快切原理讲义(宁波工程公司).ppt

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关于快切原理与应用若干问题的探讨,江苏金智科技股份有限公司2006年8月,内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,一、传统供电模式,环网供电,两台变压器并联运行,缺点：

阻抗减小，短路电流提高，要求选择容量较大的一些电气设备，网络的继电保护复杂化。

优点：

供电可靠性有所提高。

一、传统供电模式,一条线路（变压器）工作，一条线路（变压器）备用,工作线路故障时，手动合上备用线路。

缺点：

操作时间较长，停电时间较长。

内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,二、备自投的应用,当工作电源断开时，能自动合上备用电源。

优点：

装置结构简单，动作成功率显著提高。

简化系统的一次接线，使继电保护简单化，从而造价和运行维护费用降低。

内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,三、备自投存在的问题,任何设备（主要是电动机和断路器）不能因切换而承受不必要的过载和冲击，导致设备损坏，保证机组或生产线的连续运行，即切换时间要短。

可靠性则体现为提高切换成功率和正确性，减少事故扩大化的可能。

以工作开关辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入；在合闸回路中加延时以图躲过180反相点合闸（短延时切换）；在合闸回路中另串普通机电式或电子式同期检查继电器；合闸回路中串残压检定环节，即残压切换。

以往的厂用电备自投切换主要采用以下几种方式,三、备自投存在的问题,据有关资料及实际运行经验可知，备自投在厂用电切换中具有切换时间长（母线上所带负荷电动机的特性不同，切换时间不同，有的甚至达到1020S甚至更长），母线电压衰减过低的缺陷，因而对于特别是大型工业生产线和发电机组，不能很好地满足安全性、可靠性的要求。

国内有关资料已经提供了不少同厂用电切换有关的问题和事故，如停机停炉、设备冲坏、停电时间过长造成生产线报废等。

事实上，厂用电切换不当引起的问题有些是明显的、突发的，而有些是渐变的。

厂用电切换过程与很多因素有关，较长时间未发生问题并不意味着不存在隐患。

内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,四、快速切换的原理,假设以右图所示，正常运行时高厂变带工作母线，备用变处于备用状态，工作段与备用段分工明确；当工作电源即高厂变或发电机侧发生故障时，应切断开关1DL，将2DL闭合，即将工作段投入到备用变一侧，事故切换方向唯一。

四、快速切换的原理,跳开1DL后厂用母线失电，电动机将惰行。

由于厂用负荷多为异步电动机，对单台单机而言，工作电源切断后电动机定子电流变为零，转子电流逐渐衰减，由于机械惯性，转子转速将从额度值逐渐减速，转子电流磁场将在定子绕组中反向感应电势，形成反馈电压。

四、快速切换的原理,多台异步电机联结于同一母线时，由于各电机容量、负载等情况不同，在惰行过程中，部分异步电动机将呈异步发电机特征，而另一些呈异步电动机特征。

母线电压即为众多电动机的合成反馈电压，俗称残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。

通常，电动机总容量越大，残压频率和幅值衰减的速度越慢。

四、快速切换的原理,以极坐标形式绘出的某300MW机组6KV母线残压相量变化轨迹如右图所示,四、快速切换的原理,VD为母线残压VS为备用电源电压U为备用电源电压与母线残压间的差压,四、快速切换的原理,为了分析的方便，我们取一个电源系统与单台电动机为例，将备用电源系统和电动机等值电路按暂态分析模型作充分简化，忽略绕组电阻、励磁阻抗等，以等值电势VS和等值电抗XS代表备用电源系统，以等值电势VM和等值电抗XM来表示电动机，建立分析模型如右图,四、快速切换的原理,根据模型单台电机断电后定子电路开路，故其电势VM就等于机端电压，即备用合上前，VMVD。

备用电源合上后，电动机绕组承受的电压UM=XM/（XSXM）（VSVM）因VMVD，则（VSVM）（VSVD）U所以UM=XM/（XSXM）U令KXM/（XSXM）则UMKU为保证电动机安全，UM应小于电动机的允许起动电压，设为1.1倍额定电压UDe，则有KU1.1UDe，得到：

U（）1.1/K,四、快速切换的原理,设XS:

XM=1：

2，K0.67，则U（）1.64。

右图中，以A为圆心，以1.64为半径绘出弧线AA，则AA的右侧为备用电源允许合闸的安全区域，左侧则为不安全区域。

若取K0.95，则U（）1.15，右图中BB的左侧均为不安全区域，理论上K01，可见K值越大，安全区越小,四、快速切换的原理,假定正常运行时工作电源与备用电源同相，其电压相量端点为A，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动，如能在AB段内合上备用电源，则既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多，这就是所谓的“快速切换”，如右图所示,四、快速切换的原理,从理论上讲，根据上述计算公式，在装置起动后，可以通过实时计算确定B点的位置，结合当时的其他条件，来判断是否能实现快速切换。

但实际应用时不可行，因为该过程完全是一个暂态过程，XM的计算是相当复杂的，需通过特殊的工程处理转化成切换最初阶段时对角度的控制。

内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,五、同期捕捉切换的原理,右图中，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”。

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”,五、同期捕捉切换的原理,以前面模型为例，同期捕捉切换时间约为0.6S,对于残压衰减较慢的情况，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，因此时厂母电压衰减到6570左右，电动机转速不至于下降很大，且备用电源合上时冲击较小。

五、同期捕捉切换的原理,同期捕捉的较佳实现方法是采用“恒定越前时间”原理，即根据实时的频差、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。

内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,六、残压切换的原理,当残压衰减到2040额定电压后实现的切换通常称为“残压切换”。

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。

所以这种合闸方式只能作为快速和同捕的后备合闸方式。

内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,七、厂用电快速切换与发电机自动准同期,厂用电快速切换和发电机自动准同期都是发电厂中最重要的电气操作之一，在操作对象、操作管理、功能要求、性能要求等方面有很大的不同。

七、厂用电快速切换与发电机自动准同期,1）厂用电正常切换发生在发电机并网之后。

厂用电切换时，频率、电压幅值、相位差不可调或不宜调节，而发电机自动准同期则不同，发电机并网前，频率、电压幅值、相位都可调、可控，完全可以实现精确的同期。

七、厂用电快速切换与发电机自动准同期,2）在事故切换等自动切换时，在备用电源投入前，由于工作电源已断电，电动机开始惰行，严格来说，已完全失去了与备用电源同步的可能。

另一方面，此时电动机只有转子衰减电流和惰行转速产生的交变磁场，而没有强迫励磁产生的同步磁场和力矩，如电动机转速下降不太大（一般指母线电压不低于6065），当备用电源投入时，新的同步磁场将很快将异步磁场拉入正常转差范围。

因此，厂用电事故切换，不是地道的同期操作，也不可能严格按同期数学模型控制切换过程,内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,八、切换过程录波图,按开关动作顺序分类,快速切换,八、切换过程录波图,按开关动作顺序分类,同期捕捉切换,八、切换过程录波图,按开关动作顺序分类,残压切换,内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况,内容提要,一、传统供电模式二、备自投的应用三、备自投存在的问题四、快速切换的原理五、同捕切换的原理六、残压切换的原理七、厂用电快速切换与发电机自动准同期八、切换过程录波图九、不同断电时间厂用母线电压恢复情况十、快速切换的应用,十、快速切换的应用,厂用电快切原理可应用在独立电厂，石化、冶金等行业的自备电厂,以及供热锅炉机组等场合。

十、快速切换的应用,对于像图1所示接线方式的厂用电系统，备用电源明确，切换方向明确，故只需配置一台快切，对开关1DL、2DL进行切换。

3DL如果平时断开运行，则切换时装置提供合闸出口。

典型系统接线图1,十、快速切换的应用,对于像图2所示接线方式的厂用电系统，平时工作段运行，备用变带公用段负荷，这样的方式下备用电源也是明确的，只要备用变的容量足够带动两段母线负荷，即可配置一台快切，对开关1DL、3DL进行切换。

典型系统接线图2,十、快速切换的应用,对于特殊工程如需做双向切换，则可通过装设转换开关，人工对高厂变侧和高备变侧的模拟量、跳合闸出口、信号量、开入量进行对应切换，从而实现工作与备用之间的置换，达到双向事故切换。

谢谢,