快速切换装置在电力系统上应用分析

快速切换装置在电力系统上应用分析

李丽华

（大庆炼化公司工程造价部163411）

摘要：近几年，炼化公司在许多6千伏变电所安装了快速切换装置，通过介绍电力系统的切换方式及启动模式，比较备用电源自动投入装置、快切装置功能特点，综合分析快切装置在炼化企业的应用优势，以利于更好的提高供电可靠性，保证装置安全平稳运行。

关键词：备用电源自动投入；快切装置；母线残压；电源；切换；同期；角差

一、前言

6千伏电力系统多采用备用电源自投入装置（BZT），当其中一段电源失去电压，备用电源自投入装置(BZT)动作，将正常带电的另一段电源引入，可基本防止电压下降或完全断电，以提高供电安全，保证装置相对平稳运行。但是备用电源自投入装置动作时间较长，成功率较低，一旦系统电压波动，会造成整个生产线波动、设备损坏、甚至长时间的设备停电，无法保证不影响装置平稳运行。几年来，随着科技的不断进步，快速切换控制装置技术日渐成熟，能够有效解决上诉问题，相比备电自投装置它能够快速自动切换到备用电源，成功率高，保证了不间断的供电，可以有效防止大机组辅机的停机，从而保证装置相对平稳运行。

二、电源切换理由

炼化企业的高压电动机容量较大且数量较多，当电源中断时，母线在一段时间内会存在一定的残压并缓慢衰减，频率也会随着转速降低而缓慢下降。此时虽然电源中断，但是由于高压电机及其负载的机械惯性作用，电动机在较长时间内依然可以维持继续旋转，这时的电动机就相当于异步发电机在运行。如果备用电源投入的时机不正确，将产生很大的冲击电流，直接作用于电动机，不但影响了电动机的使用寿命，甚至可能导致切换失败造成电源中断，后果十分严重。因此，电源切换必须根据系统的残压衰减特性，选择合适的切换时机。

三、电源切换必须具备的外部条件

为能成功地进行系统的电源切换，必须具备以下3个条件：

(1)应具备源于同一系统的两个独立的供电电源：工作电源和备用电源（对于我厂可将6千伏系统的两段互为备用电源）。正常运行情况下两个电源电压之间允许有一定的相角差，但一般不宜大于20°。

(2)应具备快速动作的断路器。

(3)应配备快速动作保护继电器。

四、电力系统常见的切换方式

电力系统常见的切换方式有三种：

1、并联切换

按“先合后断”的原则，先合上备用电源开关，两电源短时并列，经一定延时后，发跳闸指令，跳开工作电源开关，但是如果在切换过程中，机组或工作电源发生故障，由于电源的并列，将加剧故障，扩大事故范围，因此，并联切换禁止使用于事故切换，但是手动切换过程中仍可能存在上述风险。

2、串联切换

按“先断后合”的原则，先跳工作电源开关，确认工作开关跳开后，再发合闸指令，合上备用电源，串联切换切换时间长，一般都在150ms以上，因此切换对系统和设备造成的冲击较大，而且由于允许切换的条件之一是工作电源的成功分闸，其辅助接点的可靠性很可能是导致切换失败的因素之一。备用电源自动投入装置就是采用串联切换方式。

3、快速切换

按“同时断合”的原则，同时发出断路器的分、合闸指令，系统实际无流时间仅为断路器合、分闸时间之差，一般不超过15ms，所以快速切换可达到极短的切换时间，满足系统对冲击电流的要求，切换成功率高，安全性好。

五、备用电源自动投入装置特点

备用电源自动投入的基本特点是：

(1)只有在工作电源确实被断开后，备用电源才能投入；

(2)备用电源自动投入中备用电源故障，应闭锁备用电源自动投入；

(3)备用电源自动投入延时应大于最长的外部故障切除时间，即为了躲过母线电压短暂下降；

(4)人工切除工作电源时，备用电源自动投入装置不应动作；

(5)备用电源不满足有压条件时，备用电源自动投入装置不应动作。

(6)工作母线失压时还必须检查工作电源无流，才能启动备用电源自动投入，防止电压互感器二次三相断线造成误投。

六、快速切换装置的功能特点

快切装置一般包括快速切换、首次同期点切换（也称同期捕捉切换）、残压切换和延时切换4项功能。切换装置设计的基本原则是尽量减小切换过程产生的冲击电流，其中最主要而且最理想的是快速切换，所以机组正常启停的切换以及故障时的切换必须首先采用快速切换，除非快切失败，才继续执行备用切换模式。需要特别指出的是，切换装置的所有4种切换模式是在同一时刻同时启动的，即4种不同的逻辑程序同时运行。

正常运行情况下，由于快速切换装置连续监视厂用母线电压与备用电源的电压、频率和相位，同时监视断路器的控制回路，当接到启动命令时，若快切的逻辑条件满足要求，立即执行快切功能，所以在实际应用中，快速切换的成功率几乎达到100%。

七、快速切换装置与备用电源自动投入装置比较优势

快切装置有手动启动、保护启动、低电压启动三种启动方式，其综合优势如下：

（1）装置按双向对称进行设计，即可从工作电源切换到备用电源，也可以从备用电源切换到工作电源。

（2）切换装置具备自动解列功能，在切换过程中，如出现工作断路器拒跳而导致两电源并列，将自动解列系统。

（3）切换装置提供远方、就地的投退功能，并可通过通信接口与后台综合自动化系统连接。

（4）支持国际通用的如MODBUS通信规约。

（5）切换装置有灵活的PLC功能，功能改变简单方便。当系统容量太大时，可自动减载。

（6）切换装置具有录波功能，可录制切换过程的母线电压、工作电源与备用电源的电压、工作电源及备用电源的电流等8个模拟量以及可根据用户定义的32个开关量。

（7）切换装置具备在线监视和测试功能，所有功能均可通过灵活的编程方式实现。用户界面友好、简单，且能动态反映开关状态及各种信号，测量值。

备用电源自动投入装置虽然也可以实现电源切换，但是快切装置的以上功能明显比备用电源自动投入装置更具有优势，相同条件下快切装置替代备用电源自动投入装置势在必行。

八、结束语

综上所述，电源切换的关键是：根据系统的残压衰减特性选择最合适的切换时机，用最短的时间实现成功切换，为保证电源的成功切换且不产生大的冲击电流，备用电源的断路器最合适的合闸时间选择至关重要，快切装置可以较好的控制备用电源的断路器选择最合适的合闸时间。快速切换装置在切换时机和时间上都比备用电源自投入装置更先进。随着社会经济的快速发展，相信快速切换装置将替代备用电源自投入装置，不断进步更新，未来的切换装置将实现高科技、智能化，更加可靠的帮助电力系统实现安全平稳运行。随着数字技术、集成化技术和机电一体化技术的广泛应用，电气人也将更好的掌握电气切换的特性，使系统更加稳定，也使用电装置运行更加平稳。