母線殘壓，當(dāng)殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減到臨界值時(shí)，快切裝置進(jìn)行快速切換，保證廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 同期補(bǔ)捉切換：廠用電系統(tǒng)需要切換電源時(shí)，快速切換方式未成功動(dòng)作，母線電壓未大幅度下降之前，快切裝置以殘壓的頻差和相角差變化作為快切裝置動(dòng)作的判據(jù)，在母線殘壓衰減到65%-70%時(shí)用電源電壓向量與母線電壓向量在第一次相位重合時(shí)，備用電源開關(guān)合閘完成廠用電切換。從而保證備用電源和母線最小的沖擊，且母線所帶的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降不大，這種方式稱為“同期補(bǔ)捉切換”。

3.3殘壓切換：廠用電系統(tǒng)發(fā)生故障，快切裝置快速切換方式、同期捕捉切換方式均未成功動(dòng)作，致使母線長(zhǎng)時(shí)間失電。母線電壓大幅下降，直到殘壓衰減到20%--40%快切裝置動(dòng)作切換成功，此時(shí)的切換稱為“殘壓切換”。廠用電成功切換后由于母線失電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)僅能保證電動(dòng)機(jī)的安全，電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)受到限制。

二、快切裝置在電廠中的應(yīng)用

廠用母線所帶負(fù)載的特性直接影響母線殘壓特性曲線的衰減時(shí)間、速度。實(shí)際運(yùn)行中快切裝置的參數(shù)需要通過(guò)調(diào)試設(shè)定。另外系統(tǒng)接線方式、系統(tǒng)故障類型及系統(tǒng)開關(guān)特性等因素也影響快切裝置切換成功與否。系統(tǒng)接線方式的影響最明顯，有的電廠，廠用變電源取自發(fā)電機(jī)出口，而備用變電源取自系統(tǒng)外變電站，廠用電系統(tǒng)工作電源電壓與備用電源屬于兩個(gè)系統(tǒng)，存在初始相角差，客觀條件上無(wú)法實(shí)現(xiàn)快切裝置的快速切換，需要啟動(dòng)快切裝置的同期捕捉切換方式；有的電廠，廠用變電源取自發(fā)電機(jī)出口，而備用變電源取自本廠變電站，由于是一個(gè)系統(tǒng)，所以不需要進(jìn)行處理，兩路電源就是同期的，相角差為0，所以在廠用電切換過(guò)程中快切裝置快切方式可靠動(dòng)作。系統(tǒng)故障類型則決定了保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間、開關(guān)的動(dòng)作順序，從而影響廠用電系統(tǒng)母線電壓的頻率、相角和幅值變化。系統(tǒng)開關(guān)特性指的是，開關(guān)的固有動(dòng)作時(shí)間，也將影響頻率、相角等的變化。

因此，快切裝置需要滿足一下必要的應(yīng)用條件才能保證快切成功。首先，電廠的廠用電系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)有獨(dú)立的工作電源和獨(dú)立的備用電源。正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)獨(dú)立電源間的電壓相角差不超過(guò)20-30度。另外，系統(tǒng)還要配備相應(yīng)的快速開關(guān)，開關(guān)的跳合時(shí)間應(yīng)小于80ms。最后，為了保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還需配備快速動(dòng)作的保護(hù)繼電器。

但快切的切換時(shí)間在一定范圍即可，并不是越短越好。減小切換時(shí)間涉及到兩個(gè)方面，一是減小開關(guān)固有跳閘時(shí)間，二是減小快切裝置固有動(dòng)作時(shí)間。開關(guān)固有跳合時(shí)間當(dāng)然越短越好，尤其是備用電源開關(guān)的固有跳合時(shí)間。但實(shí)際上，一般廠用電系統(tǒng)快速開關(guān)固有跳合時(shí)間均在80至100ms，均能滿足快切要求。這種情況下，母線電壓降落、自起動(dòng)電流、沖擊電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速下降等因素對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響不大，因此對(duì)開關(guān)跳合時(shí)間不必過(guò)分要求。另外，快速切換初期頻差和相位差的變化緩慢，開關(guān)跳合時(shí)間提高10ms，相位差僅減小幾度。對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響不大，但設(shè)計(jì)難度增加，資金投入增大。減小快切裝置固有動(dòng)作時(shí)間主要包括減小硬件固有動(dòng)作時(shí)間和軟件運(yùn)行最小時(shí)間。減小硬件固有時(shí)間包括減小開關(guān)量輸入、輸出及繼電器固有動(dòng)作時(shí)間。軟件運(yùn)行最小時(shí)間指的是完成測(cè)量、判斷、執(zhí)行的最快時(shí)間。與開關(guān)一樣，過(guò)分追求軟件運(yùn)行最小時(shí)間是不必要且不可取的。就目前硬件制造水平，進(jìn)一步減小軟件運(yùn)行最小時(shí)間意味著采用光藕隔離替代繼電器隔離環(huán)節(jié)。從軟件來(lái)說(shuō)，需要對(duì)開關(guān)分閘時(shí)滅弧引起的暫態(tài)進(jìn)行計(jì)算及開關(guān)量測(cè)量輸入時(shí)的去抖等處理。去掉這些環(huán)節(jié)雖能減小軟件運(yùn)行最小時(shí)間，但幾毫秒的提升機(jī)組運(yùn)行影響不大，對(duì)快切裝置動(dòng)作準(zhǔn)確性和可靠性來(lái)說(shuō)也許是致命的。

想要使快切裝置正常運(yùn)行，除了滿足以上必要的應(yīng)用條件，還要注意快切裝置的電源、復(fù)歸和快切裝置的溫度、濕度等應(yīng)用環(huán)境。首先，保證快切裝置運(yùn)行的電源要可靠。最好裝置兩路供電電源，并做有快切裝置電源的監(jiān)視系統(tǒng)，進(jìn)而保證快切裝置供電正?？煽俊Ｆ浯?，快切裝置在操作完畢后，需要進(jìn)行及時(shí)的復(fù)歸，并檢查裝置復(fù)歸狀態(tài)?？烨醒b置正常切換或是是事故切換，不進(jìn)行快切裝置的復(fù)歸，在下一次切換電源時(shí)快切裝置就不能正常的應(yīng)用。再者，快切裝置需要在一定的溫度、濕度下進(jìn)行工作。所以，通過(guò)電加熱裝置、風(fēng)扇系統(tǒng)等控制快切裝置的工作溫度、濕度環(huán)境從而保證快切裝置應(yīng)用環(huán)境，進(jìn)而保證裝置運(yùn)行正常，并延長(zhǎng)使用壽命。

總而言之，作為發(fā)電廠電源切換的重要裝置，快切裝置的應(yīng)用效果對(duì)廠用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行起到了至關(guān)重要的影響。從快切裝置的快切方式和應(yīng)用原理上可以看出，快切裝置可以有效提高廠用電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，是避免電母線失電的有效手段。而想要使快切裝置的應(yīng)用效果得到進(jìn)一步的提升，就要為裝置提供恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用條件和應(yīng)用環(huán)境，從而正確的應(yīng)用快切裝置。因此，了解發(fā)電廠快切裝置的工作原理及應(yīng)用問(wèn)題，提高快切裝置在切換過(guò)程中的成功率，對(duì)于維持發(fā)電廠穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的意義。