快切装置原理说明.doc

快切装置原理说明一 快切的作用：火力发电厂厂用电系统一般都具有两个电源：即厂用工作电源和备用（启动）电源，其典型接线如图1所示 。目前绝大多数大型机组火力发电厂都采用单元接线，正常运行时机组厂用电由单元机组供电，停机状态由备用电源供电，机组在启动和停机过程都必须带负荷进行厂用电切换。另外，当机组或厂用工作电源发生故障时，为了保证厂用电不中断及机组安全有序地停机，不扩大事故，必须尽快把厂用电电源从工作电源切换到备用电源。二 启动快切的模式1 正常手动切换功能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。它主要用于发电机起、停机时的厂用电切换。该功能由手动起动，在控制台或装置面板上均可操作。手动切换可分为并联切换及串联切换。1.1 手动并联切换（切换逻辑示意图见附图3）A 并联自动并联自动指手动起动切换，如并联切换条件满足要求，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。如果在该段延时内，刚合上的备用（工作）开关被跳开，则装置不再自动跳开工作（备用）开关。如果手动起动后并联切换条件不满足，装置将立即闭锁且发闭锁信号，等待复归。b 并联半自动并联半自动指手动起动切换，如并联切换条件满足要求，装置先合备用（工作）开关，而跳开工作（备用）开关的操作则由人工完成。如果在规定的时间内，操作人员仍未跳开工作（备用）开关，装置将发告警信号。如果手动起动后并联切换条件不满足，装置将立即闭锁且发闭锁信号，等待复归。注意：1：手动并联切换只有在两电源并联条件满足时才能实现，并联条件可在装置中整定。2：两电源并联条件满足是指：两电源电压幅值差小于整定值。两电源频率差小于整定值。两电源电压相角差小于整定值。工作、备用电源开关一个在合位、另一个在分位。目标电源电压大于所设定的电压值。母线PT 正常。1.2 手动串联切换（切换逻辑示意图见附图4）手动串联切换指手动起动切换，先发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，自动在发合闸命令前加所整定的延时以保证开关先分后合。 切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。需要注意的一个问题，由于厂用工作变压器和起动/备用变压器引自不同的母线和电压等级，它们之间往往有不同数值的阻抗及阻抗角，当变压器带上负荷时，两电源之间的电压将存在一定的相位差，此相位差通常称作“初始相角差”。初始相角的存在，使手动并联切换时，两台变压器之间会产生环流，如环流过大，对变压器是十分有害的。初始相角在20时，环流的幅值大约等于变压器的额定电流。因此当初始相角差超过20时，慎用手动并联方式（此时可采用手动串联切换方式）。2 事故切换事故切换指由发变组、高压厂变保护（或其它跳工作电源开关的保护）接点起动，单向操作，只能由工作电源切向备用电源。事故切换有两种方式可供选择。2.1 事故串联切换（切换逻辑示意图见附图5）由保护接点起动，先跳开工作电源开关，在确认工作电源开关已跳开且切换条件满足时，合上备用电源开关。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。2.2 事故同时切换（切换逻辑示意图见附图6）由保护接点起动，先发跳工作电源开关指令，不等待工作开关辅助接点变位，一旦切换条件满足时，立即发合备用电源开关命令（或经整定的短延时“同时切换合备用延时” 发合备用电源开关命令）。“同时切换合备用延时” 定值可用来防止电源并列。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。3 非正常工况切换非正常工况切换是指装置检测到不正常运行情况时自行起动，单向操作，只能由工作电源切向备用电源。该切换有以下两种情况。3.1 母线低电压当母线三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。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。3.2 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串联或同时切换。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。三 低压减载功能本装置低压减载只在装置进行切换时才会起作用。切换过程中的短时断电将使厂用母线电压和电动机转速下降备用电源合上后电动机成组自起动成功与否将主要取决于厂用母线电压此时若切除某些不重要辅机将有利于重要辅机的自起动本装置可有二段低压减载出口二段可分别设定延时以备用电源合上为延时起始时四 快速切换、同期判别切换、残压切换及长延时切换说明1母线残压特性 对于大容量火力发电厂，尤其是300MW及以上的机组，厂用电高压电动机的容量大且数量较多，当厂用电源中断时，由于高压电机及负载的机械惯性，电动机将维持较长时间继续旋转，且将转变为异步发电机运行工况，因此厂用电母线在一段时间内会维持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。图2 为典型的厂用母线电压衰减曲线。从图中可以看出，在厂用电源中断瞬间，母线残压的衰减量还不大，但残压与备用电源电压的矢量角差已开始拉开，如果备用电源投入的时机不当，将产生很大的冲击电流，直接作用于电动机，这不但影响了电机的使用寿命，甚至可能导致切换失败造成厂用电中断，其后果是十分严重的。因此，厂用电切换必须根据系统的残压衰减特性，选择合适的切换时机。根据实际运行经验得出，为保证厂用电的成功切换且不产生大的冲击电流，备用电源断路器最合适的合闸时刻是厂用母线残压与备用电源电压的相角差不超过30，即厂用电系统切换全过程在100ms以内。 图2 极坐标下的母线残压向量图 Vs备用电源电压 Vd厂用母线残压 DU差拍电压 A-A 与B-B为不同负荷情况下允许电源切换的边界 2快速切换 当母线电源中断后，立刻同时发出断路器的分、合闸指令，跳开工作电源，同时合上备用电源。厂用电快速切换时，母线残压和备用电源电压之间的相位差拉开不超过30，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。快速切换可达到极短的切换时间，切换全过程不超过100ms，完全满足系统对冲击电流的要求，安全性好。 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%。图3表示采用快速切换模式进行切换的波形图，从图中可以看到，厂用电母线的实际无流时间为12.5ms，且电气设备实际所受的冲击电流几乎可忽略。 图3 快速切换录波图 3同期切换当母线残压和备用电源电压相对旋转一周又回到同期点，这时角差为0，差压也较小，若在这一时刻合上备用电源，电气设备受到的冲击也较小，这种切换称为同期切换。切换装置根据采集的电压可计算母线残压向量相对于备用电源电压向量旋转到第一个同期点的时间，并设定备用电源合闸的导前时间。同期捕捉切换有两种基本方法：一种基于“恒定越前相角”原理，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，快速切换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。这种方法合闸角精确度不高，且合闸角随厂用负载变化而变化。另一种基于“恒定越前时间”原理，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。该方法能较精确地实现过零点合闸，且不受负荷变化影响。 需要说明的是同期捕捉切换之同期与发电机同期并网之同期有很大不同。同期捕捉切换时电动机相当于异步发电机其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场，而转子不存在外加原动力和外加励磁电流。因此，备用电源合上时，若相角差不大即使存在一些频差和压差定子磁场也将很快恢复同步，电动机也很快恢复正常异步运行。所以此处同期指在相角差零点附近一定范围内合闸合上。图4 为同期切换的录波图。从波形图我们看到，冲击电流比快速切换增大了许多，但还是在系统可接受的范围内。 同期切换录波图4 4残压切换当母线残压衰减到低于设定值时合上备用电源。一般来讲，当母线残压低于40的额定电压时进行切换，冲击电流已降到可接受的范围内，但需要注意的是，不同的系统容量和备用变压器容量都会影响冲击电流值。图5为残压切换的录波图。从波形图中可看到，差压包络线的周期逐渐减小，反映了电动机减速的过程，残压切换引起的冲击电流较大。5长延时切换发出切换指令后经过一定的延时后合上备用电源的切换方式，一般可设定1.5s的等待时间。 图5 残压切换的录波图 五 装置闭锁及报警功能1 保护闭锁当某些判断为母线故障的保护动作时（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 PT 断线闭锁当厂用母线PT 断线时，装置将自动闭锁低电压切换功能，发PT 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5 母线PT 检修压板及PT 位置接点闭锁功能快切柜内设有母线PT 检修压板，当该压板断开或母线PT 的位置接点断开时，装置将自动闭锁低电压切换功能，并发母线PT 检修信号。当检修压板接通且母线PT 位置接点6 装置故障装置运行时，软件将自动地对装置的重要部件如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。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，发开关8 去耦合由于在同时切换过程中，发跳工作开关指令后，不等待其辅助接点断开后就发合备指令，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起动信号，只能手动复归解除。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。10 起动后加速保护一般情况下，装设于备用分支的保护可以自动判断是否投入后加速保护。如果不能判断，则需通过快切装置发信来起动后加速保护。为此，装置提供一对空接点，一旦装置切换，合备用开关的同时，闭合该接点。在端子图上，该接点名称为“起动后加速保护”。