快切裝置原理說明

1、快切裝置原理說明一 快切的作用：火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一般都具有兩個電源：即廠用工作電源和備用（啟動）電源，其典型接線如圖1所示 。目前絕大多數(shù)大型機(jī)組火力發(fā)電廠都采用單元接線，正常運(yùn)行時機(jī)組廠用電由單元機(jī)組供電，停機(jī)狀態(tài)由備用電源供電，機(jī)組在啟動和停機(jī)過程都必須帶負(fù)荷進(jìn)行廠用電切換。另外，當(dāng)機(jī)組或廠用工作電源發(fā)生故障時，為了保證廠用電不中斷及機(jī)組安全有序地停機(jī)，不擴(kuò)大事故，必須盡快把廠用電電源從工作電源切換到備用電源。二 啟動快切的模式1 正常手動切換功能手動切換是指電廠正常工況時，手動切換工作電源與備用電源。這種方式可由工作電源切換至備用電源，也可由備用電源切換至工作電源。它主要用于發(fā)電機(jī)起

2、、停機(jī)時的廠用電切換。該功能由手動起動，在控制臺或裝置面板上均可操作。手動切換可分為并聯(lián)切換及串聯(lián)切換。1.1 手動并聯(lián)切換（切換邏輯示意圖見附圖3）A 并聯(lián)自動并聯(lián)自動指手動起動切換，如并聯(lián)切換條件滿足要求，裝置先合備用（工作）開關(guān)，經(jīng)一定延時后再自動跳開工作（備用）開關(guān)。如果在該段延時內(nèi)，剛合上的備用（工作）開關(guān)被跳開，則裝置不再自動跳開工作（備用）開關(guān)。如果手動起動后并聯(lián)切換條件不滿足，裝置將立即閉鎖且發(fā)閉鎖信號，等待復(fù)歸。b 并聯(lián)半自動并聯(lián)半自動指手動起動切換，如并聯(lián)切換條件滿足要求，裝置先合備用（工作）開關(guān)，而跳開工作（備用）開關(guān)的操作則由人工完成。如果在規(guī)定的時間內(nèi)，操作人員仍未跳

3、開工作（備用）開關(guān)，裝置將發(fā)告警信號。如果手動起動后并聯(lián)切換條件不滿足，裝置將立即閉鎖且發(fā)閉鎖信號，等待復(fù)歸。注意：1：手動并聯(lián)切換只有在兩電源并聯(lián)條件滿足時才能實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)條件可在裝置中整定。2：兩電源并聯(lián)條件滿足是指：兩電源電壓幅值差小于整定值。兩電源頻率差小于整定值。兩電源電壓相角差小于整定值。工作、備用電源開關(guān)一個在合位、另一個在分位。目標(biāo)電源電壓大于所設(shè)定的電壓值。母線PT 正常。1.2 手動串聯(lián)切換（切換邏輯示意圖見附圖4）手動串聯(lián)切換指手動起動切換，先發(fā)跳工作電源開關(guān)指令，不等開關(guān)輔助接點(diǎn)返回，在切換條件滿足時，發(fā)合備用（工作）開關(guān)命令。如開關(guān)合閘時間小于開關(guān)跳閘時間，自動在發(fā)合閘

4、命令前加所整定的延時以保證開關(guān)先分后合。 切換條件：快速、同期判別、殘壓及長延時切換?？焖偾袚Q不成功時自動轉(zhuǎn)入同期判別、殘壓及長延時切換。需要注意的一個問題，由于廠用工作變壓器和起動/備用變壓器引自不同的母線和電壓等級，它們之間往往有不同數(shù)值的阻抗及阻抗角，當(dāng)變壓器帶上負(fù)荷時，兩電源之間的電壓將存在一定的相位差，此相位差通常稱作“初始相角差”。初始相角的存在，使手動并聯(lián)切換時，兩臺變壓器之間會產(chǎn)生環(huán)流，如環(huán)流過大，對變壓器是十分有害的。初始相角在20°時，環(huán)流的幅值大約等于變壓器的額定電流。因此當(dāng)初始相角差超過20°時，慎用手動并聯(lián)方式（此時可采用手動串聯(lián)切換方式）。2 事

5、故切換事故切換指由發(fā)變組、高壓廠變保護(hù)（或其它跳工作電源開關(guān)的保護(hù)）接點(diǎn)起動，單向操作，只能由工作電源切向備用電源。事故切換有兩種方式可供選擇。2.1 事故串聯(lián)切換（切換邏輯示意圖見附圖5）由保護(hù)接點(diǎn)起動，先跳開工作電源開關(guān)，在確認(rèn)工作電源開關(guān)已跳開且切換條件滿足時，合上備用電源開關(guān)。切換條件：快速、同期判別、殘壓及長延時切換?？焖偾袚Q不成功時自動轉(zhuǎn)入同期判別、殘壓及長延時切換。2.2 事故同時切換（切換邏輯示意圖見附圖6）由保護(hù)接點(diǎn)起動，先發(fā)跳工作電源開關(guān)指令，不等待工作開關(guān)輔助接點(diǎn)變位，一旦切換條件滿足時，立即發(fā)合備用電源開關(guān)命令（或經(jīng)整定的短延時“同時切換合備用延時” 發(fā)合備用電源開關(guān)命

6、令）?！巴瑫r切換合備用延時” 定值可用來防止電源并列。切換條件：快速、同期判別、殘壓及長延時切換?？焖偾袚Q不成功時自動轉(zhuǎn)入同期判別、殘壓及長延時切換。3 非正常工況切換非正常工況切換是指裝置檢測到不正常運(yùn)行情況時自行起動，單向操作，只能由工作電源切向備用電源。該切換有以下兩種情況。3.1 母線低電壓當(dāng)母線三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(jù)選定方式進(jìn)行串聯(lián)或同時切換。切換條件：快速、同期判別、殘壓及長延時切換?？焖偾袚Q不成功時自動轉(zhuǎn)入同期判別、殘壓及長延時切換。3.2 工作電源開關(guān)偷跳因各種原因（包括人為誤操作）引起工作電源開關(guān)誤跳開，裝置可根據(jù)選定方式進(jìn)行串聯(lián)或同時切換。

7、切換條件：快速、同期判別、殘壓及長延時切換?？焖偾袚Q不成功時自動轉(zhuǎn)入同期判別、殘壓及長延時切換。三 低壓減載功能本裝置低壓減載只在裝置進(jìn)行切換時才會起作用。切換過程中的短時斷電將使廠用母線電壓和電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降備用電源合上后電動機(jī)成組自起動成功與否將主要取決于廠用母線電壓此時若切除某些不重要輔機(jī)將有利于重要輔機(jī)的自起動本裝置可有二段低壓減載出口二段可分別設(shè)定延時以備用電源合上為延時起始時四 快速切換、同期判別切換、殘壓切換及長延時切換說明1母線殘壓特性 對于大容量火力發(fā)電廠，尤其是300MW及以上的機(jī)組，廠用電高壓電動機(jī)的容量大且數(shù)量較多，當(dāng)廠用電源中斷時，由于高壓電機(jī)及負(fù)載的機(jī)械慣性，電動機(jī)將

8、維持較長時間繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，且將轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)運(yùn)行工況，因此廠用電母線在一段時間內(nèi)會維持一定的殘壓并緩慢衰減，頻率也會隨著轉(zhuǎn)速降低而緩慢下降。圖2 為典型的廠用母線電壓衰減曲線。從圖中可以看出，在廠用電源中斷瞬間，母線殘壓的衰減量還不大，但殘壓與備用電源電壓的矢量角差已開始拉開，如果備用電源投入的時機(jī)不當(dāng)，將產(chǎn)生很大的沖擊電流，直接作用于電動機(jī)，這不但影響了電機(jī)的使用壽命，甚至可能導(dǎo)致切換失敗造成廠用電中斷，其后果是十分嚴(yán)重的。因此，廠用電切換必須根據(jù)系統(tǒng)的殘壓衰減特性，選擇合適的切換時機(jī)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，為保證廠用電的成功切換且不產(chǎn)生大的沖擊電流，備用電源斷路器最合適的合閘時刻是廠用母線殘

9、壓與備用電源電壓的相角差不超過30°，即廠用電系統(tǒng)切換全過程在100ms以內(nèi)。 圖2 極坐標(biāo)下的母線殘壓向量圖 Vs備用電源電壓 Vd廠用母線殘壓 DU差拍電壓 A-A 與B-B為不同負(fù)荷情況下允許電源切換的邊界 2快速切換 當(dāng)母線電源中斷后，立刻同時發(fā)出斷路器的分、合閘指令，跳開工作電源，同時合上備用電源。廠用電快速切換時，母線殘壓和備用電源電壓之間的相位差拉開不超過30°，系統(tǒng)實(shí)際無流時間僅為斷路器合、分閘時間之差，一般不超過15ms?？焖偾袚Q可達(dá)到極短的切換時間，切換全過程不超過100ms，完全滿足系統(tǒng)對沖擊電流的要求，安全性好。 正常運(yùn)行情況下，由于快速切換裝置連續(xù)

10、監(jiān)視廠用母線電壓與備用電源的電壓、頻率和相位，同時監(jiān)視斷路器的控制回路，當(dāng)接到啟動命令時，若快切的邏輯條件滿足要求，立即執(zhí)行快切功能，所以在實(shí)際應(yīng)用中，快速切換的成功率幾乎達(dá)到100%。圖3表示采用快速切換模式進(jìn)行切換的波形圖，從圖中可以看到，廠用電母線的實(shí)際無流時間為12.5ms，且電氣設(shè)備實(shí)際所受的沖擊電流幾乎可忽略。 圖3 快速切換錄波圖 3同期切換當(dāng)母線殘壓和備用電源電壓相對旋轉(zhuǎn)一周又回到同期點(diǎn)，這時角差為0，差壓也較小，若在這一時刻合上備用電源，電氣設(shè)備受到的沖擊也較小，這種切換稱為同期切換。切換裝置根據(jù)采集的電壓可計(jì)算母線殘壓向量相對于備用電源電壓向量旋轉(zhuǎn)到第一個同期點(diǎn)的時間，并設(shè)

11、定備用電源合閘的導(dǎo)前時間。同期捕捉切換有兩種基本方法：一種基于“恒定越前相角”原理，即根據(jù)正常廠用負(fù)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(jì)算并整定出合閘提前角，快速切換裝置實(shí)時跟蹤頻差和相差，當(dāng)相差達(dá)到整定值，且頻差不超過整定范圍時，即發(fā)合閘命令，當(dāng)頻差超范圍時，放棄合閘，轉(zhuǎn)入殘壓切換。這種方法合閘角精確度不高，且合閘角隨廠用負(fù)載變化而變化。另一種基于“恒定越前時間”原理，即完全根據(jù)實(shí)時的頻差、相差，依據(jù)一定的變化規(guī)律模型，計(jì)算出離相角差過零點(diǎn)的時間，當(dāng)該時間接近合閘回路總時間時，發(fā)出合閘命令。該方法能較精確地實(shí)現(xiàn)過零點(diǎn)合閘，且不受負(fù)荷變化影響。 需要說明的是

12、同期捕捉切換之同期與發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)之同期有很大不同。同期捕捉切換時電動機(jī)相當(dāng)于異步發(fā)電機(jī)其定子繞組磁場已由同步磁場轉(zhuǎn)為異步磁場，而轉(zhuǎn)子不存在外加原動力和外加勵磁電流。因此，備用電源合上時，若相角差不大即使存在一些頻差和壓差定子磁場也將很快恢復(fù)同步，電動機(jī)也很快恢復(fù)正常異步運(yùn)行。所以此處同期指在相角差零點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)合閘合上。圖4 為同期切換的錄波圖。從波形圖我們看到，沖擊電流比快速切換增大了許多，但還是在系統(tǒng)可接受的范圍內(nèi)。 同期切換錄波圖4 4殘壓切換當(dāng)母線殘壓衰減到低于設(shè)定值時合上備用電源。一般來講，當(dāng)母線殘壓低于40的額定電壓時進(jìn)行切換，沖擊電流已降到可接受的范圍內(nèi)，但需要注意的是，不

13、同的系統(tǒng)容量和備用變壓器容量都會影響沖擊電流值。圖5為殘壓切換的錄波圖。從波形圖中可看到，差壓包絡(luò)線的周期逐漸減小，反映了電動機(jī)減速的過程，殘壓切換引起的沖擊電流較大。5長延時切換發(fā)出切換指令后經(jīng)過一定的延時后合上備用電源的切換方式，一般可設(shè)定1.5s的等待時間。 圖5 殘壓切換的錄波圖 五 裝置閉鎖及報(bào)警功能1 保護(hù)閉鎖當(dāng)某些判斷為母線故障的保護(hù)動作時（如工作分支限時速斷），為防止備用電源誤投入故障母線，可由這些保護(hù)給出的接點(diǎn)閉鎖裝置。一旦該接點(diǎn)閉合，裝置將自動閉鎖出口回路，發(fā)裝置閉鎖信號，面板閉鎖、待復(fù)歸燈亮，并等待人工復(fù)歸。2 控制臺閉鎖裝置當(dāng)控制臺閉鎖裝置時，裝置將自動閉鎖出口回路，發(fā)

14、裝置閉鎖信號，面板閉鎖、待復(fù)歸燈亮，并等待人工復(fù)歸。3 PT 斷線閉鎖當(dāng)廠用母線PT 斷線時，裝置將自動閉鎖低電壓切換功能，發(fā)PT 斷線信號，面板斷線、待復(fù)歸燈亮，并等待人工復(fù)歸。4 目標(biāo)電源低壓工作電源投入時，備用電源為目標(biāo)電源；備用電源投入時，工作電源為目標(biāo)電源。當(dāng)目標(biāo)電源電壓低于所整定值時，裝置將發(fā)目標(biāo)電源低壓信號，面板低壓燈亮。當(dāng)目標(biāo)電源電壓低于所整定值時，裝置將自動閉鎖出口回路，且發(fā)閉鎖信號，直到電源電壓恢復(fù)正常5 母線PT 檢修壓板及PT 位置接點(diǎn)閉鎖功能快切柜內(nèi)設(shè)有母線PT 檢修壓板，當(dāng)該壓板斷開或母線PT 的位置接點(diǎn)斷開時，裝置將自動閉鎖低電壓切換功能，并發(fā)母線PT 檢修信號。

15、當(dāng)檢修壓板接通且母線PT 位置接點(diǎn)6 裝置故障裝置運(yùn)行時，軟件將自動地對裝置的重要部件如CPU、FLASH、EEPROM、AD、裝置內(nèi)部電源電壓、繼電器出口回路等進(jìn)行動態(tài)自檢，一旦有故障將立即報(bào)警。7 開關(guān)位置異常裝置在正常運(yùn)行時，將不停地對工作和備用開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，裝置在正常運(yùn)行時，工作、備用開關(guān)應(yīng)一個在合位，另一個在分位。如檢測到開關(guān)位置異常（工作開關(guān)誤跳除外），裝置將閉鎖出口回路，發(fā)開關(guān)8 去耦合由于在同時切換過程中，發(fā)跳工作開關(guān)指令后，不等待其輔助接點(diǎn)斷開后就發(fā)合備指令，如果工作開關(guān)跳不開，勢必將造成兩電源并列。此時如去耦合功能投入，裝置將自動將剛合上的備用開關(guān)再跳開。9 等待復(fù)歸在以下幾種情況下，需對裝置進(jìn)行復(fù)歸操作,