快速切换装置原理（共7篇）
快速切换装置原理 篇1
我公司为某电厂进行了电气工程改造, 该工程的范围为8#机组主厂房及公用系统 (不包括煤仓间33米输煤皮带层) 、凝结水精处理室及除尘综合楼等附属车间的电气设备安装及电缆工程。完成的主要工程量为:电缆敷设240公里 (其中高压动力电缆5公里、低压动力电缆51公里、控制电缆184公里) , 电缆桥架安装210吨, 动力、控制盘柜安装239面, 干式变安装8台, 主变压器、启备变及高压厂用变压器安装3台, 发电机及引出线安装1台, 封闭母线安装270米, 共箱母线安装470米, 主变压器启备变出线及构架安装2回, 全厂防雷接地线母线安装27584米。由于该电厂的扩建工程新增了不少用电负荷, 有必要通过微机厂用电快速切换装置来保障生产用电安全。
1 微机厂用电快速切换装置概述
微机厂用电快速切换装置能够很好的适用于发电厂的厂用电源的快速切换。该种装置具有如下功能:1) 在发电厂正常的工作情况下, 能够在工作电源与备用电源之间实现双向切换;2) 在发电厂发生事故或工作不正常的情况下, 通过该装置能够实现由工作电源向备用电源单向切换。一般的, 采用该装置可以有效地保障发电厂用电切换的成功率, 同时还能有效的避免同期切换带来的过大电流冲击电厂设备。除此之外, 该设备还能简化操作, 减少失误。
2 微机厂用电快速切换装置功能实现的原理
2.1 快速切换的实现
如图2-1所示, 在发电厂新改造的8#机组厂的用电系统中, 当工作正常时, 工作电源经由高压厂变供电, 而当高压厂变出现故障或者事故不能正常工作, 从而导致工作电源侧发生故障时, 工作电源侧开关快速跳开, 而备用电源侧开关则快速闭合。
当工作电源侧电源跳开时, 发电厂厂用电母线失电。这个时候, 因为发电厂的电动机是其主要负荷来源, 而发电厂的电机又大多数是异步电动机, 由于母线失电会出现惰走现象。此时, 母线电压即发电厂电动机群组的合成反馈电压 (残压) , 该反馈电压的频率和幅值将逐渐衰减。一般的, 在正常的运行过程中, 工作电源和备用电源基本上是同相的, 当故障发生时, 母线失电后反馈电压频率和幅值衰减, 在相量误差允许的范围之内, 快速的合上备用电源, 能够在保证电动机安全的前提下又兼顾了电动机的转速, 从而实现快速切换。
2.2 同期捕捉切换的原理
所谓的同期捕捉切换, 是指通过实时跟踪反馈电压的角差与频差的变化, 尽可能的在备用电源的电压与反馈电压向量第一次相位重合时快速合闸。
同期捕捉切换的实现一般可以通过计算设定提前量来实现:首先, 通过平时对发电厂的工作数据采样, 确定同期捕捉阶段相角变化的速度和两侧开关合闸回路的总时间。然后, 根据上述数据和装置的性能计算出合闸的提前角。最后, 通过微机厂用电快速切换装置的实时跟踪, 确定频差和相差, 依据之前得出的提前量, 在相差达到整定值并且频差在整定范围内时, 快速切换装置发出合闸命令, 从而实现同期捕捉切换。
3 微机厂用电快速切换装置的应用控制要点
3.1 关于同相和反向时间
关于首次反向然后在首次达到同相的时间是由母线的负载来决定的。一般的, 负载越多, 母线的电压和频率下降就越慢, 因此达到首次反相和同相的时间久越长;如果母线的负载越小, 则电压和频率的下降速度就越快, 首次达到反相和同相的时间就越短。此外, 如果在同等的负载容量下, 反相和同相时间受负载电流的影响。一般的, 负载的电流越大, 母线的电压和周波下降的速度也就越快, 首次达到反相和同相的时间也就越短;负载电流越小, 则手册达到反相和同相的时间也就越长。
3.2 快速切换的影响因素
要实现快速切换除了要考虑快速切换装置的性能之外, 还要考虑到开关的合闸时间。就目前而言, 市面上的快速开关合闸时间一般小于100毫秒, 性能较好的新产品甚至能达到40到50毫秒, 要实现快速切换, 需要高性能的微机与高性能的快速开关相配合。
快速切换是否能成功还与系统接线方式有关。我们可以假定在发电厂高压变事故或者故障发生之前, 厂用工作电源与备用电源是同相的, 同时从事故或者故障发生直到工作开关跳开的瞬间, 工作电源与备用电源电压仍然是相同的, 则若采用同时方式切换, 如果分合闸的错开时间较短, 备用电源开关合上时相差角度不大, 冲击电流相对较小, 对设备的危害很小;如果采用串联方式切换, 断电时间一般大于等于合闸时间, 此时备用电源合闸的冲击电流要略大于同时方式切换的电流, 对设备的危害也要稍大。
3.3 快速切换失败的后备方案
如果微机厂用电快速切换装置的快速切换没有成功, 此时应该有合适的后备方案以防出现生产用电中断的故障。从理论和实践两个角度来看, 同期捕捉切换方案都是较为合适的。从有关试验的结果来看, 反相后第一个同期点的时间大概约为0.4到0.6秒, 而残压衰减到允许值范围之内一般需要1到2苗的时间, 长延时需要的时间则更长。由此可见, 同期捕捉切换较之残压切换和长延时切换都有明显的优势。
较之以往的直接采用开关合闸引入备用电源的方式, 微机厂用电快速切换装置能够最大程度的减少合闸冲击, 能够较好的保护厂用电动机设备。同时, 使用这种装置还能够最大限度的缩短断电的时间, 保障生产供电。总之, 该设备在发电厂的运用能够有效地提高厂用电切换的成功率, 同时还能最大限度的确保电力设备的安全。
参考文献
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[2]许正亚.电力系统安全自动装置.中国水利水电出版社, 2006.
母线快速切换原理特点 篇2
关键词：母线切换原理,特点
1 前言
双母线接线是每一元件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上, 两组母线间通过母线联络断路器连接, 根据需要, 每一元件可通过母线隔离开关连接到任一条母线上, 具有供电可靠、检修方便、运行调度灵活等优点。但由于保护装置用的电压取自母线电压互感器二次侧, 需要进行电压切换, 电压回路接线复杂, 所以电压切换回路的可靠运行将关系到保护装置的运行安全, 必须重视。
以往母线用电切换大都采用工作电源的辅助接点直接 (或经低压继电器、延时继电器) 起动备用电源投入。这种方式未经同步检定, 电动机易受冲击。若经过延时待母线残压衰减到一定幅值后再投入备用电源, 电动机组的自起动电流很大, 母线电压将可能难以恢复, 从而对生产设备的稳定性带来严重的危害。故6KV工作母线采用了备用电源快速切换装置。该装置可避免备用电源电压与母线残压在相角、频率相差过大时合闸而对电机造成冲击, 如果失去快速切换的机会, 则装置自动转为同期判别或判残压及长延时的慢速切换, 同时在电压跌落过程中, 可按延时切去部分非重要负荷, 以利于重要设备的自起动。提高母线切换的成功率。
2 快速切换、同期判别切换、残压切换、长延时切换的原理及关系
图1所示为母线系统的某一段接线图, 图2为电动机切换时的等值电路图。图中Us-电源电压;Ud-母线上电动机的残压;Xs-电源等值电抗;Xm-母线上电动机组和低压负载的等值电抗 (折算到高压母线压) ;ΔU-电源电压与残压之间的差拍电压。
由图1所示, 正常运行时, 母线电源由发电机端经高压工作变压器提供, 备用电源由高压母线或由系统经起动/备用变提供。当工作电源侧故障时, 工作分支开关1DL将被跳开, 此时连接在母线上的旋转负载部分电机将作为发电机方式运行, 部分电机将惰行, 此时母线上电压 (残压) 的频率和幅值将逐渐衰减, 此时如备用电源2DL及3DL合上, 不可避免地将对母线上的电机造成冲击, 严重威胁旋转负载的自起动及安全运行。
图2所示为电动机重新接通电源时的等值电路图和相角图, 从图中可以看出, 不同的θ角 (电源电压和电动机残压二者之间的夹角) , 对应不同的ΔU值, 如θ=180o时, ΔU值最大, 如果此时重新合上电源, 对电动机的冲击最严重。根据母线上成组电动机的残压特性和电动机耐受电流的能力, 在极坐标上可绘出其残压曲线, 如图3所示。
电动机重新合上电源时, 电动机上的电压Um为:
式中:Xm-母线上电动机组和低压负荷折算到高压母线压后的等值电抗;Xs-电源的等值电抗;ΔU-电源电压和残压之间的差拍电压;令Um等于电动机起动时的允许电压, 即为1.1倍电动机的额定电压UDe:
则:
假设K=0.67, 计算得到△U (%) =1.64。在图3中, 以A点为圆心, 以1.64为半径绘出A'-A圆弧, 其右侧为备用电源合闸的安全区域。在残压特性曲线的AB段, 实现的电源切换称为“快速切换”即在图中B点 (0.3秒) 以前进行的切换, 对电机是安全的。延时至C点 (0.47秒) 以后进行同期判别实现的切换称为“同期判别切换”此时对电机也是安全的。等残压衰减到20%~40%时实现的切换, 即为“残压切换”。该切换可作为快速切换及同期判别功能的后备。为确保切换成功, 当事故切换开始时, 装置自动起动“长延时切换”作为事故切换的总后备。
3 母线残压特性曲线的影响因素
由于厂用母线上电动机的特性可能有较大差异, 合成的母线残压特性曲线与分类的电动机相角、残压曲线的差异也较大, 因此安全区域的划定严格来说需根据各类电动机参数、特性、所带负荷等因素通过计算确定。实际运行中, 可根据典型机组的试验确定母线残压特性。试验表明, 母线电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间, 决定于试验前该段母线的负荷。根据残压特性可确定允许备用电源合上的最大相角差, 考虑断路器的合闸时间, 可进而整定出允许合闸前的最大相角差和频率差。
假定事故前工作电源与备用电源同相, 并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间, 两电源仍同相, 则若采用同时方式切换, 且分合闸错开时间 (断电时间) 整定得很小 (如10 ms) , 则备用电源合上时间角差也很小, 冲击电流和自启动电流均很小。若采用串联切换, 则断电时间至少为合闸时间, 假定为100 ms, 对600 MW机组, 相角差为20°~30°。备用电源合闸时的冲击电流也不很大, 一般不会造成设备损坏或快切失败。有关数据表明:反相后第一个同期点时间为0.4~0.6 s, 残压衰减到允许值 (如20%~40%) 为1~2 s, 而长延时则要经现场试验后根据残压曲线整定, 一般为几秒, 自启动电流限制在4~6倍。可见, 同期捕捉切换, 较之残压切换和长延时切换有明显的好处。目前所用的真空开关, 合分闸时间很短, 这为实现快速切换提供了必要条件。
参考文献
快速切换装置原理 篇3
双电源自动切换开关电器主要用在紧急供电系统, 将负载电路从一个电源自动换接至另一个 (备用) 电源, 以确保重要负荷连续、可靠运行, 因此常常应用在重要用电场所, 其产品可靠性尤为重要。 转换一旦失败将可能造成电源间的短路或重要负荷断电 (甚至短暂停电) , 后果都是严重的, 不仅仅会带来经济损失 (使生产停顿、金融瘫痪) , 还可能造成社会问题 (使生命及安全处于危险之中) 。 因此, 工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以限制与规范。
1双电源自动切换开关组成
双电源自动切换开关一般由两部分组成:开关本体 (ats) +控制器。双电源自动转换开关电器 (atse) 质量的好坏关键取决于ats, 其可分为:
(1) pc级ats:一体式结构 (三点式) 。 它是双电源切换的专用开关, 具有结构简单、体积小、自身联锁、 转换速度快 (0.2s内) 、安全、可靠等优点, 但需要配备短路保护电器。
(2) cb级ats:配备过电流脱扣器的ats, 主触头能够接通并用于分断短路电流。 它是由两台断路器加机械联锁组成, 具有短路保护功能。
控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工作状况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源, 备用电源容量一般仅为常用电源容量的20%~30%。控制器与开关本体进线端相连。控制器一般应有非重要负荷选择功能。控制器有两种形式:一种由传统的电磁式继电器构成;另一种是数字电子型智能化产品, 具有性能好、参数可调及精度高、可靠性高、使用方便等优点。
2分类
双电源主要分为:
(1) PC级双电源 ( 整体式) : 能够接通、 承载、 但不用于分断短路电流的双电源。 双电源若选择不具有过电流脱扣器的负荷开关作为执行器则属于PC级自动转换开关, 不具备保护功能, 但其具备较高的耐受和接通能力, 能够确保开关自身的安全, 不因过载或短路等故障而损坏, 在此情况下保证可靠的接通回路。
(2) CB级双电源 ( 双断路器式) : 配备过电流脱扣器的双电源, 它的主触头能够接通并用于分断短路电流. 双电源若选择具有过电流脱扣器的断路器作为执行器则属于CB级自动转换开关, 具备选择性的保护功能, 能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护, 其接通和分断能力远大于使用接触器和继电器等其他元器件。
3操作规范
(1) 当因故停电, 且在较短时间内无法恢复供电时, 必须启用备用电源。 步骤: 切除市电供电各断路器 (包括配电室控制柜各断路器、双电源切换箱市供电断电器) , 拉开双投防倒送开关至自备电源一侧, 保持双电源切换箱内自备电供电断路器处于断开状态;启动备用电源 (柴油发电机组) , 待机组运转正常时, 顺序闭合发电机空气开关、 自备电源控制柜内各断路器; 逐个闭合电源切换箱内各备用电源断路器, 向各负载送电;备用电源运行期间, 操作值班人员不得离开发电机组, 并根据负荷的变化及时调整电压、厂频率等, 发现异常及时处理。
(2) 市电恢复供电时, 应及时做好电源转换工作, 切断备用电源, 恢复市电供电。 步骤:按顺序逐个断开自备电源各断路器, 顺序为, 双电源切换箱自备电源断路器→自备电源配电柜各断路器→发电机总开关→将双投开关拨至市电供电一侧;按柴油机停机步骤停机;按顺序从市电供电总开关至各分路开关逐个闭合各断路器, 将双电源切换箱自市电供电断路器置于闭合位置。
(3) 检查各仪表及指示灯指示是否正常, 启动变压器内冷却风扇。
4工作条件
(1) 周围空气温度: 上限+40℃ , 下限-5℃ , 24h的平均值不超过+35℃。
(2) 海拔:安装地点的海拔不超过2000m。
(3) 大气条件: 大气相对湿度在周围空气温度为+40℃时不超过50%, 在较低温度下可以有较高的相对湿度。
(4) 污染等级: 3级。
5工作原理
智能双电源切换开关主要用于一些消防设备或重要设备的双回路供电系统中, 比如消防喷淋管道消火栓管道电伴热系统、消防排烟风机、消防加压送风机、 防火卷帘、EPS应急照明电源、UPS不间断电源等供电系统, 供电方式一备一用。
两路电来自不同低压母线, 正常情况下主回路电源投入供负荷用电, 主回路电源故障或停电后自动投入备用回路供负荷用电, 主回路投入具有优先权。 有主电时备电永不投入, 除非手动状态用手柄投入, 投入备电时主电则自动断开, 两回路电不会同时投入供负荷用电。
智能双电源切换开关内部结构图如图1所示。
注:1-行程开关 (一开一闭两个触点) ;2-3P空开;3-主电与备电的合闸指示灯;4-电动与手动传动轴;5-3P空开;6-单相同步此轮减速电动机;7-合闸拨片;8-220V线圈的四开四闭点的继电器;9-控制回路插接件;10-手动、自动开关。
装置主回路、二次回路图分别如图2、图3所示。
工作原理:
(1) 手动模式:把手动、自动开关打到手动位置, 控制回路由于零线N断开所以只能通过装置手柄来投入主用电或者备用电。
(2) 自动模式:不管手、自动开关在什么位置, 只要主用电有电则KA吸合。 KA的开点控制电机合主电转动方向, 闭点控制电机合备电转动方向, 所以主电具有优先权。
当手、 自动开关打到自动时, KA的开点闭合, 通过主行程开关的闭点使电机开始往合主电方向转动, 当转到主行程开关行程到位时, 主行程开关闭点断开电机停转, 主电投入使用, 主行程开关开点接通使主电合闸指示灯点亮。当主电没电时则KA断开, 备电电源2L1提供电机控制电源, KA闭点接通, 通过备行程开关的闭点使电动机往备电合闸的方向 (即主电的反方向) 转动, 当转到备行程开关行程到位时, 备行程开关闭点断开电机停转, 备电投入使用, 备行程开关开点接通使备电合闸指示灯点亮。
摘要：介绍双电源互相智能切换装置的组成、分类、操作规范及工作原理。
快速切换装置原理 篇4
关键词：工业企业,电源快速切换装置,低压母线
0 引言
电源快速切换装置(以下简称装置)在发电厂厂用电系统的应用已有多年,早已得到行业认可,成为标准配置,在确保发电厂厂用电负荷的连续及安全运行上发挥了巨大的作用。而且,近一两年,针对工业企业变电站的装置也相继问世,在6/10 k V、35 k V和110 k V等中高压场合都有成功的应用,运行效果也十分理想。同时,工企中普遍存在大量的低压电机负荷,6 k V至380 V的变压器或线路的故障会造成这些低压负荷停止运行。如果能将电源快速切换成功应用到该电压等级,解决低压电机的非计划停机问题,必将对企业的整个生产和安全产生巨大的积极作用。本文首先介绍了低压电源切换的现状,提出解决这一问题的重要性;然后分析了装置在低压应用存在的重要问题,最后提出了整套的解决方案。
1 低压电机电源切换的现状
工业企业中低压电机大量存在,负荷容量虽比较小,但却都是企业生产链条中不可或缺的一部分,任何一台电机的非计划停机,都有可能给整个生产造成巨大的损失甚至安全隐患。低压电机的非计划停机除了因自身故障以外,绝大多数都是由于电源出现故障切除导致低压母线失电或幅度较大的电压波动造成,所以解决此问题的一个重要方面就是如何使电源不中断。380 V母线电源一般由6/10 k V母线经变压器得到,该变压器发生故障后将直接导致母线失电。低压母线一般采用单母分段方式,正常运行时两台变压器各带一段母线,互为备用,其中一台发生故障后,需要及时将该变压器切除,合上母联开关,由另一台变压器带所有负荷继续运行。目前,国内基本上都采用备自投或双电源切换模块来实现这两个变压器之间的互相切换。备自投的基本原理是低压起动与残压合闸,就是当一台变压器因故障切除后,备自投并不马上起动,而是要等母线电压降至低压起动整定值(一般70%额定电压)以下并延时后才起动,跳开变压器低侧开关,然后继续等待母线电压下降到残压(一般整定30%额定值)以下后才合上母联开关。也就是说,低压电动机的机端电压必然要降低到30%以下,如此低的电压,控制低压电动机的交流接触器会全部失电释放跳开,电机停转在所难免。所以,就现状而言,在事故情况下,备自投装置基本无用,备用电源形同虚设。
2 电源快速切换的基本原理
工作电源因故障切除后,工作母线失电,由于惯性及存储的磁场能量,电动机在短时间内将继续旋转,并将磁场能转变为电能。由于各电动机的容量、参数不一致,电动机之间将有电磁能与动能的交换,此时部分异步电动机实际上已转入异步发电机运行工况,因此工作母线的电压即是多台异步发电机发出的反馈电压的合成,称为母线残压。由于不存在原动力和励磁,残压的幅值和频率将随时间逐渐衰减,残压与备用电源电压间的相位将逐渐增大。残压变化相量图如图1[1]。
工作电源故障时装置的根本目标是既要在工作母线电压幅值较高的时候将备用电源投入,更要确保投入时对负荷设备的冲击在允许范围之内。为保证切换安全,一般应使合闸时电动机承受的电压不大于1.1倍额定电压。图1中ABCD螺旋形曲线为残压变化轨迹,幅值变小,与备用电压Vs的相位差由0°到360°变化。AB段为允许合闸范围,在此段内实现的切换称为“快速切换”;BC段不允许合闸;CD段再次允许合闸,该阶段完成的切换成为“同期捕捉切换”。快速切换和同期捕捉实时跟踪和计算工作电压与备用电压之间的压差、频差和相差,以整定频差、0°或整定相差为目标,通过负荷预测、频率变化及相差变化预测等相关逻辑运算,适时将备用电源投入,达到工作母线电压降幅最小、对负荷冲击尽可能小的效果[2,3,4]。
3 电源快速切换在中高压的应用
近年,结合工业企业变电站的特点,对电源快速切换的一些条件判据进行改进创新或重新设计,开发了专用的工业企业电源快速切换装置,并逐步开始在工业企业的中高压电压等级使用,取得了重大成功。典型应用如图2。
装置1、2分别负责两个电压等级的电源切换,110 k V母线以上发生故障时,由装置1进行切换,切除故障线路,投入备用电源;两个主变发生故障时,由装置2进行切换,切除故障主变,由另一台主变带6 k V两段母线。
在南方某石化企业110 k V改造使用后,共发生7次外线路故障,装置均正确动作,都在400 ms内成功将备用电源投入,电机全部正常运行。
4 低压母线应用遇到的问题
鉴于电源快速切换在工企中高压电压等级得到了很好的应用,考虑能否同样可以用在低压来解决因故障导致的停机问题。通过在两个钢铁厂低压母线进行的试用研究,发现单独应用电源快速切换存在很大的问题,很难在电源故障情况下实现不停机的电源切换。经过分析发现,问题的症结在于低压电动机基本都采用交流接触器作配电及控制用,利用接触器的线圈低压释放特性作为低电压保护。
交流接触器广泛用作电力的开断和控制电路,其制造标准规定,当线圈电压大于其额定电压的80%时,交流接触器的铁芯应该可靠吸合;当线圈电压小于其额定电压的70%时,交流接触器的铁芯应该可靠释放,几乎没有延时。
接触器线圈电压通常额定220 V,目前约定俗成的做法都是直接由低压母线经隔离变得到。由于释放延时太短,当变压器故障导致母线电压降低时,可能在电源快速切换起动之前接触器主触头就已跳开,如果发生金属性接地或两相短路等严重故障时,由于母线电压故障相电压接近于0,相关接触器主触头可能在变压器主保护动作前就跳开[5,6]。
相对于低压电机,中高压电机由低电压保护跳开,一般延时0.5 s,这样的时间足够将失电负荷转移到备用电源。而面对几乎没有延时的接触器,单凭电源快速切换根本无法实现在故障情况下的低压电机不停机切换。
5 完整的解决方案
电源快速切换一般在400 ms以内,最快可达100 ms左右。只要在这段时间内交流接触器保持不释放,那么电源的快速切换就可以发挥应有的作用。
考虑到接触器的原理和特性,从以下两个方面入手:
其一,采用具有延时释放功能的抗晃电交流接触器。抗晃电交流接触器是一个双线圈的交流接触器,电源正常情况下,控制模块处于储能状态,交流接触器的启停和常规交流接触器没有任何区别,在晃电情况下,若工作电压降低到接触器的保持电压以下时,控制模块开始工作,以储能释放的形式保持接触器继续吸合,当电源电压恢复后,控制模块又转入储能状态。延时时间范围:(1)时间固定型:0.5 s、1 s、1.5 s、2 s、3 s;(2)时间调整型:0.2~1.4 s;当晃电发生使电源电压跌落到接触器维持电压以下时,接触器主触头延时释放,确保晃电时接触器不脱扣。
其二,采用UPS电源给交流接触器线圈供电[7]。基于UPS电源的交流接触器抗晃电技术是应用成熟的UPS技术,在低压配电柜里构建独立的供电系统,为低压配电柜的二次控制部分提供可靠的电源。通过独立的母线系统给需要二次电源的元件集中提供优质的不间断电源。根据系统特点和设定,在系统发生短时的晃电时,接触器的线圈能够依靠UPS提供的可靠电源正常工作,保持主触头的吸合,避免了由于晃电的发生引起的电机停机甩负荷事故。另外,当配电柜的主母线失电超过一定的时间后,则根据该系统二次控制部分设定断开输出,避免事故的发生。该系统可以可靠地防止由于晃电带来的不必要的停机甩负荷事故的发生,结构简单、成本低,二次控制回路不增加接线难度、适合配备于多数量回路有抗晃电要求的配电柜中[8]。
以上介绍的抗晃电接触器和UPS电源,只能解决短时的工作母线电压降低。而当工作电源变压器T1发生故障时,变压器主保护动作将其两侧开关跳开,低压母线失去电源,电压只是电机反馈的残压,逐渐降低,抗晃电接触器或UPS电源供电的交流接触器在维持设定的时间后还是要释放。所以,最关键的措施还是将受影响电机负荷及时转移到备用电源上,才能从根本上确保整个生产不受影响。抗晃电接触器和UPS电源此时重要的作用就是给电源快速切换争取宝贵的时间。
装置应用如图3所示,安装于低压母线母联开关3DL处。采集的交流量主要是开关1DL、2DL和3DL处的电流及低压I母、II母和电源的电压,开入量主要是三个开关的位置及其他在切换逻辑中用到的变位信息。将两个主变的快速保护动作信号接入装置作为快速起动电源切换的判据,也可使用装置自身的电源故障检测逻辑进行起动。
工企变电站运行方式多样,一般有如下几种。
方式一,低压母线分段运行,变压器T1和T2各带一段母线,互为备用;
方式二、母联开关闭合,变压器T1带两段母线运行,T2热备用;
方式三、母联开关闭合,变压器T2带两段母线运行,T1热备用。
装置自适应以上各种运行方式,可根据接入的开关位置触点和其他电气量判断出工作电源和备用电源。当检测到工作电源故障时,装置跳开工作开关,确认跳开后,实时判断是否满足合闸逻辑,满足后合上备用开关,将备用电源投入,确保负荷“不停电”,生产不中断。
6 结语
本文就电源快速切换在工业企业低压母线的应用进行了阐述,针对在该电压等级应用遇到的问题,提出一个完整的解决方案,将电源快速切换装置与经过防晃电设计的交流接触器配合,使低压电机在面对电源故障情况下也可实现不停机的电源切换,为企业的连续生产及安全运行提供了一套行之有效的方案。
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快速切换装置原理 篇5
双电源自动切换开关一般由两部分组成:开关本体 (ATS) 、控制器。 而ATS又有PC级 (整体式) 与CB级 (断路器) 之分。 双电源自动转换开关电器 (ATSE) 质量的好坏关键取决于ATS。
PC级AT为一体式结构 (三点式) 。 它是双电源切换的专用开关, 具有结构简单、体积小、自身联锁、转换速度快 (0.2s内) 、安全、可靠等优点, 但需要配备短路保护电器。
CB级ATS即配备过电流脱扣器的ATS, 其主触头能够接通并用于分断短路电流。 它由两台断路器加机械联锁组成, 具有短路保护功能。
控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源, 备用电源容量一般仅是常用电源容量的20%~30%。 控制器与开关本体进线端相连。
控制器也有两种形式:一种由传统的电磁式继电器构成; 另一种是数字电子型智能化产品, 具有性能好, 参数可调及精度高, 可靠性高, 使用方便等优点。
双电源主要分为PC级双电源 (整体式) 和CB级双电源 (双断路器式) 。 PC级双电源:能够接通、承载、但不用于分断短路电流的双电源。 不具有过电流脱扣器的负荷开关作为执行器则属于PC级自动转换开关, 不具备保护功能, 但其具备较高的耐受和接通能力, 能够确保开关自身的安全, 不因过载或短路等故障而损坏, 保证回路可靠接通。 CB级双电源:配备过电流脱扣器的双电源, 主触头能够接通并用于分断短路电流。 具有过电流脱扣器的断路器作为执行器则属于CB级自动转换开关, 具备选择性的保护功能, 能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护, 其接通和分断能力远大于使用接触器和继电器等其他元器件。
2 智能双电源切换装置结构原理
智能双电源切换开关主要用于一些消防设备或重要设备的双回路供电系统中, 比如消防喷淋管道消火栓管道电伴热系统、消防排烟风机、消防加压送风机、 防火卷帘、EPS应急照明电源、UPS不间断电源等供电系统, 供电方式一备一用。
两路电来自不同低压母线, 正常情况下主回路电源投入供负荷用电, 主回路电源故障或停电后自动投入备用回路, 主回路投入具有优先权, 有主电时备电永不投入, 除非手动状态用手柄投入, 投入备电时主电则自动断开, 两回路电不会同时投入供负荷用电。
一个不需要外接控制器的智能双电源切换开关实物如图1 所示。
开关打到自动位置时装置可自动进行主备电切换;开关打到手动位置时通过装置前面的手柄来切换。
装置内部结构如图2 所示。
装置主回路如图3所示。
二次回路如图4所示。
手动模式:把手动、自动开关打到手动位置, 控制回路由于零线N断开只能通过装置手柄来投入主用电或者备用电。
自动模式:不管手、自动开关在什么位置, 只要主用电有电则KA吸合。 KA的开点控制电机合主电转动方向, 闭点控制电机合备电转动方向, 所以主电具有优先权。
3 EPS输出与市电互相切换的控制原理
某单位区域内的EPS系统, 市电两路供电一用一备, 经过成套互投装置输出与EPS输出互投。 与EPS输出双电源互投没有用成套装置, 而是用两个接触器的逻辑控制系统形成与市电的互投, 但完全可实现市电优先投切、市电断电EPS输出自动投切、市电恢复正常EPS输出自动断开市电自动投切的功能。 两个接触器一、二次系统如图5 所示。
左侧为市电输入电源, 右侧为EPS输出输入电源, 1KM为市电投入接触器, 2KM为EPS投入接触器。 1SA为LW12-16 系列万能转换开关, 1SA打到手动档位时触点3 和4 闭合、7 和8 闭合, 1SA打到自动档位时触点1 和2 闭合、5 和6 闭合。 KA为自动状态的投切继电器, 吸合电源取自市电电源, KA的开点与闭点取自市电与EPS的控制电源, 两接触器之间有互锁关系, 故两个接触器不会同时吸合。 SB1/SB2 为1KM的停止/启动按钮, SB3/SB4 为2KM的停止/启动按钮。
1SA在手动状态时, 触点3 和4 接通、7 和8 接通, 按SB2 则1KM吸合, 按SB1 则1KM断开, 按SB4则2KM吸合, 按SB3 则2KM断开。
快速切换装置原理 篇6
对于大部分发电厂而言, 其供电系统一般有两个独立的供电电源, 即母线工作电源和备用电源, 发电厂整体电源运行水平会直接影响到发电厂安全稳定发电状况, 基于此, 发电厂的电源必须要具备即时切换装置, 可以根据发电厂对电量的输送需求, 维持整个电路的稳定性。东大金智厂家生产的MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置的应用, 实现了同一段母线工作电源和备用电源之间的切换, 保证了供电的连续性。
2 快速切换装置的原理
东大金智厂家生产的MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置适用于发电厂厂用电切换中, 在电源切换时, MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置不会产生运行中断或者对设备造成损坏。MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置采用工作开关辅助接点直接起动备用电源投入的形式运行, 采样计算工作电源和备用电源的压差、频差、相差, 借鉴发电机准同期的同期捕捉原理。母线工作电源和备用电源可以在同一时段进行电源切换, 母线反馈电压与备用电源电压间相角差比较大, 可以达到180°, 这时将会对电动机造成很大的合闸冲击, 需要加固定延时的切换方式, 也因切换时系统运行方式对故障类型进行判断。
3 快速切换装置的切换方式
3.1 按开关动作顺序对切换方式进行分类
按照MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置开关动作顺序可以把切换方式分为三类, 分别是:并联切换、串联切换、同时切换, 并联切换需要在MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置应用之前, 关闭备用电源, 母线工作电源和备用电源出现短时间的并联。然后, 跳开母线工作电源, 这种方式多用于正常切换, 在起、停机过程中, 可以合理控制开关顺序。串联切换需要在MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置应用之前跳开母线工作电源, 然后确认工作开关跳开后, 关闭备用电源的开关, 母线断电时间至少要与备用开关合闸时间相同, 串联切换方式多用于事故处理中。同时切换介于并联切换和串联切换之间, 合备用电源命令需要在跳工作命令发出之后, 工作开关跳开之前发出, 并保障母线断电时间要大于0 ms, 而小于备用电源开关合闸的时间。
3.2 按起动原因对切换方式进行分类
按照起动原因对MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置切换方式进行分类, 主要包括:正常手动切换、事故自动切换、不正常情况自动切换, 正常手动切换由操作人员手动控制, 快速切换装置按照事先设定的手动切换模式进行分合闸处理。事故自动切换由保护接点起动, 发变组、厂变和其他保护出口跳工作电源开关的同时, 起动快速电源切换装置, 并可以按照设定的方式进行切换, 不正常情况的自动切换主要体现在母线失压和工作电源开关失误跳闸中。如果出现母线失压情况, 母线电压会低于额定电压, 出现延时, 这时装置会自动启动, 并按照设定的方式进行切换, 如果工作电源开关误跳, 工作开关辅助接点起动装置, 在切换条件满足时, 合上备用电源。
3.3 按切换速度分类
快速切换
短延时切换
同期捕捉切换
残压切换
4 快速切换装置切换过程中经常出现的问题
4.1 开关位置异常
MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置起动切换的必要条件是母线工作电源和备用电源必须有一个处于关闭有一个处于打开状态, 同时PT隔离开关必须合上, 这样才能起动MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置。但是在快速切换的过程中, 总是容易出现开关位置异常的现象, 在正常监测时, 发现MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置根本无法起动, 装置会发出闭锁中控信号, 并进入等待复归状态。这时, MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置无法根据不同的切换方式分别处理并给出位置异常的闭锁信号, 跳开的开关未能跳开, 开关位置出现异常, MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置将会失去耦合功能, 降低装置综合控制性能[2]。
4.2 备用电源失电监测
当MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置的工作电源或者备用电源投入时, 备用电源出现失电, 装置将无法进行切换操作, 报警系统无法根据信号模式对装置进行处理。备用电源如果长期处于失电监测状态, 电源系统将无法正常进入到等待复归状态以及运行, 备用电源出现失电监测主要由复归状态设置不合理引起。后备电源失电监测会使MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置丧失快速、同捕切换功能, 只可以进行残压切换, 根据MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置实际运行的效果来看, 可以对母线工作电源和备用电源进行合理的切换, 但是出现的失电监测情况也大大影响了切换的效率。
5 厂用电切换注意事项
根据开关位置异常带来的由于厂用母线上电动机的特性有较大差异, 合成的母线残压特性曲线与分类的电动机相角、残压曲线的差异也较大, 因此安全区域的划定严格来说需根据各类电动机参数、特性、所带负荷等因素通过计算确定。实际运行中, 可根据典型机组的试验确定母线残压特性。试验表明, 母线电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间, 主要取决于试验前该段母线的负载。负载越多, 电压、频率、下降得越慢, 达到首次反相和再次同相的时间越长。而相同负载容量下, 负荷电流越大, 则电压、频率下降得越快, 达到最初反相和同相的时间越短。
注意快速切换时间:快速切换时间涉及到两个方面, 一是开关固有跳合闸时间, 二是快切装置本身的动作时间。就开关固有跳合闸时间而言, 当然是越短越好, 特别是备用电源开关的固有合闸时间越短越好。快速开关的合闸时间一般小于100 ms, 有的甚至只有40~50 ms左右, 这为实现快速切换提供了必要条件。假定事故前工作电源与备用电源同相, 并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间, 两电源仍同相, 则若采用同时方式切换, 且分合闸错开时间 (断电时间) 整定得很小 (如10 ms) , 则备用电源合上时相角差也很小, 冲击电流和自起动电流均很小。
6 结语
在上文研究的内容中, 笔者对MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置的原理、切换方式以及在切换过程中发生的问题及注意事项等方面进行了研究, 进而明确了发电厂用电系统安全可靠性的重要性。所以发电厂要合理设置电源切换的模式, 技术人员要能准确发现快速切换装置的故障, 采取有效的措施进行处理, 使其可以全面控制管理发电厂厂用电系统的安全性和可靠性。
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快速切换装置原理 篇7
上海某热电300MW×2燃机工程为两台236.3MW级的燃气轮发电机组和两台92.5MW汽轮发电机组, 其6KV厂用点快速切换系统装置, 是由厦门公司生产的SUE30000微型机厂用电快速切换装置。#1机组的6KV工作段及公用段各设有一台快速切换装置。
SUE3000电快速切换系统装置是基于现代多功能饱和和控制的REFR542plus平台, 配备真实时间的微处理系统, 模拟量的测量功能和计算由数字信号处理器 (DSP) 执行, 控制功能和通讯界面由微处理器 (MC) 执行。
此切换装置硬件主要由以下几部分组成:CPU面板、电源装置、二位输入出板、模拟量输入板、通讯板、内部插件、背板端子。液晶显示屏可以进行测量显示、功能投退、定值整定、就地手动切换操作等操作。液晶显示厂用母线三相电压、工作电源电压、备用电源线电压、厂用母线电压和备用电压/工作电源电压间相角差;工作、备用开关及厂用母线分合闸状态、开关连接位置状态。
输入1/0模块的输入电压121VDC, 门槛电压35VDC。
二、快速切换的原理
对于不间断的切换, 快速切换装置进行了快速切换, 在母线和备用馈线同步的情况下, 合分闸命令同时被快速切换装置发出断路器。
在母线和备用馈线同步的条件有:
1、jlt;jmax (相角判据)
相角指母线电压和备用馈线电压之间的相角差, 构成同步判据的角度差限值, 可以根据超前或者之后的母线电压进行调整, 厂家的默认设定值是jmax=20°。
2、Dflt;Df Max (频差判据)
母线电压和备用馈线电压的频率差, 典型的设置值是Df Max=1HZ, 当频差超过设定值, 不允许尽心快速切换。就切换过程来说, 频差反应了用电设备 (如电机) 启动特性和承受电气和暂态冲击能力。
3、Ustndbygt;Umin1 (备用电压正常判据)
备用馈线电压的最低值Umin被整定为这女行电压Unormal的80%UN, 只有在备用馈线的电压正常, SUES3000才可以进行快速切换。
4、Ustndbygt;Umin2 (母线电压判据)
母线电压监视来判断快切是否可以正常进行, 它和相角和频差一样也被视为快切的一个条件, Umin2的限值厂内呗设置为70%Un如果母线电压低于设定值, 切换时候将会产生暂态效应, 母线和设备用电压超过设定值, 快速切换操作将不能被进行。
如果一个断路器固有的合闸时间大于分闸时间, 将有一段的无电流时间发生, 其时间度有断路器的操作时间决定, 同样如果断路器的分闸时间大于合闸时间, 在俩个进线中将产生一个短时间的耦合时间, 其时间长度由相应的断路器动作的时间差决定。SUE3000的快速切换装置, 可以设置最大30ms的时间, 使断路器操作命令延时, 其目的为了缩短无流时间 (或耦合时间) , 该设置在断路器分合闸的时候, 分别补偿分合闸时间。
三、快切工作的过程简述
首次同相切换发生在快切启动时, 在备用进线及工作母线没有同步时候, 对于这种切换, 分闸命令是立刻发生的, 合闸命令在备用进线和母线电压差值最小的时候发出。由于SUE3000装置运行及断路器合闸操作需要一定的时间, 为了补偿固定过程的时间, 快速切换装置决定首次同相点合闸命令在实际的最小差压发生前的一个固定的超前时间窗口发出。
为了使首次同相切换可能, 快速断路器总在合闸时间小于100ms, (SUE3000的快切装置的动作时间上加上断路器的操作时间) 。
在快速切换和首次同相切条件不满足的时候, 快速切换装置进线残压切换, 对这种切换, 首先工作进线的断路器分开, 母线上的残压被监视, 而电动机的存储的能量仍可在维持一段时间的母线残压, 所以该电压能在以妙计算的范围内以一定的hijack常数进线衰减。一旦其预先设置母线残压能够被达到, 备用馈线将不被考虑相角和频差马上被合上, 残压判据为:Ubasburlt;Uresidual
这个判据, 执行了残压切换, 出厂的缺省值设为Uresidual=40%。
如果在监视到母线电压不可能的时候, 例如由于工作进线开关分闸使母线电压降的很低, SUE3000运行一个延时的启动, 对于这种启动, 备用馈线开关在一个固定的时间内合上。在厂内设置该时间为Tdelay-time=2s;但它必须在任何情况下大于最大的残压切换时间, 以保证残压切换总能被达到。
在某热电公用段得保护启动快切采用工作段至公用段得电缆差动保护启动, 而工作段保护启动采用厂变保护、主变保护、发电机误上电保护、发电机出口开关失灵保护启动快切。当工作段低于电压启动切换时, 不采用快切, 当工作段低电压启动切换时, 不采用快切启动, 而是执行一次频率相同期、残压或时间延迟等切换启动快切。快切装置的闭锁快起采用工作段电流过流闭锁。切换的方式采用同时切换, 如果当合上备用段开关后, 快切装置的DSP监测到工作段开关未分开, 则快切装置在延时100ms后, 跳备用进线开关。
四、快切装置安装调试过程中出现的问题及快切误动的原因分析
2005年5月17日, 在做一号机组燃机主变冲击试验后, 进行公用段快切装置, 及工作段快切装置的带负荷快切试验, 试验正常, 快切动作时间均为74ms。
5月18日, 在投入公用段快切后, 与13点50分48秒, 快速动作, 在5月20日14点47分59秒, 快切又动作一次。
根据快切装置SUE3000的故障录波功能分析录波得扫描频率为每个点0.83ms, 则前两次误动快切的来自启动快切的信号脉冲波长均小于0.83ms, 而SUE 3000型微机厂用电快速切换装置的输入1/0模块的输入电压为121v DC, 当门槛电压大于35VDC时, 就启动快切, 通过对SUE3000的故障录波分析, 二次快切的保护启动信号均来自一个保护启动脉冲, 可以判断为外部干扰信号, 由于启动快切的电缆从公用段到启动快切的控制屏有约290米长, 而且设计时没有考虑采用双绞线屏蔽电缆, 在有外界干扰下易产生误动作。事实上在不到两天时间内快切装置以及误动作两次。
摘要：速切系统装置是基于现代多功能保护和控制的REF542plus平台, 配备有真实事件的微处理系统, 速切接换系统装置是基于现代多功能饱和和控制的REF542plus平台, 配备有真实时间的微处理系统。