厂用电源快切装置原理及切换中注意问题

洛阳理工学院

电力系统自动装置课论文

论文题目：厂用电源快切装置原理及切换中注意问题

班级：B120431班

姓名：余永潮

学号：B12043120

完成日期：2013-11-13

《电力系统自动装置》课程论文评分表

目录

摘要 (2)

引言 (2)

第一章快速切换、同期判别切换、残压切换及长延时切换原理说明 (3)

1.1 快速切换 (5)

1.2 同期判别切换 (6)

1.3 残压切换 (6)

1.4 长延时切换 (6)

第二章厂用电源快切装置原理说明 (7)

2.1正常手动切换功能 (7)

2.1.1 手动并联切换 (7)

2.1.2 手动串联切换 (8)

2.2 事故切换 (8)

2.3 非正常工况切换 (8)

2.4 低压减载功能 (9)

第三章切换当中应注意的问题 (9)

3.1采用快速切换及同期判别的目的 (9)

3.2初始相角 (9)

结论 (10)

参考文献 (10)

摘要

本文介绍了厂用电源快速切换装置中快速切换，同期判别切换，残压切换、长延时切换的原理以及在定值整定和切换中应注意的问题。

关键词厂用电源快速切换、同期判别切换、残压切换、长延时切换

引言

发电厂中，厂用电的安全可靠直接关系到发电机组、电厂乃至整个电力系统的安全运行。以往厂用电切换大都采用工作电源的辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入。这种方式未经同步检定，电动机易受冲击。合上备用电源时，母线残压与备用电源电压之间的相角差已接近180°，将会对电动机造成过大的冲击。若经过延时待母线残压衰减到一定幅值后再投入备用电源，由于断电时间过长，母线电压和电机的转速均下降过大，备用电源合上后，电动机组的自起动电流很大，母线电压将可能难以恢复，从而对电厂的锅炉系统的稳定性带来严重的危害。

微机型备用电源快速切换装置是专门为解决厂用电的安全运行而研制的。采用该装置后，可避免备用电源电压与母线残压在相角、频率相差过大时合闸而对电机造成冲击，如失去快速切换的机会，则装置自动转为同期判别或判残压及长延时的慢速切换，同时在电压跌落过程中，可按延时甩去部分非重要负荷，以利于重要辅机的自起动。提高厂用电切换的成功率。

第一章快速切换、同期判别切换、残压切换及长延时切换原理说明

图1所示为厂用电系统的某一段接线图，图2为电动机切换时的等值电路图。

图１厂用电系统的某一段接线图

图2 电动机重新接通电源时的等值电路图和相量图

（a）等值电路图（b）相量图

Us—电源电压；Ud—母线上电动机的残压；Xs—电源等值电抗；Xm—母线上电动机组和低压负载的等值电抗（折算到高压厂用电压）；ΔU—电源电压与残压之间的差拍电压。

由图1所示，正常运行时，厂用母线电源由发电机端经厂用高压工作变压器提供，备用电源由电厂高压母线或由系统经起动/备用变提供。当发电机组保护动作或工作电源侧故障时，工作分支开关1DL 将被跳开，此时连接在厂用母线上的旋转负载部分电机将作为发电机方式运行，部分电机将惰行，此时母线上电压（残压）的频率和幅值将逐渐衰减，此时如备用电源2DL 及3DL 合上，不可避免地将对厂用母线上的电机造成冲击，严重威胁厂用旋转负载的自起动及安全运行。图2所示为电动机重新接通电源时的等值电路图和相角图，从图中可以看出，不同的θ角（电源电压和电动机残压二者之间的夹角），对应不同的ΔＵ值，如θ=180o 时，ΔＵ值最大，如果此时重新合上电源，对电动机的冲击最严重。根据母线上成组电动机的残压特性和电动机耐受电流的能力，在极坐标上可绘出其残压曲线，如图3所示。

电动机重新合上电源时，电动机上的电压Um 为：

Xm Xs Xm

U Um +∆= （4－1）

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 ： De U Xm Xs Xm U Um 1.1=+∆= （4－2） 则：

Xm Xs Xm

U U De +=∆1.1

令： Xm Xs Xm

K += 则：K U 1.1(%)=

∆ （4－3）

图3 电动机的残压特性曲线和电动机耐受的冲击电流确定的允许极限假设K＝0.67，计算得到△U（％）＝1.64。在图3中，以A点为圆心，以1.64为半径绘出A’-A’’圆弧，其右侧为电厂备用电源合闸的安全区域。在残压特性曲线的AB段，实现的电源切换称为“快速切换”即在图中B点（0.3秒）以前进行的切换，对电机是安全的。延时至C点（0.47秒）以后进行同期判别实现的切换称为“同期判别切换”此时对电机也是安全的。等残压衰减到20％～40％时实现的切换，即为“残压切换”。为确保切换成功，当事故切换开始时，装置自动起动“长延时切换”作为事故切换的总后备。

1.1 快速切换

式（4－3）中的K值，与机组负荷有关，负荷轻时，会切除一些辅机。切除部分电动机后，Xm增加，K值也增加，△U则减少，此时在图3中，以较小的△

U（％）画出的圆弧就向A’-A’’曲线右侧移动,如图中的B’-B’’曲线。据有关资料分析，按K=0.67作出的允许极限是最危险的，因此K值应该取一个较大的数值，对同期判别及其他慢速切换，△U（％）取110％；对快速切换，△U （％）取100％；如取△U（％）＝100％则从图3可看出此时残压与备用电源之间的相位差约为65O，此时如开关的固有时间为100mS，则合开关的指令约需提前40 O 左右，即残压向量与母线电压向量夹角为25 O 以内时实现的快速切换对电机是安全的。

1.2 同期判别切换

在厂用电源快速切换装置中，厂用电源母线电压（事故切换时为残压）的采样采用了自动频率跟踪技术，各电源电压的频率、相位及相位差采用软件测量，使得残压幅值计算的准确性及各相位计算的准确性、可靠性得到了有效地保证。在同期判别过程中，装置计算出目标电源与残压之间相角差速度及加速度，按照设定的目标电源开关的合闸时间进行计算得出合闸提前量，从而保障了在残压与目标电压向量在第一次相位重合时合闸。减小了对厂用旋转负载的冲击。

设某时刻残压与目标电源角差速度为 VO/mS ;加速度为 aO/mS2 ;目标电源开关的固有合闸时间为TmS ;

则：目标开关发合闸指令的提前角度为：

θ＝V×T + 0.5×a×T2

设当前残压与目标电源之间相位差为ψ，则条件：

|360-(ψ+θ)|≤ξ；

ψ≥180O 且第一次过反相点；

ξ为一固定小值；

同时满足时，装置发合目标电源开关指令，实现同期判别切换功能。

1.3 残压切换

当母线电压（残压）下降至20％～40％额定电压时实现的切换称为“残压切换”，该切换可作为快速切换及同期判别功能的后备，以提高厂用电切换的成功率。

1.4 长延时切换

当某些情况下，母线上的残压有可能不易衰减，此时如残压定值设置不当，