快速电源切换装置在水泥厂供电系统的应用.pdf

李晓涛，等：快速电源切换装置在水泥厂供电系统的应用电气控制中图分类号：TQ172.6快速电源切换装置在水泥厂供电系统的应用文献标志码：B文章编号：10 0 7-0 3 8 9(2 0 2 3)0 4-53-0 3【D0110.13697/ki.32-1449/tu.2023.04.020李晓涛，王婷婷，韦陶（1.中国中材国际工程股份有限公司（南京），江苏南京2 1110 0;2.南京科电新锐电力技术有限公司，江苏南京2 1110 0)摘要：本文概述了快速电源切换装置的基本工作原理，分析了其优越性，并通过在水泥厂供电系统的实际应用，用现场的测试报告和用户的应用体验来验证该装置的运行效果。关键词：快速电源切换装置；水泥厂电源系统；供电可靠性Application of fast power wwitchingdevice in cementplant power supply systemLi Xiaotao,Wang Tingting,Wei Tao(1.Sinoma International Engineering Co.,Ltd.(Nanjing),Nanjing,211100,China)Abstract:This article summarizes the basic principle of the Fast Power Transfer,analyzes its advantages,and verifies the operation ef-fect of the application through the on-site test report.Key words:fast power transfer;power supply system of the cement plant;reliability本文中列举的案例就是国产快切装置在水泥行业的1主、备电源切换问题实际应用。目前部分水泥厂的总降压站内中压配电系统采用两路电源进线，按单母线分段，中间加母联开关配置。如下图1所示。进线11DL母线1图1电气主接线在母线段1及母线段2 上，分别给水泥磨、原料磨、破碎机、窑头、窑尾等电气室配电。常规的运行模式为：1DL、2 D L闭合，3 DL断开，母线1段及母线2段均带负荷分列运行，当进线1或进线2 电源出现故障时，保护装置自动断开故障进线的电源开关后，手动或者由备自投装置自动闭合母联开关。运行经验表明，备自投装置起动慢、合闸时间长，切换动作经常会引起高低压电动机跳停，给生产的经济性和安全性均带来了巨大隐患，因此如何解决主、备电源的切换问题，维持电源系统供电的可靠性是保证水泥厂安全经济运行的基础条件。2快速电源切换装置的介绍快速电源切换装置(HighSpeed PowerTransfer)（下文简称快切装置）概念最早由ABB公司提出，设备都靠国外进口。近年来国内电气设备技术研发和制造工艺得到长足的发展，一些知名公司的快切产品也陆续投产使用，并在各行业中得到广泛应用。水泥工程2023年第4期2.1装置基本工作原理装置通过采集进线1、进线2、母线1、母线2 的PT电压,母线1、母线2 的CT电流，1DL、2 D L、3 D L的开关状态,判断各设备的运行及故障状态,从而控制进线21DL、2 D L、3 D L的分合闸。系统运行有三种模式：(1)1DL、2 D L合闸,3 DL分闸（两路进线电源正2DL常时）；3DL母线2(2)1DL、3 D L合闸,2 DL分闸（进线2 电源故障或检修时);(3)2DL、3 D L合闸，1DL分闸（进线1电源故障或检修时)。2.2装置技术特点（1）高集成的硬件及友好的人机界面；（2）具备失压起动、保护起动、误跳起动、无流起动、逆功率起动、手动起动等多种起动方式；（3）具备并联、串联和同时切换方式；（4）具备快速切换、同期捕捉切换、残压切换等合闸方式；（5）完备的切换闭锁功能。2.3装置的采样（1）模拟量：进线1开关上口电压PT，进线2 开关上口电压PT,母线段1电压PT,母线段2 电压PT，母线段1电流CT,母线段2 电流CT；（2）开入量：1DL、2 D L、3 D L位置信号，手动/保护起动信号，保护闭锁信号；（3）开出量：1DL、2 D L、3 D L合分闸信号。2.4装置的起动方式-53-电气控制李晓涛，等：快速电源切换装置在水泥厂供电系统的应用起动方式指切换动作的条件，本装置满足手动及各种保护动作的起动。在母线分段运行方式下，各种起动方式以及运行状态之间的转换详见图2。2.5切换方式（装置起动后的开关动作顺序）（1）并联切换。并联切换表示主、备电源有短时并联，而且只能通过手动起动方式触发。如图1所示，以从1DL并联切换到3 DL为例。手动起动后，装置将自动检测开关两侧的频差、相差、压差是否满足并列切换条件。若满足切换条件，装置先闭合3DL开关,经延时后再断开1DL。如在这段延时内，刚闭合的3 DL被断开（如保护动作），则不再断开1DL,避免扩大故障范围。如果1DL拒动,则装置会断开3 DL开关，避免两个电源长时间并列运行。若不满足切换条件，装置将立即闭锁并进入等待复归状态。并联切换方式适用于正常情况下同频系统的两个电源之间的切换，可用于进线检修时的人工倒闸或故障后手动恢复。(2）串联切换。如图1所示，以从1DL切换到3DL为例。装置起动后，先断开1DL开关，在确认1DL断开状态后，再根据合闸条件发出闭合3 DL命令。如果1DL拒动,则装置不再闭合3 DL。串联切换有以下几种切换方式：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。串联切换多用于事故情况下自动切换。（3）同时切换。如图1所示，以从1DL切换到3DL为例。装置起动后，先发出断开1DL命令，经延时后根据合闸条件发出闭合3 DL的命令。如果1DL拒动，装置会断开3 DL开关，以避免两个电源长时间并列。与串联切换相比,同时切换不需要确认1DL的断开状态作为3 DL合闸条件，只需经过一个延时，即可发出3 DL合闸命令，使母线断电时间尽量缩短。同时切换有以下几种切换方式：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。2.6开关合闸方式（1）快速合闸。快速合闸是最理想的一种合闸方式，既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多。在并联切换方式下，实现快速合闸条件为：母线和待并侧电源压差 并联切换压差，频差 并联切换频差，相差 并联切换相差。在串联或同时切换方式下，实现快速合闸的条件为：母线和待并侧电源频差ldfl快速合闸频差，相差 快速合闸相差。(2)同期捕捉合闸。当快速合闸不成功时，同期捕捉合闸是一种最佳的后备合闸方式。同期捕捉合闸的原理是实时跟踪母线电压和备用电压频差和角差的变化，以同相点作为合闸目标点。（3）残压合闸。当母线电压衰减到2 0%40%时，,完成的合闸称为残压合闸。残压合闸虽能保证进线1正常运行态进线2U1U23DL分1DL合2DL合开入手动切换2 闭合进线2 保护起动母线2 失压起动2DL误跳起动进线2 无流起动开入手动切换1闭合4进线11L误跳起母线1进线1进线1开入U1U21DL分3DL合进线2 带两段母线运行-54-进线1保护起动率起进线2母线1失压起动进线1逆功1DL误跳起动进线1无流起动进线1逆功率起动进线2 保护起动母线1失压起动2DL合2DL误跳起动进线2 无流起动进线2 逆功率起动图2 运行状态转换模式水泥工程2023年第4期进线2 逆功率起动开入手动切换2 闭合U11DL合进线2U22DL分3DL合进线1带两段母线运行李晓涛，等：快速电源切换装置在水泥厂供电系统的应用电气控制电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动不一定成功。残压合闸的实现条件为：母线电压 残压合闸电压幅值。2.7切换功能图经过上述对装置的起动方式、切换方式、合闸方式的介绍，总体的切换功能总结如图3 所示。手动保护逆功率无流起动失压误跳起起动起动起动频压异常起动起动起动动方式切换屏联切换方式合闸方式3系统运行的效果及结论在刚果金GLC项目中,水泥厂的电气总降一次系统（如图1所示)由两路进线、两段母线、母联开关组成，试验前，进线1给母线1段供电，进线2 给母线2段供电，母联开关分开。我们模拟进线1电源故障，电源切换装置动作后，通过闭合母联开关，实现了由进线电源2 通过母联开关给母线1段供电。在#1母UAd000.5#2母UAd0-0.502串联切换同时切换串联切换快速合闸1、快速合闸2、同期捕捉合闸3、残压合闸图3 切换功能图0.10.1两段电压载01200.5#1母电压0-0.5100.10.20.30.4 0.5 0.60.7 0.80.910.5#2母电压0-0.5100.10.20.30.40.50.60.70.80.92两段电压筹10.20.2To0.10.2图5同期捕捉合闸录波0.30.30.30.40.40.40.50.50.50.60.6L0.60.70.70.70.80.80.811试验中，我们分别采用了快速合闸、同期捕捉合闸、-1残压合闸的方式，进行了三次录波，每次试验录波都录取了三个波形，记录的电压波形分别为：母线1、母线2、两段母线压差。三次（三组)试验波形分别见图4 6。0.5#1母UAd0-0.5100.050.5#2母UAd0-0.500.050.5上两段电压寿0-0.5.100.05图4快速切换合闸录波-200.1 0.20.30.40.50.60.70.80.9图6残压切换合闸录波4结论通过以上试验及录波的数据显示，当进线电源1出现故障时，切换装置会根据母线1电压跌落的状况，能及时切换的备用电源。当采用快速切换方式0.10.150.10.150.10.1510.20.250.20.250.20.250.30.30.350.30.35水泥工程2023年第4期0.350.40.40.4时，电源切换的时间在50 ms内完成；当采用同捕切换方式时，电源切换的时间在3 10 ms完成；当采用残压切换方式时，电源切换的时间在7 3 0 ms完成。快速切换时间最短，对母线及其负载冲击较小。电源切换装置配置了以上的三种切换方式，极大提高了用电的可靠性。参考文献1杨冠城，电力系统自动装置原理(第五版)M:北京.中国电力出版社,2 0 12.(收稿日期:2 0 2 3-0 5-12)-55-