如何优化厂用电切换？

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：厂用电快速切换装置主要考虑了缩短厂用母线失电时间以及减小切换过程对厂用电动机的冲击问题。从而提高厂用电切换的成功率。厂用电快速切换装置启动情况可以分为正常手动切换、事故切换、非正常工况切换；切换顺序分为并联切换、串联切换；切换条件分为电源并联条件、快速切换、同期判别切换、残压及长延时切换等启动情况。

在发电厂中，厂用电的安全可靠直接关系到发电机组、发电厂乃至整个电力系统的安全运行。厂用电负荷主要为大量的电动机，进行电源切换时应考虑备用电源与电动机残压之间的压差影响，压差较大时会形成较大的冲击；同时尽量减少厂用母线失电时间对保障发电机组安全运行有着很重要作用。以往厂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。合上备用电源时，母线残压与备用电源电压之间的相角差可能已接近180°，将会对电动机造成过大的冲击。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，由于断电时间过长，母线电压和电机的转速均下降过大，备用电源合上后，电动机组的自启动电流很大，母线电压将可能难以恢复，从而对发电厂的锅炉系统的稳定性带来严重的危害。

国外早在20世纪70年代就已广泛采用快速切换装置。近年来国内对厂用电源的安全可靠运行亦越来越重视，随着真空及SF6快速开关的广泛使用，厂用电源采用新一代的快速切换装置已毋庸置疑。在发电厂里有时把前面讲述的一般备用电源自动投入 (AAT)称为慢切，而把专门考虑了厂用电负荷特点的厂用电快速切换装置称为快切装置。

厂用电快速切换装置主要考虑了缩短厂用母线失电时间以及减小切换过程对厂用电动机的冲击问题。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，可按延时甩去部分非重要负荷，以利于重要辅机的自启动。从而提高厂用电切换的成功率。

厂用电快速切换装置启动情况可以分为正常手动切换、事故切换、非正常工况切换；切换顺序分为并联切换、串联切换；切换条件分为电源并联条件、快速切换、同期判别切换、残压及长延时切换等启动情况。

1.厂用电快速切换装置启动情况

(1)正常手动切换。手动切换是指电厂正常工况时，手动切换工作电源与备用电源。这种方式可由工作电源切换至备用电源，也可由备用电源切换至工作电源。它主要用于发电机启、停机时的厂用电切换。该功能由手动启动，在控制台或装置面板上均可操作。

(2)事故切换。事故切换指由发变组、高压厂变保护 (或其他跳工作电源开关的保护)接点启动，当单向操作时，只能由工作电源切向备用电源。

(3)非正常工作情况切换。非正常工作情况切换是指装置检测到不正常运行情况时自行启动，当单向操作时，只能由工作电源切向备用电源。该切换有以下两种情况：①母线低电压，当母线三相电压均低于整定值且时间大于所整定延时定值时，装置根据选定方式进行切换；②工作电源开关偷跳，因各种原因(包括人为误操作)引起工作电源开关误跳开，装置可根据选定方式进行切换。

2.厂用电快速切换装置切换顺序

(1)串联切换。串联切换指启动切换时，先发出跳工作电源开关指令，不等开关辅助接点返回，在切换条件满足时，发出合备用(工作)开关命令。如开关合闸时间小于开关跳闸时间，自动在发出合闸命令前加所整定的延时以保证开关先分后合。串联切换保证切换过程中工作电源开关与备用电源开关不会同时为合闸状态，避免工作电源与备用电源并列，有一定的断电时间。

(2)并联切换。并联切换指启动切换时，如切换条件满足要求，装置先合备用 (工作)开关，经一定延时后再自动跳开工作(备用)开关。并联切换方式有短时间内工作电源开关与备用电源开关同时为合闸状态，优点是缩短或消除断电时间。

3.厂用电快速切换装置切换条件

(1)电源并联条件。用于手动并联切换方式，当工作电源、备用电源均正常时进行手动切换，如果采用并联方式，在短时间内工作电源开关与备用电源开关同时为合闸状态，两路电源并列运行，必须在切换前检查电源并联条件，防止两路电源并列时造成冲击。

两电源并联条件满足如下：

1)两电源电压幅值差小于整定值。

2)两电源频率差小于整定值。

3)两电源电压相角差小于整定值。

4)工作、备用电源开关一个在合位，另一个在分位。

5)目标电源电压大于所设定的电压值。

6)母线TV 正常。

(2)快速切换。工作电源失电后，由于负荷为大量的电动机，工作母线上仍有残压，残压的幅值、频率均随断电时间的增加而减小，残压与备用电源之间的相位差亦不断增加，如果备用电源投入时，备用电源电压与残压之间存在较大相位差，从而造成较大的冲击。快速切换是指检查残压与备用电源之间的频差、相位差，若频差合格(通常设为1Hz以内)，则在相位差未达到危险数值之前，快速地发出切换命令，保证电动机的安全。例如，在残压与备用母线电压相位差为25°以内时进行快速切换，考虑开关固有动作时间100ms内相位差变化约40°，可以把残压与备用电源之间的相位差控制在65°以内。

(3)同期判别切换。如果在断电初期电机残压与备用母线电压相位差开始增大时错过了快速切换，由于残压与备用母线电压存在频差，其相位差开始周期性变化，此时不能盲目地投入备用电源以防止电压相位差过大对电动机的冲击，必须采用同期判别，等待电机残压与备用母线电压相位差较小时进行切换。在厂用电源快速切换装置中，厂用电源母线电压(事故切换时为残压)的采样采用了自动频率跟踪技术，各电源电压的频率、相位及相位差采用软件测量，使得残压幅值计算的准确性及各相位计算的准确性、可靠性得到了有效的保证。在同期判别过程中，装置计算出目标电源(备用电源)电压与残压之间相角差速度及加速度，按照设定的目标电源开关的合闸时间进行计算得出合闸提前量，从而保障了在残压与目标电压在第一次相位重合时合闸。减小了对厂用旋转负载的冲击。采用同期判别切换可以控制对电动机的冲击，但由于需要等待电机残压与备用母线电压相位差较小的时刻，供电中断时间约为0.4～0.6s。

(4)残压及长延时切换。当母线电压 (残压)下降至20%～40%额定电压时实现的切换称为残压切换，该切换可作为快速切换及同期判别功能的后备，以提高厂用电切换的成功率。满足残压条件后，由于备用电源投入时电动机上的残压较低，不会形成太大的冲击，当然残压方式切换下供电中断时间会长些，达到1～2s。

当某些情况下，母线上的残压有可能不易衰减，此时如残压定值设置不当，可能会推迟或不再进行合闸操作。因此，在该装置中另设置了长延时切换功能，作为以上三种切换的总后备保护。

由上可见，手动切换时工作电源与备用电源均正常，如果采取并联切换方式，存在电源并列运行情况，必须考虑两路电源之间的同步问题，进行电源并联条件检查。事故或非正常工况启动切换时，则主要考虑断电后电动机的残压与备用电源电压之间的同步问题，避免切换时对电动机的冲击，切换条件依次为快速、同期判别、残压及长延时切换。首先，进行快速切换，由于在电压间频差、相位差较小时进行切换，对电机冲击小且中断供电时间短(约100ms)。快速切换不成功时自动转入同期判别，等待电压间相位差再次减小时进行切换，中断供电时间约0.4～0.6s。快速切换与同期判别均未完成切换时，只能采用残压切换，等待电机残压衰减后进行切换，中断供电时间约1～2s。快速、同期判别与残压判别切换均失败，由长延时切换作为后备方式，这种情况下中断供电时间最长。

4.闭锁厂用电快速切换装置情况

(1)保护闭锁。当某些判断为母线故障的保护动作时 (例如工作分支限时速断)，为防止备用电源误投入故障母线，可由这些保护给出的接点闭锁装置。一旦该接点闭合，装置将自动闭锁出口回路，发装置闭锁信号，面板闭锁、待复归灯亮，并等待人工复归。

(2)控制台闭锁装置。当控制台闭锁装置时，装置将自动闭锁出口回路，发装置闭锁信号，面板闭锁、待复归灯亮，并等待人工复归。

(3)TV 断线闭锁。当厂用母线TV 断线时，装置将自动闭锁低电压切换功能，发TV 断线信号，面板断线、待复归灯亮，并等待人工复归。

(4)目标电源低压。工作电源投入时，备用电源为目标电源；备用电源投入时，工作电源为目标电源。

当目标电源电压低于所整定值时，装置将发目标电源低压信号，面板低压灯亮。当目标电源电压低于所整定值时，装置将自动闭锁出口回路，且发闭锁信号，直到电源电压恢复正常后，自动解除闭锁，恢复正常运行。

(5)母线TV 检修压板及TV 开关(开关)位置闭锁功能。快切柜内设有母线TV 检修压板，当该压板断开或母线TV 的开关(开关)位置为分位时，装置将自动闭锁低电压切换功能，并发出母线TV 检修信号。当检修压板接通且母线TV 开关 (开关)为合位时，自动恢复低电压切换功能。

(6)装置故障。装置运行时，软件将自动地对装置的重要部件例如，CPU、FLASH、EEPROM、AD、装置内部电源电压、继电器出口回路等进行动态自检，一旦有故障将立即报警。

(7)开关位置异常。装置在正常运行时，将不停地对工作和备用开关的状态进行监视，装置在正常运行时，工作、备用开关应一个在合位，另一个在分位。例如，检测到开关位置异常(工作开关误跳除外)，装置将闭锁出口回路，发出开关位置异常信号。

(8)去耦合。由于在同时切换过程中，发出跳工作开关指令后，不等待其辅助接点断开后就发出合备指令，如果工作开关跳不开，势必将造成两电源并列。此时，如去耦合功能投入，装置将自动将刚合上的备用开关再次跳开。

(9)等待复归。在以下几种情况下，需对装置进行复归操作，以备进行下一次操作。

进行了一次切换操作后；发出闭锁信号后，且为不可自恢复；发生装置故障情况后(直流消失除外)。

此时，装置将不响应任何外部操作及启动信号，只能手动复归解除。例如，故障或闭锁信号仍存在，需待故障或闭锁消除后才能复归。

如何优化厂用电切换？

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