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厂用电块切装置工作原理与应用
摘 要：在当电厂中,快切装置的切换效果直接影响厂用电系统的稳定性.所以,了解快切装置的工作原理、切换方式、应用条件及应用环境,并提供有利的应用条件及应用环境,保证发电厂电源切换的成功率,进而保证发电厂的正常运行.基于此种认识,本文主要阐述了快切装置的主要切换方式及其工作原理,并介绍了快切装置必要的应用条件及应用环境,旨在提高快切装置在切换过程中的成功率,对于维持发电厂稳定运行具有一定的意义.
关键词：快切装置 应用条件 应用环境
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）08-0241-01
引言
发电厂厂用电源切换多采用工作电源开关辅助接点联动备用电源投入.采用此方法存在很多问题,当备用电源开关合闸瞬间若厂用点系统反馈电压与备用电源电压间相角差大于30度,极限情况可能为180°,此时备用电源开关合闸瞬间势必对备用电源、母线、电动机造成合闸冲击.如采用延时切换、短延时切换方式,由于种种因素,未必可靠保证躲过反向点而切换成功.若待母线残压衰减到一定幅值后再投入备用电源,则由于母线断电时间过长,母线电压和电动机转速下降幅度很大,将严重影响机组安全运行.此时,在低电压保护的作用下,一部分辅机将退出运行.即使切换成功备用电源合闸,成组电动机的巨大自启动电流,会继续拉低母线电压,从而导致电动机自启动困难,情况进一步恶化.因此,对于从事发电厂行业的管理者,了解快切装置的工作原理及切换方式,以便更好地应用快切装进行厂用电切换,进而保障发电厂的的稳定运行.
一、快切装置的切换方式及原理分析
快切装置常被应用在电厂的供电系统中,指的是发电厂厂用电电源快速切换装置,简称为快切装置.从本质上来讲,应用在厂用电系统中的快切,其作用是为了使工作电源、备用电源得以迅速而可靠的切换,从而保证供电的正常,进而避免因电源切换而使某些设备受损.厂用电源切换的方式可按开关动作顺序分类,也可按启动原因分类,还可按切换速度进行分类.
1.按工作电源开关、备用电源开关的动作顺序分类（以工作电源切换至备用电源为例）
1.1并联切换：并联切换过程中,备用电源开关先合闸,工作电源、备用电源短时间并联,工作电源开关再跳开,在启停机是的厂用电电源切换多用此方法.属于正常切换方式,并联方式分为两种：并联自动切换和并联半自动切换.
1.2 串联切换：串联切换过程中,确认工作电源开关跳开后,备用电源开关再合闸.备用电源开关合闸前母线瞬时断电.事故切换时大多采用这种方式.
1.3 同时切换：同时切换过程中,备用电源开关合闸命令在工作电源开关跳开命令发出之后、工作电源开关跳开完成之前发出.同时切换方式介于并联切换和串联切换,母线断电时间远小于串联切换.由于这种方式介于并联切换和串联切换所以既可用于事故切换,也可以用于正常切换.
2.按快切装置启动原因分类
2.1正常（手动）切换：正常（手动）切换手动启动,既可以由备用电源切换至工作电源,也可以由工作电源切换至备用电源,是双向的.快切装置启动后,将按照已经设定的手动方式（并联、同时）进行切换.
2.2事故（自动）切换：事故（自动）切换在保护出口动作后,且仅由工作电源切换至备用电源,是单向的.当厂用变、发变组及其他保护出口动作工作电源开关跳开是,快切装置启动进行切换,将按照已经设定的自动方式（串联、同时）进行切换.
2.3 异常情况（自动）切换：快切装置监测到厂用电系统运行异常情况后,自动启动,且仅由工作电源切换至备用电源,是单向的.异常情况主要指母线失压及工作电源开关误跳两种,母线饰亚是指母线电压低于整定电压且经过整定延时,快切装置启动,并按已经设定好的方式进行切换.工作电源开关误跳后其辅助接点起动快切装置,满足切换条件后进行厂用电切换.
3.按快切装置切换速度分类
3.1快速切换：工作电源为厂用母线供电是发电厂厂用电系统正常运行方式,当工作电源故障,母线负载所合成反馈电压称为母线残压,当残压的频率和幅值将逐渐衰减到临界值时,快切装置进行快速切换,保证厂用电系统稳定运行.
3.2 同期补捉切换：厂用电系统需要切换电源时,快速切换方式未成功动作,母线电压未大幅度下降之前,快切装置以残压的频差和相角差变化作为快切装置动作的判据,在母线残压衰减到65％－70％时用电源电压向量与母线电压向量在第一次相位重合时,备用电源开关合闸完成厂用电切换.从而保证备用电源和母线最小的冲击,且母线所带的电动机转速下降不大,这种方式称为“同期补捉切换”.
3.3残压切换：厂用电系统发生故障,快切装置快速切换方式、同期捕捉切换方式均未成功动作,致使母线长时间失电.母线电压大幅下降,直到残压衰减到20%--40%快切装置动作切换成功,此时的切换称为“残压切换”.厂用电成功切换后由于母线失电时间过长仅能保证电动机的安全,电动机的自启动受到限制.
二、快切装置在电厂中的应用
厂用母线所带负载的特性直接影响母线残压特性曲线的衰减时间、速度.实际运行中快切装置的参数需要通过调试设定.另外系统接线方式、系统故障类型及系统开关特性等因素也影响快切装置切换成功与否.系统接线方式的影响最明显,有的电厂,厂用变电源取自发电机出口,而备用变电源取自系统外变电站,厂用电系统工作电源电压与备用电源属于两个系统,存在初始相角差,客观条件上无法实现快切装置的快速切换,需要启动快切装置的同期捕捉切换方式；有的电厂,厂用变电源取自发电机出口,而备用变电源取自本厂变电站,由于是一个系统,所以不需要进行处理,两路电源就是同期的,相角差为0,所以在厂用电切换过程中快切装置快切方式可靠动作.系统故障类型则决定了保护的动作时间、开关的动作顺序,从而影响厂用电系统母线电压的频率、相角和幅值变化.系统开关特性指的是,开关的固有动作时间,也将影响频率、相角等的变化.
因此,快切装置需要满足一下必要的应用条件才能保证快切成功.首先,电厂的厂用电系统中必须设计有独立的工作电源和独立的备用电源.正常运行时,两个独立电源间的电压相角差不超过20-30度.另外,系统还要配备相应的快速开关,开关的跳合时间应小于80ms.最后,为了保证供电系统的稳定运行,还需配备快速动作的保护继电器.
但快切的切换时间在一定范围即可,并不是越短越好.减小切换时间涉及到两个方面,一是减小开关固有跳闸时间,二是减小快切装置固有动作时间.开关固有跳合时间当然越短越好,尤其是备用电源开关的固有跳合时间.但实际上,一般厂用电系统快速开关固有跳合时间均在80至100ms,均能满足快切要求.这种情况下,母线电压降落、自起动电流、冲击电流及电机转速下降等因素对机组运行影响不大,因此对开关跳合时间不必过分要求.另外,快速切换初期频差和相位差的变化缓慢,开关跳合时间提高10ms,相位差仅减小几度.对机组运行影响不大,但设计难度增加,资金投入增大.减小快切装置固有动作时间主要包括减小硬件固有动作时间和软件运行最小时间.减小硬件固有时间包括减小开关量输入、输出及继电器固有动作时间.软件运行最小时间指的是完成测量、判断、执行的最快时间.与开关一样,过分追求软件运行最小时间是不必要且不可取的.就目前硬件制造水平,进一步减小软件运行最小时间意味着采用光藕隔离替代继电器隔离环节.从软件来说,需要对开关分闸时灭弧引起的暂态进行计算及开关量测量输入时的去抖等处理.去掉这些环节虽能减小软件运行最小时间,但几毫秒的提升机组运行影响不大,对快切装置动作准确性和可靠性来说也许是致命的.
想要使快切装置正常运行,除了满足以上必要的应用条件,还要注意快切装置的电源、复归和快切装置的温度、湿度等应用环境.首先,保证快切装置运行的电源要可靠.最好装置两路供电电源,并做有快切装置电源的监视系统,进而保证快切装置供电正常可靠.其次,快切装置在操作完毕后,需要进行及时的复归,并检查装置复归状态.快切装置正常切换或是是事故切换,不进行快切装置的复归,在下一次切换电源时快切装置就不能正常的应用.再者,快切装置需要在一定的温度、湿度下进行工作.所以,通过电加热装置、风扇系统等控制快切装置的工作温度、湿度环境从而保证快切装置应用环境,进而保证装置运行正常,并延长使用寿命.
总而言之,作为发电厂电源切换的重要装置,快切装置的应用效果对厂用电系统的正常运行起到了至关重要的影响.从快切装置的快切方式和应用原理上可以看出,快切装置可以有效提高厂用电系统运行的安全性,是避免电母线失电的有效手段.而想要使快切装置的应用效果得到进一步的提升,就要为装置提供恰当的应用条件和应用环境,从而正确的应用快切装置.因此,了解发电厂快切装置的工作原理及应用问题,提高快切装置在切换过程中的成功率,对于维持发电厂稳定运行具有一定的意义.
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