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摘 要：该文介绍了茂名臻能热电有限公司# 7机组厂用6kV系统SID-8BT-A 备用电源快速切换装置的切换方式、原理关系及其在应用中的一些体会。
关键词：快切装置 快切方式 快切原理
中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0253-02
茂名臻能热电有限公司#7机厂用6 kV系统采用深圳国立智能SID-8BT-A 备用电源快速切换装置来实现工作电源与备用电源的切换。该装置兼有独立的备用分支后加速、过流保护功能。装置具有事故切换、非正常工况切换、正常手动切换功能。其中事故切换和非正常工况切换为自动切换，为单向切换；正常手动切换为双向切换，手动切换在装置面板或集控室均能进行操作。
1 切换方式
电源切换的方式分类可按开关动作顺序分，也可按起动原因分，还可按切换速度分。
（1）按开关动作顺序分类（动作顺序以工作电源切向备用电源为例）
①串联切换
首先跳开工作电源开关，在确认工作电源开关跳开后，再合上备用电源开关。此方式常用于事故切换。
②同时切换
首先跳开工作电源开关，在未确定工作电源开关是否跳开就发合备用电源开关命令，通过设定合闸延时定值，在时间上确保工作电源开关先断开，备用电源开关后合上。母线断电时间大于0 ms，小于备用开关合闸时间，可设置延时来调整。这种方式既可用于正常切换，也可用于事故切换。
③并联自动切换
SID-8BT-A备用电源快速切换装置同时支持差频同期和同频同期操作。首先，该装置根据严格的双侧电源同期准则，并联合备用电源开关，确定备用电源开关合闸后，再自动跳开工作电源开关。此模式只能应用于正常手动切换。
④并联半自动切换
根据严格的双侧电源同期准则，首先合备用电源开关，确定备用电源开关合闸后，再手动跳开工作电源开关。此模式只能应用于正常手动切换。
⑤并联失败转串联切换
如果装置检测到符合双侧电源同期准则，按照并联自动模式进行切换；否则按照串联切换模式进行切换。此模式只能应用于正常手动切换。
⑥并联失败转串联切换
如果装置检测到符合双侧电源同期准则，按照并联自动模式进行切换；否则按照同时切换模式进行切换。此模式只能应用于正常手动切换。
（2）按启动原因分类
①事故切换
由保护接点或模拟量启动，由保护动作或模拟量（含频差、频差无流、逆功率、频差逆功率、频压品质）启动事故切换后，先发跳工作电源指令，在满足切换条件时（或经延时）发合备用电源开关命令。切换模式可以选择串联或同时，本机组正常情况下选串联模式。本机组启动事故切换的保护有：主变差动、主变接地零序、主变间隙零序、高厂变差动、发电机差动、主变重瓦斯、高厂变重瓦斯、非全相保护、转子一点接地、程序逆功率、定子接地、失磁II段、失步等。
②正常手动切换
手动操作启动，而后装置自动进行切换，在检测到就地手动切换信号，或接收到远方切换命令时，启动工作电源与备用电源之间的快速切换。切换模式可以选择串联、同时、并联自动、并联半自动、并联失败转串联、并联失败转同时等切换中任意一种模式。本厂正常情况下选并联自动模式。
③非正常工况切换
非正常切换是自动进行的，包括2种情况：（1）母线失压启动：当母线3个线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串联或同时切换，本厂一般情况下选串联模式。（2）工作电源开关误跳启动：多方面原因（包括操作失误等）引起工作电源开关误跳开，装置选择串联切换模式。
（3）按切换速度分类
分为快速切换、耐受电压捕捉切换、同期捕捉切换、残压切换及长延时切换。
2 原理及应用技术
如图1所示：正常运行时，工作电源由#7发电机端经#7高厂变引入，备用电源由220 kV GIS系统经# 02启备变引入。正常运行时，6 kV厂用电7A段母线由工作电源供电，当工作电源侧发生故障时，必须跳开工作电源开关607A，此时6 kV厂用电7A段母线失电，由于厂用负荷多为异步电动机，电动机将惰行，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，称其为残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减，此时，如果合上备用电源开关067A，将对厂用母线上的电机造成影响，厂用旋转负载的自起动及安全运行也受到严重威胁。
图2所示为电动机接通备用电源时的等值电路图和相角图。如图2所示，不同的θ角（备用电源电压和电动机残压二者之间的夹角），对应不同的ΔU值。当θ=180o时，ΔU值最大，如果此时接通备用电源，其对电动机的冲击最大。
电动机重新合上电源时，电动机上的电压Um为：
（2-1）
式中
Xm—母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗；
Xs—电源的等值电抗；
U—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：
（2-2）
2.1 快速切换
在切换启动瞬间，装置检测母线与备用电源进线的角差、频差、母线电压在定值范围内，则启动快速切换，立即合闸出口。现场试验数据表明，母线和备用电源进线的相角差在60°内对与母线上的运行设备时安全的。在频差平均为1HZ时，由于开关固有合闸时间为100ms计算，合闸命令发出到合闸时，母线与备用进线相量间夹角增大了36°。因此，为保证快速切换成功，最好采用快速开关进行切换，并且装置发合闸指令时，即时测得的角差应当小于20 °。 2.2 捕捉耐受电压点准则切换
当工作电源跳闸被切除后，母线上的电动机组依靠惯性及转子剩磁转入异步电动机状态，母线上的残压的电压和频率逐步下降。母线残压相对于备用电源电压向滞后方向运动的角度θ不断增大，残压数值不断衰减，经过一段时间才衰减到零。由于备用电源投入时产生较大的冲击电流，并有可能导致备用电源速断保护动作而跳闸，使快速切换控制失败。SID-8BT-A 备用电源快速切换装置可以实时监测工作电源与备用电源的相角差θ及当时的U，并根据已采样的数据预测U的变化，在U在超过允许值之前，计算备用电源的合闸时间发出合闸命令完成备用电源的投入，从而确保母线上所有负载的安全和快速恢复运行。
2.3 捕捉首次同相点切换
工作电源开关因事故被切除后，母线电压及频率按一定规律衰减，衰减过程中，残压相对于备用电源电压每运动360°，就出现一次可能满足同相切换判据的合闸时刻点。该装置捕捉首次出现相角差为零时完成备用电源切换。SID-8BT-A备用电源快速切换装置具有恒定越前时间和恒定越前相位2种方式可选。当采用恒定越前相角方式时，即根据正常厂用负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度取决于该时的频差）和合闸回路的总时间，计算并整定出合闸提前角，快切装置实时跟踪频差和相差，当相差达到整定值，且频差不超过整定范围时，即发合闸命令，当频差超范围时，放弃合闸，转入残压切换。当采用恒定越前时间方式时，即完全根据实时的频差、相差，依据一定的变化规律模型，计算出离相角差过零点的时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令。
2.4 残压切换
当母线电压下降至20%～40%额定电压时实现的切换称为“残压切换”，残压切换作为首次同相点切换的后备功能，以提高厂用电切换的成功率。其合闸时无须判断相角和频率差，这是一种后备切换方式。残压切换虽能保证备用分支电源投入，但是由于停电时间过长，很多设备已自动或被低压保护被切除，其他设备自启动条件恶化。需要注意的是，不同的系统容量和备用变压器容量都会影响冲击电流值。
2.5 长延时切换
如果装置在整定的时间结束之前无法进行上述的任何一种切换方式，该装置将执行长延时切换，这种切换方式仅仅是作为一种最后的备用切换方式。当某些情况下，母线上的残压有可能不易衰减，如果这时残压定值设置不当，可能会推迟或不再进行合闸操作。因此在该装置中另设了长延时切换功能，作为以上切换的总后备。
3 SID-8BT-A 备用电源快速切换装置的其他功能
（1）弧光保护闭锁备自投功能
本机组6kV母线开关配置弧光保护，弧光保护发生时自动闭锁快切装置。
（2）低压减载功能
本装置可提供两段式定时限低压减载出口功能。母线电压衰减时，逐级切除部分非重要辅机，以保证重要辅机能正常自起动。
（3）使用励磁涌流抑制技术支持启备变冷备用
当启备变作为暗备用时，快切装置动作后，启备变高压侧开关合闸时产生的励磁涌流将有可能导致变压器保护误动。因此大部分电厂将启备变作为明备用，此时，启备变的空载损耗将十分可观。本机组的同期快切装置中采用了涌流抑制的技术，通过对启备变剩磁及偏磁的精确控制，实现在空投启备变时产生的偏磁抵消原来磁路中的剩磁，进而根除了空投启备变时因磁路饱和引起的励磁涌流，保证快切装置可以在启备变冷备用时投入备用电源。
4 结语
本文阐述了茂名臻能热电有限公司#7机组的备用电源快切装置的切换方式、快切原理以及运行中需注意的事项。本机组的SID-8BT-A 备用电源快速切换装置能够满足切换速度与切换安全性的双重要求。
参考文献
[1] 师淑英，赵福军.厂用电源快切装置原理及切换中注意问题.
关键词：快切装置 快切方式 快切原理
中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0253-02
茂名臻能热电有限公司#7机厂用6 kV系统采用深圳国立智能SID-8BT-A 备用电源快速切换装置来实现工作电源与备用电源的切换。该装置兼有独立的备用分支后加速、过流保护功能。装置具有事故切换、非正常工况切换、正常手动切换功能。其中事故切换和非正常工况切换为自动切换，为单向切换；正常手动切换为双向切换，手动切换在装置面板或集控室均能进行操作。
1 切换方式
电源切换的方式分类可按开关动作顺序分，也可按起动原因分，还可按切换速度分。
（1）按开关动作顺序分类（动作顺序以工作电源切向备用电源为例）
①串联切换
首先跳开工作电源开关，在确认工作电源开关跳开后，再合上备用电源开关。此方式常用于事故切换。
②同时切换
首先跳开工作电源开关，在未确定工作电源开关是否跳开就发合备用电源开关命令，通过设定合闸延时定值，在时间上确保工作电源开关先断开，备用电源开关后合上。母线断电时间大于0 ms，小于备用开关合闸时间，可设置延时来调整。这种方式既可用于正常切换，也可用于事故切换。
③并联自动切换
SID-8BT-A备用电源快速切换装置同时支持差频同期和同频同期操作。首先，该装置根据严格的双侧电源同期准则，并联合备用电源开关，确定备用电源开关合闸后，再自动跳开工作电源开关。此模式只能应用于正常手动切换。
④并联半自动切换
根据严格的双侧电源同期准则，首先合备用电源开关，确定备用电源开关合闸后，再手动跳开工作电源开关。此模式只能应用于正常手动切换。
⑤并联失败转串联切换
如果装置检测到符合双侧电源同期准则，按照并联自动模式进行切换；否则按照串联切换模式进行切换。此模式只能应用于正常手动切换。
⑥并联失败转串联切换
如果装置检测到符合双侧电源同期准则，按照并联自动模式进行切换；否则按照同时切换模式进行切换。此模式只能应用于正常手动切换。
（2）按启动原因分类
①事故切换
由保护接点或模拟量启动，由保护动作或模拟量（含频差、频差无流、逆功率、频差逆功率、频压品质）启动事故切换后，先发跳工作电源指令，在满足切换条件时（或经延时）发合备用电源开关命令。切换模式可以选择串联或同时，本机组正常情况下选串联模式。本机组启动事故切换的保护有：主变差动、主变接地零序、主变间隙零序、高厂变差动、发电机差动、主变重瓦斯、高厂变重瓦斯、非全相保护、转子一点接地、程序逆功率、定子接地、失磁II段、失步等。
②正常手动切换
手动操作启动，而后装置自动进行切换，在检测到就地手动切换信号，或接收到远方切换命令时，启动工作电源与备用电源之间的快速切换。切换模式可以选择串联、同时、并联自动、并联半自动、并联失败转串联、并联失败转同时等切换中任意一种模式。本厂正常情况下选并联自动模式。
③非正常工况切换
非正常切换是自动进行的，包括2种情况：（1）母线失压启动：当母线3个线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串联或同时切换，本厂一般情况下选串联模式。（2）工作电源开关误跳启动：多方面原因（包括操作失误等）引起工作电源开关误跳开，装置选择串联切换模式。
（3）按切换速度分类
分为快速切换、耐受电压捕捉切换、同期捕捉切换、残压切换及长延时切换。
2 原理及应用技术
如图1所示：正常运行时，工作电源由#7发电机端经#7高厂变引入，备用电源由220 kV GIS系统经# 02启备变引入。正常运行时，6 kV厂用电7A段母线由工作电源供电，当工作电源侧发生故障时，必须跳开工作电源开关607A，此时6 kV厂用电7A段母线失电，由于厂用负荷多为异步电动机，电动机将惰行，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，称其为残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减，此时，如果合上备用电源开关067A，将对厂用母线上的电机造成影响，厂用旋转负载的自起动及安全运行也受到严重威胁。
图2所示为电动机接通备用电源时的等值电路图和相角图。如图2所示，不同的θ角（备用电源电压和电动机残压二者之间的夹角），对应不同的ΔU值。当θ=180o时，ΔU值最大，如果此时接通备用电源，其对电动机的冲击最大。
电动机重新合上电源时，电动机上的电压Um为：
（2-1）
式中
Xm—母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗；
Xs—电源的等值电抗；
U—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：
（2-2）
2.1 快速切换
在切换启动瞬间，装置检测母线与备用电源进线的角差、频差、母线电压在定值范围内，则启动快速切换，立即合闸出口。现场试验数据表明，母线和备用电源进线的相角差在60°内对与母线上的运行设备时安全的。在频差平均为1HZ时，由于开关固有合闸时间为100ms计算，合闸命令发出到合闸时，母线与备用进线相量间夹角增大了36°。因此，为保证快速切换成功，最好采用快速开关进行切换，并且装置发合闸指令时，即时测得的角差应当小于20 °。 2.2 捕捉耐受电压点准则切换
当工作电源跳闸被切除后，母线上的电动机组依靠惯性及转子剩磁转入异步电动机状态，母线上的残压的电压和频率逐步下降。母线残压相对于备用电源电压向滞后方向运动的角度θ不断增大，残压数值不断衰减，经过一段时间才衰减到零。由于备用电源投入时产生较大的冲击电流，并有可能导致备用电源速断保护动作而跳闸，使快速切换控制失败。SID-8BT-A 备用电源快速切换装置可以实时监测工作电源与备用电源的相角差θ及当时的U，并根据已采样的数据预测U的变化，在U在超过允许值之前，计算备用电源的合闸时间发出合闸命令完成备用电源的投入，从而确保母线上所有负载的安全和快速恢复运行。
2.3 捕捉首次同相点切换
工作电源开关因事故被切除后，母线电压及频率按一定规律衰减，衰减过程中，残压相对于备用电源电压每运动360°，就出现一次可能满足同相切换判据的合闸时刻点。该装置捕捉首次出现相角差为零时完成备用电源切换。SID-8BT-A备用电源快速切换装置具有恒定越前时间和恒定越前相位2种方式可选。当采用恒定越前相角方式时，即根据正常厂用负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度取决于该时的频差）和合闸回路的总时间，计算并整定出合闸提前角，快切装置实时跟踪频差和相差，当相差达到整定值，且频差不超过整定范围时，即发合闸命令，当频差超范围时，放弃合闸，转入残压切换。当采用恒定越前时间方式时，即完全根据实时的频差、相差，依据一定的变化规律模型，计算出离相角差过零点的时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令。
2.4 残压切换
当母线电压下降至20%～40%额定电压时实现的切换称为“残压切换”，残压切换作为首次同相点切换的后备功能，以提高厂用电切换的成功率。其合闸时无须判断相角和频率差，这是一种后备切换方式。残压切换虽能保证备用分支电源投入，但是由于停电时间过长，很多设备已自动或被低压保护被切除，其他设备自启动条件恶化。需要注意的是，不同的系统容量和备用变压器容量都会影响冲击电流值。
2.5 长延时切换
如果装置在整定的时间结束之前无法进行上述的任何一种切换方式，该装置将执行长延时切换，这种切换方式仅仅是作为一种最后的备用切换方式。当某些情况下，母线上的残压有可能不易衰减，如果这时残压定值设置不当，可能会推迟或不再进行合闸操作。因此在该装置中另设了长延时切换功能，作为以上切换的总后备。
3 SID-8BT-A 备用电源快速切换装置的其他功能
（1）弧光保护闭锁备自投功能
本机组6kV母线开关配置弧光保护，弧光保护发生时自动闭锁快切装置。
（2）低压减载功能
本装置可提供两段式定时限低压减载出口功能。母线电压衰减时，逐级切除部分非重要辅机，以保证重要辅机能正常自起动。
（3）使用励磁涌流抑制技术支持启备变冷备用
当启备变作为暗备用时，快切装置动作后，启备变高压侧开关合闸时产生的励磁涌流将有可能导致变压器保护误动。因此大部分电厂将启备变作为明备用，此时，启备变的空载损耗将十分可观。本机组的同期快切装置中采用了涌流抑制的技术，通过对启备变剩磁及偏磁的精确控制，实现在空投启备变时产生的偏磁抵消原来磁路中的剩磁，进而根除了空投启备变时因磁路饱和引起的励磁涌流，保证快切装置可以在启备变冷备用时投入备用电源。
4 结语
本文阐述了茂名臻能热电有限公司#7机组的备用电源快切装置的切换方式、快切原理以及运行中需注意的事项。本机组的SID-8BT-A 备用电源快速切换装置能够满足切换速度与切换安全性的双重要求。
参考文献
[1] 师淑英，赵福军.厂用电源快切装置原理及切换中注意问题.