淺談SID—8BT—A備用電源快速切換裝置原理及應用技術

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SID-8BT-A 備用電源快速切換裝置的切換方式、原理關系及其在應用中的一些體會。

關鍵詞：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系統采用深圳國立智能SID-8BT-A 備用電源快速切換裝置來實現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串聯切換

首先跳開工作電源開關，在確認工作電源開關跳開后，再合上備用電源開關。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，在未確定工作電源開關是否跳開就發合備用電源開關命令，通過設定合閘延時定值，在時間上確保工作電源開關先斷開，備用電源開關后合上。母線斷電時間大于0 ms，小于備用開關合閘時間，可設置延時來調整。這種方式既可用于正常切換，也可用于事故切換。

③并聯自動切換

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，該裝置根據嚴格的雙側電源同期準則，并聯合備用電源開關，確定備用電源開關合閘后，再自動跳開工作電源開關。此模式只能應用于正常手動切換。

④并聯半自動切換

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

⑤并聯失敗轉串聯切換

如果裝置檢測到符合雙側電源同期準則，按照并聯自動模式進行切換；否則按照串聯切換模式進行切換。此模式只能應用于正常手動切換。

⑥并聯失敗轉串聯切換

如果裝置檢測到符合雙側電源同期準則，按照并聯自動模式進行切換；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）啟動事故切換后，先發跳工作電源指令，在滿足切換條件時（或經延時）發合備用電源開關命令。切換模式可以選擇串聯或同時，本機組正常情況下選串聯模式。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、發電機差動、主變重瓦斯、高廠變重瓦斯、非全相保護、轉子一點接地、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、同時、并聯自動、并聯半自動、并聯失敗轉串聯、并聯失敗轉同時等切換中任意一種模式。本廠正常情況下選并聯自動模式。

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，裝置根據選定方式進行串聯或同時切換，本廠一般情況下選串聯模式。（2）工作電源開關誤跳啟動：多方面原因（包括操作失誤等）引起工作電源開關誤跳開，裝置選擇串聯切換模式。

（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 原理及應用技術

如圖1所示：正常運行時，工作電源由#7發電機端經#7高廠變引入，備用電源由220 kV GIS系統經# 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，當工作電源側發生故障時，必須跳開工作電源開關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067A，將對廠用母線上的電機造成影響，廠用旋轉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，則啟動快速切換，立即合閘出口。現場試驗數據表明，母線和備用電源進線的相角差在60°內對與母線上的運行設備時安全的。在頻差平均為1HZ時，由于開關固有合閘時間為100ms計算，合閘命令發出到合閘時，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，最好采用快速開關進行切換，并且裝置發合閘指令時，即時測得的角差應當小于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子剩磁轉入異步電動機狀態，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，殘壓數值不斷衰減，經過一段時間才衰減到零。由于備用電源投入時產生較大的沖擊電流，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測工作電源與備用電源的相角差θ及當時的U，并根據已采樣的數據預測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

工作電源開關因事故被切除后，母線電壓及頻率按一定規律衰減，衰減過程中，殘壓相對于備用電源電壓每運動360°，就出現一次可能滿足同相切換判據的合閘時刻點。該裝置捕捉首次出現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，即發合閘命令，當頻差超范圍時，放棄合閘，轉入殘壓切換。當采用恒定越前時間方式時，即完全根據實時的頻差、相差，依據一定的變化規律模型，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，很多設備已自動或被低壓保護被切除，其他設備自啟動條件惡化。需要注意的是，不同的系統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束之前無法進行上述的任何一種切換方式，該裝置將執行長延時切換，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母線開關配置弧光保護，弧光保護發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，啟備變高壓側開關合閘時產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，通過對啟備變剩磁及偏磁的精確控制，實現在空投啟備變時產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.