低压无扰动快速切换装置在石化行业的应用案例分析

U m = ΔU
式中
Xm XS + Xm
Xm— 电动机组负荷折算母线侧的等值电抗； Xs— 电源的等值电抗；
Δ 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：
U m = ΔU
则：
Xm = 1.1U De XS + Xm
ΔU = U De
5，结束语 某石化企业2012年采用DCM-633C快速切换装置，此装置可灵活适用于单母分段接线方 式、单母接线方式的电源切换系统。当任意一路进线电源失去时，DCM633C装置均能投入另
一侧进线电源。DCM633C已经历了数次事故切换和正常切换，动作正确率和切换成功率均达 100％，无一例误动、拒动、误发信，表现了该装置的高可靠性。 由于在设计和调试阶段，充分地考虑石化企业负荷情况，通过和我公司技术人员认真 沟通，做好了各种可能出现情况的模拟试验，在运行中严格运行管理，从多个石化现场投入 运行后的实际动作结果来看，装置均能正确动作，准确记录，运行维护简洁，确实提高了石 化企业供电可靠性、维护的便利性，为石化企业首选的无扰动切换控制方案。
1， 背景
石化行业是国民经济的支柱行业之一， 石化企业基本上是大型和特大型联合企业， 是国 家的重点企业。象乙烯系统，20 万吨/年的产能的为中型系统，大于 20 万吨/年规模的为大 型系统， 原来的中型乙烯系统经过改挖潜扩建大多都变成了大型系统， 原来 30 万吨/年乙烯 改扩建后都变成 60 万吨~90 万吨/年规模，成了特大型系统。 石化行业由于生产工艺流程的特殊性， 供电质量要求很好高， 电网公司供电或自备电厂 供电都会因故障或负荷冲击等原因，产生计划外停电、过电压或晃电等现象。因石化行业大 量电机负载特性， 非正常现象的发生往往会引起设备停运或空转、 工艺流程中断或危险发生， 甚至直接导致重大事故。 传统的厂矿企业供电用来提高供电可靠性的主要办法， 是进线系统采用双路或多路供电 如下图：
Baidu Nhomakorabea
规格不同的电机发电合成的复合电压， 传统备自投为检无压延时投切， 此时的低电压已经导 致电机自动失锁停机，需要再起动恢复生产，而此时生产工艺已经丢失，备自投装置的使用 效果并不甚理想。 实际中往往由于多台电机起动的冲击非常大， 每一台的冲击为额定的好几 倍，这样严重的导致切换后保护起动，导致切换失败，造成更大范围的停电，严重影响用电 可靠以及石化企业用电安全。 无扰动快速切换装置， 尤其对于石化企业存在大量的感应电动机的情况， 当需要快速切 换时可以从快速切换，同期切换，残压切换和延时切换中优选最佳的切换模式，完成无扰动 的投切。 所谓快速切换模式， 一般母线电压和备用线电压之间的相位差小于30°， 切换全过程也 小于100ms，完美的满足速切的要求。如果电机惰性形成的母线电压和备用线的相位差已经 超过了30°，合闸的任务则落到同期合闸模式上在下一个旋转周期有一个相位差为0的同期 点，该点压差几乎为零，此时合闸电气设备冲击很小，快切装置自动计算开关合闸的提前时 间，使得开关合上时最好在电压幅值和相位为0的一定范围内，确保合闸电流是在系统元件 可接受的范围内。 如果同期时间窗口也不具备这时投切模式落到残压切换， 一般按照检残压 30%时启动切换，此时冲击电流在元件可以忍受的范围内，当残压切换失去机会，最后一套 则按照备自投的延时切换方式， 在等待几秒的残压跌落后相当于备自投的投切延时时间， 而 后完成合闸。 以上四种切换模式是同时同步启动的，按照最优的顺序执行，确保无扰动进 行电源切换。 2，石化企业配电系统需求及分析 适用于石化企业配电必须保证以下的技术要求： 1， 进线、母联自适应 2， 具有手动切换、事故切换、异常切换（失压、开关误跳）功能 3， 并联、串连、同时三种切换顺序选择 4， 故障情况时，实现待合闸两侧的快速、同期捕捉、残压、长延时切换 5， PT断线告警 6， 备用电源失电告警 7， 开关异常闭锁 8， 合闸回路自动测时 9， 装置自检故障告警 10，分段开关电流保护（母联及自适应方式） 11，保护定值远方召唤和修改 12，故障录波 根据石化企业的运行要求，首先选择DCM-633型无扰动快速切换装置,该装置具有并联
AT1变压器 柴油发电机 AT2变压器
QF1
QF3
QF2
Ⅰ
QF4
Ⅱ
QF5
Ⅲ
图一、石化行业典型配电系统图 对大多数企业来说低压备自投装置可以满足使用要求。通过装设 DCM631 系列低压备自 投对进线分段以及发电机进项自动投切完全满足停电的自动恢复， 而石化企业往往装设有大 量的电动机负荷，而各电动机的容量、参数不一致，功率从几个千瓦到 100 多千瓦不等，失 电后电动机在短时间内将继续旋转,电动机转入发电机状态进行励磁发电，母线电压为多台
D
160
0.1S 0.7S
30
20
0 15
40
0 14
0.2S
50
B
图四、 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
60
70
80
90
100
110
120
13 0
' A
假设 K＝0.67，计算得到△U（％）＝1.64。在图四中，以 A 点为圆心，以 1.64 为半径 绘出 A’-A’ ’圆弧，其右侧为备用电源合闸的安全区域。在残压特性曲线的 AB 段，实现的 电源快速切换称为“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。 快速同期切换 在进线刚失电时，母线残压下降较慢，如图四中 A-B 段，在此段中，在装置发出合闸命 令前瞬间将实测值与整定值进行比较， 判断是否满足合闸条件。 由于快速切换总是在起动后 瞬间进行，因此压差、频差和相差整定可取较小值。若开关合闸时间在 100ms 左右，无扰动 装置可迅速合闸，实现 200ms 内的快速合闸。 同期捕捉切换 图中，过 B 点后 BC 段为不安全区域，不允许切换。在 C 点后至 CD 段实现的切换以前通 常称为“延时切换”或“短延时切换” 。前面已分析过，用固定延时的方法并不可靠。最好 的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化， 尽量做到在反馈电压与备用电源电压向量第一次 相位重合时合闸，这就是所谓的“同期捕捉切换” 。以图为例，同期捕捉切换时间约为 0.6S， 对于残压衰减较快的情况，该时间要短得多。若能实现同期捕捉切换，特别是同相点合闸， 对电动机的自起动也很有利，因此时母线电压衰减到 65%-70%左右，电动机转速不至于下降 很大，且备用电源合上时冲击最小。 无扰动电源快速切换装置能实时跟踪各电源电压的频率、 相位及相位差的变化。 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。减小了对石化企业旋转负载的冲击。 同期捕捉切换整定值有四个：压差、频率差、越前合闸时间、频差加速度闭锁值。频率 差整定可取较大值，越前合闸时间为断路器合闸时间，为了防止频率衰减过快，造成同捕功 能大于整周角合闸，当系统频率衰减较快，大于频差加速度闭锁值时，闭锁同期捕捉功能。 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 换可作为快速同期切换及同期捕捉切换功能的后备， 以提高电源快速切换的成功率。 残压切 换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等都将 受到较大限制。一般情况，残压衰减到 40%的时间约为 1 秒，衰减到 20%的时间约为 1.4 秒。 长延时切换（自动投入） 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，可能会推迟 或不再进行合闸操作。 因此在该装置中另设了长延时切换功能， 作为以上三种切换的总后备， 长延时切换必须投入。
I
等效电路图
相量图
图三、电动机重新接通电源时的等值电路图和相量图 Us-电源电压；Ud-母线上电动机的残压；Xs-电源等值电抗；Xm-母线上电动机组的等值 电抗；ΔU-电源电压与残压之间的差拍电压。 由图三所示，为一带大容量电机的进线系统。正常运行时，母线电源由进线一提供，进
线二处于备用状态。当进线一保护动作或者进线一失电时，工作分支开关 1QF 将被跳开，此 时连接在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，如果备用电源 2QF 合上，不可避免地将对母线上的 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。 图三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，如图三所示。 电动机重新合上电源时，电动机上的电压 Um 为：
400V 快速切换装置在石化行业的应用
转永胜（南京国高电气技术中心，江苏 南京 211106）
【摘要】：简要概述石化系统配电系统的结构模型，DCM633系列无扰动快速切
换装置在石化配电系统的工作过程，分析无扰动装置的特点和工作过程分析，低 压快切装置在石化行业的系统安全以及生产保障的意义
【关键词】低压无扰动快切、低压备自投、电源快速切换
2，DCM-633C低压无扰动快速切换装置工作原理分析 典型的进线结构如下图两种方式， 无论哪种方式对于无扰动快切来说其控制原理和策略 基本相同。
进线一 进线二 进线一 进线二
1QF 2QF 母线
1QF 2QF 母线
图二、 进线方式系统接线图
ΔU Xs QF Xm
Ud
Us
θ
ΔU Irm
Irs
Us
Ud
参考文献
[1] 郭超杰.石油化工行业低压配电技术应用的质量控制[J]; 2013年12期 [2] 张磊;刘君.大型石化企业配电系统电气节能研究[J];电气应用;2013年23期 [3] 发改委.电厂厂用电源快速切换装置通用技术条件（DL/T 1073-2007）[s]中国电力出版社 [4] 国高电气公司. DCM633低压无扰动快速切换装置说明书V2.3版 2012.
串联同时切换的功能， 考虑有母联和没有母联的工作模式需要自动适应， 由于该系列产品内 部由PLC模块构成，逻辑的修改相对简单，只需要完整的逻辑试验系统模拟即可，确保每一 个动作对象闭环采集，确保对象执行的完整性，投切参数现场可修订，为满足各种常规场合 参数预留范围大，出厂默认为常规配置，装置带有可现实开关一次图的中文液晶显示，针对 客户提出以上要求，确定DCM-633C程序完全满足。
1 .1 Xm Xs + Xm
令： 则：
K=
Xm Xs + Xm
ΔU (%) =
1.1 K
' ' A
0 24
250
260
270
280
290
300
23
31 0
0
C
22 0
0.5S
32 0
0 33
210
340
200
0.6S 0.9S
' ' B
190
350
V
O
A
S
360
180
0.4S
10
170
V
D
' B
U