微機廠用電快速切換裝置技術說明書

1、 MFC2000-2型 微 機 廠 用 電 快 速 切 換 裝 置 技 術 說 明 書 東 大 金 智 軟 件 股 份 有 限 公 司 南 京 東 大 金 智 電 氣 自 動 化 有 限 公 司 二 000年十二月 目錄1. 概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. 廠用電切換原理及分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1廠用電切換存在的問題 . 3 2.2廠用電切換方式 . 3 2.3快速切換 殘壓切換原理 . 4 2.4廠用電切

2、換應用事項 . 72.5關于快速切換時間 . 83. 裝置特點及主要技術指標 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1裝置主要特點 . 103.2主要技術指標 . 114. 裝置軟硬件簡介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.1硬件簡介. 134.2軟件簡介. 145. 功能簡介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 5.1監(jiān)測故障處理功能 . 17 5.5起動后加速保護功能 . 205.6

3、事件追憶 打印 GPS對時功能 . 206. 定值參數(shù)設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.1整定定值. 226.2方式設置. 237. 設計說明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 7.1裝置配置. 24 7.2組屏 . 24 7.3交流電壓輸入 . 247.4附圖 . 258. 附錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 11.

4、概述MFC2000型微機廠用電快切裝置 或其它工業(yè)部門 煤炭和冶金等有較多高壓電動機負荷的場合的電源切換在電源 切換時不能造成運行中斷或設備沖擊損壞 或經(jīng)低壓繼電器起動備用 電源投入 若合閘瞬間廠用母線反饋電壓與備用電源電壓間相角差較大 將對電動機造成很大的合閘沖擊 也因切換時系統(tǒng)運行方式 故障類型等因素 如待殘壓衰減到一定幅值后投入備 用電源 母線電壓和電動機的轉速都下降很大 在這種情況下 另一方面由于電動機成 組自起動電流很大 從而導致自起動困難MFC2000型微機廠用電快切裝置是為解決上述廠用電的安全運行問題東大電 氣系與望亭發(fā)電廠聯(lián)合研制的高科技產(chǎn)品 廣泛征求了設計院 參考吸收了引進工

5、程中 ASEA西門子微機型相應 設備的先進設計思想和技術 并于 1997年 8月通過鑒定 300MW100多套裝置在望亭 華能蘇州 電廠 上海吳涇電廠 安徽洛河電廠 廣西桂 林電廠 四川廣安電廠 內(nèi)蒙達拉特電廠 青海橋頭電廠 山東十里泉電廠 裝置已經(jīng)歷了數(shù)十次事故切換和百余次正常切換動作 正確率和切換成功率均達 100%MFC2000-2型快切裝置是 MFC2000-1型裝置的改進型 繼承了 1型裝置的成熟經(jīng) 驗 主從 CPU 分工協(xié)調(diào) 又保證了切換速 度及配置的靈活性 采用匯編和 C 相結合的先進技術 又充分發(fā)揮了 C 的強大功能 增加了分支電流測量錄波等其它實用功能 采 用大液晶顯示屏 能

6、直接顯示主接線并實時顯示各種運行參數(shù)和狀態(tài) 既有 485口接入 DCS 系統(tǒng) 并開發(fā)了上位機應用軟件 定值修改以及錄波分析2 MFC2000微機快切裝置獲國家電力公司 1998年度科技進步三等獎和華東電力集團公司 1998年度科技進步二等獎 32. 廠用電切換原理及分析2.1. 廠用電切換存在的問題大容量火電機組的特點之一是采用機電單元集控方式可靠性有著相當重要的影響發(fā)電機組對廠用電切換的基本要求是安全可靠 而可靠性則體現(xiàn)為提高切換成功率以往的廠用電切換方式主要采用以下幾種方式或經(jīng)低壓繼電器起動備用電源投入短延時切換 在合閘回路中另串普通機電式或電子式同期檢查繼電器即殘壓切換以上幾種廠用電切換

7、方式都不能很好地滿足安全性國內(nèi)有關資料已經(jīng)提供了不少同廠用電切換有關的問題和事故 設備沖壞等廠用電切換不當引起的問題有些是明顯的 而有些是漸變的 電動機或備用變受一兩次沖擊并不一定馬上就損壞也并不一定引起足夠的重視較長時間未發(fā)生問題并不意味著不存在隱患如某電廠 600MW 引進機組由于原設計不合理但這顯然留下了更大的隱患某電廠由于工作電源與備用電源間電氣距離很大 , 連正常切換都無法保證國內(nèi)近幾年的新建工程也基本采用了快速切換裝置廠用電源采用新一代快速切換裝置已毋容置疑也可按起動原因分 42.2.1. 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 并聯(lián)切換兩電源短時并聯(lián)這種方式多

8、用于正 常切換停機 后文詳述先跳開工作電源再合上備用電源此種方式多用于事故切換這種方式介于并聯(lián)切換和串聯(lián)切換之間工作開關跳開之前發(fā)出 可設置延時來調(diào)整也可用于事故切換 正常手動切換快切裝置按事先設定的手動切換方式同時 事故自動切換發(fā)變組起動快切裝置進行切換 串聯(lián)進行分合閘操作有兩種不正常情況母線電壓低于整定電壓達整定延時后并按自動方式進行切換由工作開關輔助接點起動裝置2.2.3. 按切換速度分類 : 快速切換 短延時切換 同期捕捉切換 殘壓切換2.3. 快速切換殘壓切換原理2.3.1. 快速切換假設有圖 1所示的廠用電系統(tǒng)備用電源由電廠高壓母線或由系統(tǒng)經(jīng)起動 /備用變引入廠用母線由工作電源供電

9、 必須 跳開工作電源開關 1DL 跳開 1DL 時廠用母線失電電動機將惰行稱其為殘壓 5以極坐標形式繪出的某 300MW 機組 6KV 母線殘壓相量變化軌跡 (殘壓衰減較慢的情況 如圖 2所示 廠用電一次系統(tǒng) 簡圖 圖VS 為備用電源電壓U 為備用電源電壓與母線殘壓間的差拍電壓 電動機承受的電壓 UM 為X M 1X M -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 . X S -電源的等值電抗 .令 KX S K 2則有U 3 U1.1/ K 設 K 則圖以 A 為圓心A A 的右側為備用電源允許合閘的安全區(qū)域若取 K 則圖B 的 左側均為不安全區(qū)域其電壓相量端點為 AA 6圖

10、2中 實際應用時如 60 60 合閘時間為 100ms快速切換的整定值有兩個 在裝置發(fā)出合閘命令前瞬間將實測值與整定值進行比較由于快速切換總是在起動后瞬間進行2.3.2. 同期捕捉切換同期捕捉切換由東南大學首次提出其原理概括如下過 B 點后 BC 段為不安全區(qū)域在 C 點后至 CD 段實現(xiàn)的切換以前通常稱 為或用固定延時的方法并不可靠盡量做到在反饋電壓與備用電源電壓向量第一次相位重合時合閘同期捕捉切換以上圖為例該時間要短得多 特別是同相點合閘因此時廠母電壓衰減到 6570需要說明的是 同期 同期 同期捕捉切換時其定子繞組磁場已由同步磁場轉為異步磁場因此若相角差不大定子磁場也將很快恢復同步所以合

11、上在實現(xiàn)手段上一種基于 原理取決于該時的頻差計算并整定出合閘提前角當相差達到整定值即發(fā)合閘命令放棄合閘 這種方法缺點是合閘角精確度不高另一種基于原理相差計算出離相角差過零點的時間發(fā)出合閘命令 能較精確地實現(xiàn)過零點合閘但實用時一是要準確地找出頻差不能簡單地利用線性模型有跳 變10ms 一點造成頻差及相差測量的間斷和偏差合閘回 7路的時間也有一定的離散性等相差的變化速度可達 1-2因此MFC2000系列快切裝置的同期捕捉切換方法并用最小二乘法來克服頻率變化及測量的離散性及間斷性如不計合閘回路的時間偏差10同期捕捉切換整定值也有兩個為頻差和相角差為頻差和越前時間頻差整定可取較大值額定電壓后實現(xiàn)的切換

12、通常稱為但由于停電時間過長自起動時間等都將受到較大限制殘壓衰減到 4020的時間為 2秒合成的母線殘壓特性曲線與分類的電動機相角因此安全區(qū)域的劃定嚴格來說需根據(jù)各類電動機參數(shù)所帶負荷等因素通過計算確定 可根據(jù)典型機組的試驗確定母線殘壓特性母線電壓和頻率衰減的時間主要取決于試驗前該段母線的負載電壓下降得越慢 而相同負載容量下則電壓達到最初反相和同相的時間越短快速開關的合閘時間一般小于 100ms 10ms則備用電源合上時相角差也很小若采用串聯(lián)切換假定為 100ms20 國外在發(fā)電廠廠用電或其它有高壓電動機場合 煤炭和冶金行業(yè)的變電站電源切換中且切換方式以同時方式為主8 快速切換能否實現(xiàn) 還取決于

13、系統(tǒng)結線 系統(tǒng)結線方式和運行方式?jīng)Q定了正常運行時廠用母線電壓與備用電源電壓間的初始相角如大于 20 因此 可能出現(xiàn)這樣的情況 客觀條件上無法實現(xiàn)快速切換 有時快切不成功有關數(shù)據(jù)表明殘壓衰減到允許值 為 1-4而起動電源則由附近 220或 110KV 變電站提供 廠用工作電源與備用電源間存在較大的初始相角差 有些時候甚至大于 20 2.5. 關于快速切換時間快速切換時間涉及到兩個方面 二是快切裝置本身的動作時間當然是越短越好從實際要求來說 國產(chǎn)真空開關通常都能滿足快切裝置以串聯(lián)方式實現(xiàn)快速切換時母線反饋電壓與備用電源電壓間的相位差在備用電源開關合閘瞬間一般不會超過 20-30 相位差僅減小幾度快

14、切裝置本身的固有動作時間包括其硬件固有動作時間和軟件最小運行時間開關量輸出兩部分的光隔及繼電器動作時間軟件最小運行時間指最快情況下軟件完成測量 執(zhí)行等的時間過分追求快速對快切裝置來說同樣是不必要的 從硬件來說 9造水平而言僅采用光藕隔離采用繼電器 -光藕兩級隔離的技術更為成熟可靠針對開關斷開時滅弧引起的暫態(tài)所需進行的一些特別計算處理以及開關量輸入測量時的去抖處理等都是保證裝置 動作的準確性和可靠性所必不可少的于切換幾無影響國外微機型廠用電快速切換裝置的固有動作時間一般較長其固有時間約 40ms100ms 103. 裝置特點及主要技術指標3.1. 裝置主要特點MFC2000-2型微機快切裝置的主

15、要特點如下事故切換和不正常情況切換功能 同期捕捉和殘壓切換功能 兼有并聯(lián)3.1.2. 其它功能完備 保護閉鎖只在切換時才會投入PT 斷線 去耦合能實時顯示主接線母線電壓頻率差 中文操作菜單方便明了操作過程中的提示切換后的記錄追憶等信息均可隨時提供實現(xiàn)遠方操作和信息上送具有專用通信接口軟件并對記錄數(shù)據(jù)進行分析打印等功能 外部模入開出均與內(nèi)部電路隔離省工抗干擾 113.1.6. 工藝先進大面板結構 插拔式模塊 元器件基本采用國際知名公司產(chǎn)品3.1.7. 可靠性高 主要部件的自檢 軟硬件冗余3.2. 主要技術指標3.2.1. 工作環(huán)境條件 環(huán)境溫度 +505%86DC220V/DC110V 允許偏差

16、 +10% 紋波系數(shù)5A 交流電壓50Hz3.2.4. 功率消耗 交流電流回路 每相不大于 1VA 交流電壓回路 每相不大于 1VA 直流電源回路不大于 30W50W2倍額定電流10倍額定電流 40倍額定電流 交流電壓回路連續(xù)工作80% 123.2.6. 測量準確度 電壓電流2% 相角 延時 3.2.7. 輸出接點容量 跳合閘出口 110 5A 信號110 50W3.2.8. 裝置自身時鐘精度24h 誤差不大于3.2.9. 快速切換時間 事故同時切換 12 ms 事故串聯(lián)切換 12 ms482.6H 300mm3.2.11. 重量約 15KG 134. 裝置軟硬件簡介4.1. 硬件簡介MFC2

17、000-2型快切裝置采用 2片 INTEL 80C196 KC CPU-CPU 間通過雙口 RAM 進行數(shù)據(jù)交換CPU 板總線不外引MFC2000-2型快切裝置的硬件構成示意圖見圖 312位高速 A/D轉換器測量幅值HSI 的分辨率為 2s開關量輸入和輸出部分均采用光電隔離技術 跳合閘出口經(jīng)邏輯組合進一步提高可靠性 箭頭式觸摸鍵和 LED 信號指示燈組成180點陣式 14 裝置設有 2個通信接口 半雙工 最大傳輸距離 1000m 另 1個為 232口裝置設標準并行打印口一個裝置設標準 GPS 對時信號接口 1個 可與 GPS 系統(tǒng)進行精確對 時其軟件有兩大部分主 CPU 的軟件包括開關量輸入檢

18、測 切換動作 信號及包含采樣從 CPU 軟件包括液晶顯示 通信主 15 圖 4 主 165. 功能簡介5.1. 監(jiān)測 廠用母線三相電壓 UaUc 或 UabUca任一相電壓或任一線電壓 備用電源電壓 Uby或 UabUgz 或 Uby 廠用母線 Ua與后備電源電壓間的頻率差或 UabUgz 或 Uby 備用分支三相電流 IaIcPT 隔離開關分合閘狀態(tài) 所有外部投退或內(nèi)部軟壓板投退狀態(tài)在控制臺正常切換是雙向的也可以由備用電源切向工作電源5. 2. 1. 1. 并聯(lián)切換 并聯(lián)自動若并聯(lián)切換條件滿足工作 經(jīng)一定 延時后再自動跳開工作 開關 剛合上的備用開關被跳開備用若起動后并聯(lián)切換條件不滿足并進入

19、等待復歸狀態(tài)手動起動合上備用開關 備用 若在規(guī)定的時間內(nèi)備 用裝置將發(fā)出告警信號裝置將閉鎖發(fā)信5. 2. 1. 2. 正常同時切換手動起動備用 在切換條件滿足時工作若要保證先分后合 17正常同時切換可有三種切換條件 同期捕 捉 快切不成功時自動轉入同期捕捉或殘壓單向 事故切換有兩種方式保護起動在確認工作開關已跳開且切換條件滿足時串聯(lián)切換有三種切換條件同期捕捉 事故同時切換先發(fā)跳工作電源開關命令或經(jīng)用 戶延時 事故同時切換也有三種切換條件同期捕捉5.2.3. 不正常情況切換不正常情況切換由裝置檢測到不正常情況后自行起動 只能由工作電源切向備用電源 廠用母線失電時間超過整定延時 切換條件同期捕捉

20、工作電源開關誤跳包括人為誤操作裝置將在切換條件滿足時合上備用電源快速殘壓切換過程中的短時斷電將使廠用母線電壓和電動機轉速下降此時若切除某些不重要輔機本裝置可有二段低壓減載出口以備用電源合上為延時起始時間故障處理功能裝置具有閉鎖報警及故障處理功能 18 圖 5 閉鎖結構圖與上述閉鎖結構相關 裝置閉鎖 或裝置動作一次以后 出口閉鎖位置閉鎖的三個條件中有任意一條滿足 裝置異常閉鎖 裝置動作一次以后 有閉鎖 A 有閉鎖 B5.4.1. 開關位置異常裝置起動切換的必要條件之一是工作另一個打開若正常監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)這一條件不滿足發(fā)中控信號另外裝置將根據(jù)不同的切換方式分別處理并給出位置異常閉鎖信號同時切換或并聯(lián)切

21、換中將造成兩電源并列 跳開剛合上的開關 195.4.2. 裝置異常裝置投入后即始終對某些重要部件如 CPU EEPROM5.4.3. 保護閉鎖保護閉鎖為外接開入量如分支過流可由這些保護給出的空接點將裝置閉鎖 保護閉鎖5.4.4. PT 斷線廠用母線 PT 一相或二相斷線時5.4.5. 后備電源失電監(jiān)測若工作電源投入時備用電源失電或備用電源投入時工作電源失電 裝置將給出報警信號并進入等待復歸狀態(tài) 可在菜單中選擇此項功能的投退后備失電閉鎖在后備不失電情況下同捕而在后備失電情況下5.4.6. 裝置閉鎖這是一個總的信號裝置將自行閉鎖 在此狀態(tài)下 只能手動復歸解除則復歸后信號依舊 裝置方式設置菜單中的出

22、口投退選擇為 外接 開入量有閉鎖輸入 裝置快切越前時間退出出口閉鎖出口閉鎖可往復投退出口閉鎖時一旦以上三種條件都不滿足 205.4.8. 裝置失電 裝置開關電源輸出的 特設電壓監(jiān)視回路該功能獨立于 CPU 工作都將同時輸出一對空接點 11050W接點閉合持續(xù)時間為 5秒5.6. 事件追憶打印 GPS 對時功能切換完成后殘壓曲線5.6.1. 事件追憶事件追憶有以下內(nèi)容 動作時間月時秒 本次切換中所有整定值 所有功能投退狀態(tài) 低壓起動投 /退 起動原因 手動 選擇的切換方式同時 裝置發(fā)出了哪些跳合閘命令 合閘時滿足的條件 同期捕捉 閉鎖和故障情況 裝置起動時刻的時間相差頻差母線三相電壓及分支三相電

23、流 跳閘完成時刻的時間相差頻差母線三相電壓及分支三相電流 合閘完成時刻的時間相差并不因掉電或復歸而丟失 打印出從起動開始后每隔 10ms 時間的頻差母線電壓每次切換錄波時間為 2秒 21 可將便攜式電腦直接接上裝置面板上的 232通信口傳送以上數(shù)據(jù)顯示或打印電流電壓錄波曲線5.6.3. 通信裝置有兩路通信接口 可通過該接口接便攜式電腦實現(xiàn)裝置模擬量動作信息入庫打印等功能雙線制默認規(guī)約為 MODBUS目前5.6.4. GPS對時空接點或有源接點接入直流 24V 226. 定值參數(shù)設定裝置所有整定值 控制字修改前必須輸入正確密碼裝置出廠時的密碼為 00006.1. 整定定值 序號 整定值名稱 單位

24、 范圍 缺省值 備注5.0 5.0 7 同捕恒定越前相角 度-30500 50 15 備用高低壓合閘延時 ms 020.0 按實際17切輔機二段延時s 同捕恒定越前時間由于裝置是根據(jù)實時測量數(shù)據(jù)計算判斷發(fā)合閘命令的提前量 所以同捕恒定越前時間比同捕恒定越前相角更 精確舉例說明整定初始相角為0度 整定初始相角為-30度整定初始相角為-60度 236.2. 方式設置序號 方式設置名稱 范圍 缺省值 備注1 控制方式 遠方同時 串聯(lián)3失壓切換方式串聯(lián)并聯(lián)半自動半自動 自動 6 失壓起動 投入退出 投入 8 同捕越前相角 投入退出 投入 10 殘壓切換 投入退出 退出 12后備失電閉鎖投入退出投入備注

25、此功能用于 在備用PT檢修時后備失電閉鎖此時裝置仍能進行切換在后備不失電情況下而在后備失電情況下 247. 設計說明7.1. 裝置配置每臺機組每一個廠用分支須配置一套獨立的快切裝置 事故自動切換為單向 手動切換和自動切換一般動作于一個 6KV 工作電源開關和一個6KV 備用電源開關起 /備變平時可以熱備用 在冷備用情況下裝置可同時合高低壓兩側開關高低壓開關最好均為快速開關不能保證快速 切換7.2. 組屏每個標準屏 (柜 最多可安裝 4套快切裝置 1個打印機共享器每排 8個一般情況下7.3. 交流電壓輸入 廠用母線電壓Ub Ub Un 與 N 相接地或 B 相接地無關可取高廠變分支 PT 電壓或

26、發(fā)電機端電壓 備用電源電壓 Uby高備變分支 PT Uby 取高備變高壓側 PT 電壓在這種情況下以保證工作電源電壓與備用電源電壓間在 6KV 側同相有如下的廠用系統(tǒng)接線圖 6Y/Y-12接線方式 高備變?yōu)?Y/-302PT PT電壓取自 U AC如果發(fā)電機端 PT 電壓取 25自 U AB才能保證工作電源電壓和備用電源電壓在 6KV 側是同相的 而工作電源電壓與母線電壓間的接線角度差可以通過裝置內(nèi)部整定的初始角度差解決由于引接電壓造成的電壓幅值差異可通過裝置內(nèi)部調(diào)整外部輸入輸出示意圖 附圖 2裝置背板端子排圖 附圖 4屏面開孔尺寸圖 26 附圖 1 MFC2000-2A型快切裝置外部輸入輸出示意圖 MFC2000-2型微機廠用電快速切換裝置技術說明書 27附圖 2 MFC2000-2型快切裝置面板示意圖 開 關 流 量 輸 入 公