快速快切裝置替代備自投的應用

高子波

摘 要：熱電中心在低壓供電系統中利用DCS控制邏輯實現電源切換時存在不足，該文針對這一問題介紹了快切裝置的基本工作原理和快切裝置替代備自投裝置后，提高了熱電中心低壓供電系統的可靠性和操作靈活性。

關鍵詞：備自投裝置 快切裝置 工作電源 備用電源 電壓矢量差

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（a）-0062-03

在化工企業中，廠用電系統的安全可靠對于化工企業的安全生產至關重要。熱電中心是化工區生產所需要電力、蒸汽和除鹽水的提供車間，因此熱電中心的廠用電系統顯得尤為重要。熱電中心低壓供電系統也屬于廠用電系統，通常電廠低壓供電系統采用DCS控制邏輯實現電源切換，這樣不僅可以保證供電的安全性，還可以節約設備購置費用，但在化工企業中這種做法反而顯得不經濟、不安全。熱電中心低壓供電系統中斷的影響面十分廣，即使恢復的及時，也將造成蒸汽壓力的波動，向電網倒購電量的劇增，倘若一時無法恢復，勢必造成化工區的減產或被迫停運和設備損壞。

1 備自投在切換時存在的問題

備自投供電方式有兩種：一種是單母分段方式，母聯開關斷開，兩電源分別供電，兩電源互為暗備用，即母聯備自投方式；另一種是雙電源進線向單母線供電，即一個是工作電源，另一個電源為備用，即線路備用自投方式。

以上兩種備自投供電方式在熱電中心低壓電氣系統中均有采用。

備自投：當工作電源跳閘時，工作電源的輔助接點經低壓繼電器、延時繼電器，先跳開工作電源，經一定延時，后合上備用電源，實現由工作電源向備用電源的切換。

當母線失壓時，電動機失去電動力后轉速下降，但不會立刻停止，電動機產生的反電勢構成的母線電壓的幅值和頻率會隨時間的增加而減小。此時立即將備用電源投入工作段母線，由于未經過同期，母線殘壓與備用電源電壓之間的相角差已近180°，將會對電動機造成過大的沖擊。若經過延時待母線殘壓衰減到25%～40%額定電壓值后再投入備用電源，由于斷電時間過長，母線電壓和電機的轉速均下降過大，備用電源合上后，電動機的自啟動電流很大，母線電壓將可能難以恢復，從而對熱電中心設備的穩定性帶來嚴重的危害。

整個切換過程，由于切換時間較長，將引起部分設備自動切除，將給生產帶來波動，如：空冷PC段所帶負荷絕大部分是變頻設備，空冷風機將全部跳閘，機組真空無法維持，引起聯鎖反應；機組PC段所帶給煤機半數停運等，影響鍋爐負荷；其他PC段也將出現部分設備停運或生產波動。

2 快速快切裝置的投運

為了優化熱電中心低壓電氣系統供電的可靠性，熱電中心采用MPN-402BZT4和MPN-402BZT5型微機同期閉鎖式快速切換裝置。通過此裝置可以對一段廠用380 V母線的工作電源與備用電源進行切換控制。實現備用電源與工作電源雙向切換功能，事故或不正常情況下，工作電源向備用電源單向切換的功能。通過快速切換和檢同期切換，大幅度縮短了低壓廠用電源失電時間，提高了切換成功率。同時也方便了設備檢修期間的就地切換工作，從而提高操作效率，避免誤操作。

空冷380V PC段母線和電除塵380V PC段母線均采用的是明備用接線方式，選取的是MPN-402BZT5型微機同期閉鎖式快速切換裝置。機組380V PC段母線、公用380V PC段母線、燃運PC段母線和化學PC段母線均采用的是暗備用接線方式，選取的是MPN-402BZT4型微機同期閉鎖式快速切換裝置。

工作原理如下所述。

2.1 MPN-402BZT4型微機同期閉鎖式快速切換裝置

該裝置輸入量包括分段開關保護用A、C相電流，備投用Ⅰ母、Ⅱ母線電壓UAB、UBC、UCA及進線Ⅰ的UAB，進線Ⅱ的UAB'電壓，經信號調理電路轉換為0～2 V的電壓信號，并送至AD，轉化為數字信號后送給DSP數字信號處理器，處理器將各通道數據讀入、運算、處理，并與各參數整定值自動比較，以判斷是否發生故障，若有故障，則控制相應出口繼電器動作。快切裝置的電氣一次和二次接線圖如圖1所示。

分段快速切換：1DL（或2DL）突跳開，立即起動快速切換，在允許時間內比較Ⅰ母線Uab與Ⅱ母Uab'電壓矢量差（壓差400 V相當60°相位差），條件滿足，立即快速切換，合3DL，實現1DL、2DL互為暗備用。若快速切換失敗，自動轉為殘壓切換。

分段殘壓切換：若Ⅰ段失壓，當Ⅰ母殘壓下降到殘壓定值以下時，備投動作，跳1DL，合3DL；若Ⅱ段失壓，當Ⅱ母殘壓下降到殘壓定值以下時，備投動作，跳2DL，合3DL。

“Ⅰ母暗備用”動作過程：裝置充好電后：Ⅱ母無壓（2HJD合）、Ⅰ母有壓，跳2DL。確認2DL跳開后，合3DL。若2DL拒跳，則不合3DL，裝置放電并告警“2DL拒跳”。

“Ⅱ母暗備用”動作過程：裝置充好電后：Ⅰ母無壓（1HJD合）、Ⅱ母有壓，跳1DL。確認1DL跳開后，合3DL。若1DL拒跳，則不合3DL，裝置放電并告警“1DL拒跳”。

同期閉鎖角度與同期兩電壓矢量差關系如表1所示。

設Ⅰ母電壓Uab=Ⅱ母電壓Uab'=400 V。

經同期閉鎖手動合1DL（2DL）跳3DL：在快切裝置投入，快切裝置無閉鎖信號，進線Ⅰ（進線Ⅱ）的電壓已經恢復正常，1DL（2DL）為跳閘位置，3DL為合閘位置，進線Ⅰ的Uab與進線Ⅱ的U ab'電壓矢量差（相角差）小于設定值，當“允許H1T3（H2T3）”開入接通時，裝置液晶立即顯示“合1DL（2DL）跳3DL就緒”，此時操作員把“H1T3（H2T3）”開入接通，快切裝置快速合上1DL（2DL），確認1DL（2DL）合上后，延時跳開3DL，確認3DL跳開后，發“備投手投成功”信號；當操作員把“允許H1T3（H2T3）”開入斷開后，等待遠方或就地按快切裝置的復歸按鈕，快切裝置才恢復1DL、2DL互為暗備用。

此裝置還具有充電保護（電流速斷）、過流Ⅰ段和過流Ⅱ段保護功能。

2.2 MPN-402BZT5型微機同期閉鎖式快速切換裝置

MPN-402BZT5型微機同期閉鎖式快速切換裝置的工作原理與MPN-402BZT4型微機同期閉鎖式快速切換裝置基本相同，不同之處在于MPN-402BZT5型有獨立備用電源，是通過控制備用電源斷路器的分、合實現快速切換的。快切裝置的電氣一次和二次接線圖如圖2。

工作電源投備用電源功能：母線失壓或低電壓，備用電源電壓正常，經延時，跳工作開關，自動合備用電源開關；或工作開關突然跳閘，母線殘壓小于設定值時，自動合備用電源開關。

備用電源投工作電源功能：母線失壓或低電壓，工作電源電壓正常，經延時，跳備用電源開關，自動合工作電源開關；或備用電源開關突然跳閘，母線殘壓小于設定值時，自動合工作電源開關。

3 快切裝置在使用中的效果

快速切換過程，在0.5 s內可以完成，保證了設備電源不中斷，可以有效避免自動切除負荷和對設備的沖擊電流。尤其在切換空冷380V PC段母線電源時，空冷風機變頻器未發生因切換電源而發生跳閘停運現象。在大修期間，反復切換電源和保護傳動試驗均正常，大幅度提高了工作效率，減少了人員工作量。在日常工作中，可以方便地查閱裝置各電源參數、事件記錄及故障記錄等。

4 結語

裝置具有正常情況下，備用電源與工作電源雙向切換功能；事故或不正常情況下，工作電源向備用電源單向切換的功能。采用該裝置能夠提高廠用電切換的成功率和切換速度，避免非同期切換對廠用設備的沖擊損壞，簡化切換操作并減少誤操作，提高機組的安全運行和自動控制水平。

參考文獻

[1]吳杰.快切裝置代替備自投裝置提高供電系統可靠性[J].通用機械，2015（3）：68-71.

[2]韓愛蓮.電氣設備運行[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3]杜宗軒.電氣設備運行技術問答[M].北京：中國電力出版社，2003.

[4]盧文科，吳佩雄.發電廠變電所電氣設備運行[M].北京：中國電力出版社，2005.

[5]劉峰.發電廠用電可靠的快切裝置[J].技術與市場，2014（8）：82.