解析電源快速切換裝置在礦區電網中的應用

楊彩萍

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司供用電分公司，山西介休032000)

0 引言

快切裝置的工作是一個相對較為繁雜的過程，特別是在供電系統發生故障需要切換電源的時候，一些相關因數都會隨著時間的推移不斷發生變化，一旦切換錯誤，極有可能造成整個系統的大面積癱瘓。

1 供電系統中幾種常見的切換方式

1)首先我們介紹一種最為常見的切換方式，即備自投切換，這種方式必須保證先斷后合的基本原則，當系統失壓以后不馬上切斷電源，而是電源開關發生自動關閉以后，在備用電源處于正常時，直接對備用電源進行切斷作業，但是這一切換方式存在一定的風險，因其進行切換的時間相對較長，極有可能會使接觸器失去磁性，進而造成脫離，對整個供電系統造成極大地沖擊，同時它利用到眾多電氣器件，不論哪一個器件發生故障，都會對整個過程造成影響，所以切換的成功率較低，在該切換裝置中，選擇的電源開關一般是油開關，這類開關會對備用電源直接進行帶動，并且電容機具有非常大的容量，在失去電源供應以后會緩慢地衰減，如果同期的鑒定工作不準確，將直接導致備用電源的高倍變，造成電動機的嚴重損害。

2)相對于前一種切換方式，手動切換是相對較為傳統的切換方式，在大多數倒電源系統中普遍采用該種方式進行電源切換，它的主要工作原理是將兩個電源并列放置，首先對母線的電源開關進行閉合作業，之后再對備用電源進行關閉，最后進行開關分閘作業。但是，此種切換方式仍舊存在一大弊端，那就是電源的并列放置會大大增加故障的發生幾率，而且發生故障以后，故障的范圍會進一步蔓延，因此這種切換方式同樣具有相當大的風險，同時手動切換的操作過程相對繁雜，還會受到諸多因素的限制，母線的斷電過程也比較漫長，在合上備用電源之后，電機成組的電流會瞬間大幅度升高，致使電動機的轉速急劇下降，進一步增加了故障的發生率，該切換方式對操作具有極高的要求，所產生的問題也與諸多因素息息相關，并且發生的這些問題具有很大的不確定性。

3)相比于前兩種切換方式，快切方式的過程安全可靠，并且非常簡單。該切換方式保持同時切斷的基本原則，一旦母線的電源切開以后，便會立即發出相關指令給斷路器，使之進行分、合閘的工作，供電系統中的隔離時間便是分、合閘的時間差，該時間極短，往往小于15 微秒，并且在這么短的時間內，接觸器往往不會受到任何影響，繼續保持穩定的工作狀態。快切方式在通常情況下適用于發生事故以及正常電源的電力供應系統，隨著發電機組的容量不斷增大，電容機的容量也會隨之增大，這就導致機電常數遠遠大于普通電動機的容量，在電機的電源被切斷以后，工作正常的母線電動群會具有巨大的動能以及磁能，進而導致形成逐漸衰減的殘壓，它和電源電壓所形成的相角會慢慢變大，當達到平角的時候，備用電源就會發出劇烈的沖擊電流，該電流會對備用變壓器以及電動機產生非常嚴重的影響，針對這些問題，快切裝置可以有效應對。

2 快切裝置的工作原理以及實現方式

所謂快切裝置，就是指電源快速切換裝置，快切裝置發展至今，已經成為具有較大規模集成電路的芯板，已普遍應用在供電企業，在電力供應系統中負荷一般較大，同時電壓非常高，所以具有較高效率的電源快速切換裝置便顯得尤為重要，這些電源快速切換裝置的主要功能是保障供電系統的正常運行，當設備受到沖擊的時候避免受損，并且還能保障一些非正常情況下的電力供應。

在快切原理中，名詞“實現方式”用來描述合備用開關的合閘條件。裝置在起動后會按照預定的切換方式跳工作開關和合備用開關。無論哪種切換方式都涉及到合備用開關的操作。它的實現方式包括:快速切換、同期捕捉切換、殘壓切換、長延時切換。以下僅對這幾種實現方式做簡單介紹。

1)快速切換。快速切換是最理想的一種合閘方式，既能保證電動機安全，又不使電動機轉速下降太多。在并聯切換方式下，實現快速切換條件為:母線和待并側電源壓差|du| ＜“并聯切換壓差”，且頻差|df| ＜“并聯切換頻差”，且相差|dq| ＜“并聯切換相差”。在串聯或同時切換方式下，實現快速切換的條件為:母線和待并側電源頻差|df| ＜“快速切換頻差”且相差|dq| ＜“快速切換相差”。快速切換是速度最快的合閘方式。

2)同期捕捉切換。當快速切換不成功時，同期捕捉切換是一種最佳的后備切換方式。同期捕捉切換的原理是實時跟蹤母線電壓和備用電壓的頻差和角差變化，以同相點作為合閘目標點。

3)殘壓切換。當母線電壓衰減到20% －40%實現的切換稱為殘壓切換。殘壓切換雖能保證電動機安全，但由于停電時間過長，電動機自起動成功與否、自起動時間等會受到較大限制。殘壓切換的實現條件為:母線電壓＜“殘壓切換電壓幅值”。

4)長延時切換。當備用側容量不足以承擔全部負載，甚至不足以承擔通過殘壓切換過去的負載的自起動，只能考慮長延時切換。長延時切換的實現條件為:裝置起動后延時t ＞“長延時整定值”。

綜上所述，我們不難發現，電源切換的目的就是為了減少沖擊電流，以達到最佳的控制效果，在這些切換方式中，快速切換是最行之有效的、最能夠有效控制系統的、最能夠滿足系統供電需要的一種切換方式。

3 切換成功的幾個基本條件

在供電系統中要想保證切換成功必須具備幾個基本條件，其一，在電力供應系統中應當具備獨立的工作以及備用電源，當系統在正常運行的過程中，這兩個電源應當具有一定的電壓相角，需要注意的是，這個電壓相角的角度應當絕對小于20，此外，還需要配置快速斷路器，配置的快速斷路器的分、合閘時間必須要短，少油式斷路器顯然不是一個很好的選擇，在供電系統中還應當配置一個繼電器，該繼電器可有效對系統設備進行保護。

4 快切裝置在礦區電網中的應用情況

汾西礦業集團河東、北村變電站作為汾西礦業集團與晉中電網并網的110 kV 中心站，承擔著汾西集團南關發電廠、后莊變電站、崔家溝變電所、張家莊變電所、紫金變電所等十余個廠站的發、供、送、變電任務，是汾西礦業集團的重要電力樞紐。

目前，我們在晉中礦區供電系統河東、北村變電站加裝電源快速切換裝置，通過編制詳細的快速切換方案，使河東、北村110 kV 變電站實現了帶負荷“快速切換”功能，系統失電次數由原來的5 次減少到O 次，經過多次考驗，該裝置動作靈敏、可靠，能有效避免因斷電而造成礦區電網停電的事故;可以進一步提升供電系統的安全性、靈活性、快速性、準確性和可靠性，保證了礦區電網持續安全穩定運行，實現了礦區電網“零停電”，也有力地保障了煤礦的安全生產，對礦區電網產生不可估量的經濟效益和社會效益。

現隨著電源快速切換裝置在礦區電網中的革新和應用，我們先后將在礦區電網孝義區域及煤礦井下雙回路供電系統中進行大面積推廣和應用，使其在礦區電網中發揮更大的作用。

5 結語

快切裝置對于煤礦電力系統的正常運行發揮著重要作用，可以說它是保障電源切換成功率的前提條件，供電系統能夠穩定運行的關鍵就在于此，快切裝置摒棄了手動切換的復雜性，大幅度降低了操作失誤的概率，與此同時，快速裝置可以有效避免母線失壓，總之，我們一定要結合供電系統的實際情況，科學、合理地運用快切裝置，對各個環節進行認真、細致的檢查，以保證整個供電系統的安全、高效運行。

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