淺談廠用電塊切裝置工作原理及應用

金萬超

摘 要：在當代發電廠中，快切裝置的切換效果直接影響廠用電系統的穩定性。所以，了解快切裝置的工作原理、切換方式、應用條件及應用環境，并提供有利的應用條件及應用環境，保證發電廠電源切換的成功率，進而保證發電廠的正常運行。基于此種認識，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用條件及應用環境，旨在提高快切裝置在切換過程中的成功率，對于維持發電廠穩定運行具有一定的意義。

關鍵詞：快切裝置 應用條件 應用環境

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）08-0-01

引言

發電廠廠用電源切換多采用工作電源開關輔助接點聯動備用電源投入。采用此方法存在很多問題，當備用電源開關合閘瞬間若廠用點系統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°，此時備用電源開關合閘瞬間勢必對備用電源、母線、電動機造成合閘沖擊。如采用延時切換、短延時切換方式，由于種種因素，未必可靠保證躲過反向點而切換成功。若待母線殘壓衰減到一定幅值后再投入備用電源，則由于母線斷電時間過長，母線電壓和電動機轉速下降幅度很大，將嚴重影響機組安全運行。此時，在低電壓保護的作用下，一部分輔機將退出運行。即使切換成功備用電源合閘，成組電動機的巨大自啟動電流，會繼續拉低母線電壓，從而導致電動機自啟動困難，情況進一步惡化。因此，對于從事發電廠行業的管理者，了解快切裝置的工作原理及切換方式，以便更好地應用快切裝進行廠用電切換，進而保障發電廠的的穩定運行。

一、快切裝置的切換方式及原理分析

快切裝置常被應用在電廠的供電系統中，指的是發電廠廠用電電源快速切換裝置，簡稱為快切裝置。從本質上來講，應用在廠用電系統中的快切，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，進而避免因電源切換而使某些設備受損。廠用電源切換的方式可按開關動作順序分類，也可按啟動原因分類，還可按切換速度進行分類。

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

1.1并聯切換：并聯切換過程中，備用電源開關先合閘，工作電源、備用電源短時間并聯，工作電源開關再跳開，在啟停機是的廠用電電源切換多用此方法。屬于正常切換方式，并聯方式分為兩種：并聯自動切換和并聯半自動切換。

1.2 串聯切換：串聯切換過程中，確認工作電源開關跳開后，備用電源開關再合閘。備用電源開關合閘前母線瞬時斷電。事故切換時大多采用這種方式。

1.3 同時切換：同時切換過程中，備用電源開關合閘命令在工作電源開關跳開命令發出之后、工作電源開關跳開完成之前發出。同時切換方式介于并聯切換和串聯切換，母線斷電時間遠小于串聯切換。由于這種方式介于并聯切換和串聯切換所以既可用于事故切換，也可以用于正常切換。

2.按快切裝置啟動原因分類

2.1正常（手動）切換：正常（手動）切換手動啟動，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?？烨醒b置啟動后，將按照已經設定的手動方式（并聯、同時）進行切換。

2.2事故（自動）切換：事故（自動）切換在保護出口動作后，且僅由工作電源切換至備用電源，是單向的。當廠用變、發變組及其他保護出口動作工作電源開關跳開是，快切裝置啟動進行切換，將按照已經設定的自動方式（串聯、同時）進行切換。

2.3 異常情況（自動）切換：快切裝置監測到廠用電系統運行異常情況后，自動啟動，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誤跳兩種，母線飾亞是指母線電壓低于整定電壓且經過整定延時，快切裝置啟動，并按已經設定好的方式進行切換。工作電源開關誤跳后其輔助接點起動快切裝置，滿足切換條件后進行廠用電切換。

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電廠廠用電系統正常運行方式，當工作電源故障，母線負載所合成反饋電壓稱為母線殘壓，當殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減到臨界值時，快切裝置進行快速切換，保證廠用電系統穩定運行。

3.2 同期補捉切換：廠用電系統需要切換電源時，快速切換方式未成功動作，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作的判據，在母線殘壓衰減到65%-70%時用電源電壓向量與母線電壓向量在第一次相位重合時，備用電源開關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，且母線所帶的電動機轉速下降不大，這種方式稱為“同期補捉切換”。

3.3殘壓切換：廠用電系統發生故障，快切裝置快速切換方式、同期捕捉切換方式均未成功動作，致使母線長時間失電。母線電壓大幅下降，直到殘壓衰減到20%--40%快切裝置動作切換成功，此時的切換稱為“殘壓切換”。廠用電成功切換后由于母線失電時間過長僅能保證電動機的安全，電動機的自啟動受到限制。

二、快切裝置在電廠中的應用

廠用母線所帶負載的特性直接影響母線殘壓特性曲線的衰減時間、速度。實際運行中快切裝置的參數需要通過調試設定。另外系統接線方式、系統故障類型及系統開關特性等因素也影響快切裝置切換成功與否。系統接線方式的影響最明顯，有的電廠，廠用變電源取自發電機出口，而備用變電源取自系統外變電站，廠用電系統工作電源電壓與備用電源屬于兩個系統，存在初始相角差，客觀條件上無法實現快切裝置的快速切換，需要啟動快切裝置的同期捕捉切換方式；有的電廠，廠用變電源取自發電機出口，而備用變電源取自本廠變電站，由于是一個系統，所以不需要進行處理，兩路電源就是同期的，相角差為0，所以在廠用電切換過程中快切裝置快切方式可靠動作。系統故障類型則決定了保護的動作時間、開關的動作順序，從而影響廠用電系統母線電壓的頻率、相角和幅值變化。系統開關特性指的是，開關的固有動作時間，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用條件才能保證快切成功。首先，電廠的廠用電系統中必須設計有獨立的工作電源和獨立的備用電源。正常運行時，兩個獨立電源間的電壓相角差不超過20-30度。另外，系統還要配備相應的快速開關，開關的跳合時間應小于80ms。最后，為了保證供電系統的穩定運行，還需配備快速動作的保護繼電器。

但快切的切換時間在一定范圍即可，并不是越短越好。減小切換時間涉及到兩個方面，一是減小開關固有跳閘時間，二是減小快切裝置固有動作時間。開關固有跳合時間當然越短越好，尤其是備用電源開關的固有跳合時間。但實際上，一般廠用電系統快速開關固有跳合時間均在80至100ms，均能滿足快切要求。這種情況下，母線電壓降落、自起動電流、沖擊電流及電機轉速下降等因素對機組運行影響不大，因此對開關跳合時間不必過分要求。另外，快速切換初期頻差和相位差的變化緩慢，開關跳合時間提高10ms，相位差僅減小幾度。對機組運行影響不大，但設計難度增加，資金投入增大。減小快切裝置固有動作時間主要包括減小硬件固有動作時間和軟件運行最小時間。減小硬件固有時間包括減小開關量輸入、輸出及繼電器固有動作時間。軟件運行最小時間指的是完成測量、判斷、執行的最快時間。與開關一樣，過分追求軟件運行最小時間是不必要且不可取的。就目前硬件制造水平，進一步減小軟件運行最小時間意味著采用光藕隔離替代繼電器隔離環節。從軟件來說，需要對開關分閘時滅弧引起的暫態進行計算及開關量測量輸入時的去抖等處理。去掉這些環節雖能減小軟件運行最小時間，但幾毫秒的提升機組運行影響不大，對快切裝置動作準確性和可靠性來說也許是致命的。

想要使快切裝置正常運行，除了滿足以上必要的應用條件，還要注意快切裝置的電源、復歸和快切裝置的溫度、濕度等應用環境。首先，保證快切裝置運行的電源要可靠。最好裝置兩路供電電源，并做有快切裝置電源的監視系統，進而保證快切裝置供電正常可靠。其次，快切裝置在操作完畢后，需要進行及時的復歸，并檢查裝置復歸狀態。快切裝置正常切換或是是事故切換，不進行快切裝置的復歸，在下一次切換電源時快切裝置就不能正常的應用。再者，快切裝置需要在一定的溫度、濕度下進行工作。所以，通過電加熱裝置、風扇系統等控制快切裝置的工作溫度、濕度環境從而保證快切裝置應用環境，進而保證裝置運行正常，并延長使用壽命。

總而言之，作為發電廠電源切換的重要裝置，快切裝置的應用效果對廠用電系統的正常運行起到了至關重要的影響。從快切裝置的快切方式和應用原理上可以看出，快切裝置可以有效提高廠用電系統運行的安全性，是避免電母線失電的有效手段。而想要使快切裝置的應用效果得到進一步的提升，就要為裝置提供恰當的應用條件和應用環境，從而正確的應用快切裝置。因此，了解發電廠快切裝置的工作原理及應用問題，提高快切裝置在切換過程中的成功率，對于維持發電廠穩定運行具有一定的意義。