快速快切裝置替代備自投的應(yīng)用

高子波

摘 要：熱電中心在低壓供電系統(tǒng)中利用DCS控制邏輯實(shí)現(xiàn)電源切換時(shí)存在不足，該文針對這一問題介紹了快切裝置的基本工作原理和快切裝置替代備自投裝置后，提高了熱電中心低壓供電系統(tǒng)的可靠性和操作靈活性。

關(guān)鍵詞：備自投裝置 快切裝置 工作電源 備用電源 電壓矢量差

中圖分類號：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（a）-0062-03

在化工企業(yè)中，廠用電系統(tǒng)的安全可靠對于化工企業(yè)的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。熱電中心是化工區(qū)生產(chǎn)所需要電力、蒸汽和除鹽水的提供車間，因此熱電中心的廠用電系統(tǒng)顯得尤為重要。熱電中心低壓供電系統(tǒng)也屬于廠用電系統(tǒng)，通常電廠低壓供電系統(tǒng)采用DCS控制邏輯實(shí)現(xiàn)電源切換，這樣不僅可以保證供電的安全性，還可以節(jié)約設(shè)備購置費(fèi)用，但在化工企業(yè)中這種做法反而顯得不經(jīng)濟(jì)、不安全。熱電中心低壓供電系統(tǒng)中斷的影響面十分廣，即使恢復(fù)的及時(shí)，也將造成蒸汽壓力的波動(dòng)，向電網(wǎng)倒購電量的劇增，倘若一時(shí)無法恢復(fù)，勢必造成化工區(qū)的減產(chǎn)或被迫停運(yùn)和設(shè)備損壞。

1 備自投在切換時(shí)存在的問題

備自投供電方式有兩種：一種是單母分段方式，母聯(lián)開關(guān)斷開，兩電源分別供電，兩電源互為暗備用，即母聯(lián)備自投方式；另一種是雙電源進(jìn)線向單母線供電，即一個(gè)是工作電源，另一個(gè)電源為備用，即線路備用自投方式。

以上兩種備自投供電方式在熱電中心低壓電氣系統(tǒng)中均有采用。

備自投：當(dāng)工作電源跳閘時(shí)，工作電源的輔助接點(diǎn)經(jīng)低壓繼電器、延時(shí)繼電器，先跳開工作電源，經(jīng)一定延時(shí)，后合上備用電源，實(shí)現(xiàn)由工作電源向備用電源的切換。

當(dāng)母線失壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)失去電動(dòng)力后轉(zhuǎn)速下降，但不會(huì)立刻停止，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的反電勢構(gòu)成的母線電壓的幅值和頻率會(huì)隨時(shí)間的增加而減小。此時(shí)立即將備用電源投入工作段母線，由于未經(jīng)過同期，母線殘壓與備用電源電壓之間的相角差已近180°，將會(huì)對電動(dòng)機(jī)造成過大的沖擊。若經(jīng)過延時(shí)待母線殘壓衰減到25%～40%額定電壓值后再投入備用電源，由于斷電時(shí)間過長，母線電壓和電機(jī)的轉(zhuǎn)速均下降過大，備用電源合上后，電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電流很大，母線電壓將可能難以恢復(fù)，從而對熱電中心設(shè)備的穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的危害。

整個(gè)切換過程，由于切換時(shí)間較長，將引起部分設(shè)備自動(dòng)切除，將給生產(chǎn)帶來波動(dòng)，如：空冷PC段所帶負(fù)荷絕大部分是變頻設(shè)備，空冷風(fēng)機(jī)將全部跳閘，機(jī)組真空無法維持，引起聯(lián)鎖反應(yīng)；機(jī)組PC段所帶給煤機(jī)半數(shù)停運(yùn)等，影響鍋爐負(fù)荷；其他PC段也將出現(xiàn)部分設(shè)備停運(yùn)或生產(chǎn)波動(dòng)。

2 快速快切裝置的投運(yùn)

為了優(yōu)化熱電中心低壓電氣系統(tǒng)供電的可靠性，熱電中心采用MPN-402BZT4和MPN-402BZT5型微機(jī)同期閉鎖式快速切換裝置。通過此裝置可以對一段廠用380 V母線的工作電源與備用電源進(jìn)行切換控制。實(shí)現(xiàn)備用電源與工作電源雙向切換功能，事故或不正常情況下，工作電源向備用電源單向切換的功能。通過快速切換和檢同期切換，大幅度縮短了低壓廠用電源失電時(shí)間，提高了切換成功率。同時(shí)也方便了設(shè)備檢修期間的就地切換工作，從而提高操作效率，避免誤操作。

空冷380V PC段母線和電除塵380V PC段母線均采用的是明備用接線方式，選取的是MPN-402BZT5型微機(jī)同期閉鎖式快速切換裝置。機(jī)組380V PC段母線、公用380V PC段母線、燃運(yùn)PC段母線和化學(xué)PC段母線均采用的是暗備用接線方式，選取的是MPN-402BZT4型微機(jī)同期閉鎖式快速切換裝置。

工作原理如下所述。

2.1 MPN-402BZT4型微機(jī)同期閉鎖式快速切換裝置

該裝置輸入量包括分段開關(guān)保護(hù)用A、C相電流，備投用Ⅰ母、Ⅱ母線電壓UAB、UBC、UCA及進(jìn)線Ⅰ的UAB，進(jìn)線Ⅱ的UAB'電壓，經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為0～2 V的電壓信號，并送至AD，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后送給DSP數(shù)字信號處理器，處理器將各通道數(shù)據(jù)讀入、運(yùn)算、處理，并與各參數(shù)整定值自動(dòng)比較，以判斷是否發(fā)生故障，若有故障，則控制相應(yīng)出口繼電器動(dòng)作。快切裝置的電氣一次和二次接線圖如圖1所示。

分段快速切換：1DL（或2DL）突跳開，立即起動(dòng)快速切換，在允許時(shí)間內(nèi)比較Ⅰ母線Uab與Ⅱ母Uab'電壓矢量差（壓差400 V相當(dāng)60°相位差），條件滿足，立即快速切換，合3DL，實(shí)現(xiàn)1DL、2DL互為暗備用。若快速切換失敗，自動(dòng)轉(zhuǎn)為殘壓切換。

分段殘壓切換：若Ⅰ段失壓，當(dāng)Ⅰ母殘壓下降到殘壓定值以下時(shí)，備投動(dòng)作，跳1DL，合3DL；若Ⅱ段失壓，當(dāng)Ⅱ母殘壓下降到殘壓定值以下時(shí)，備投動(dòng)作，跳2DL，合3DL。

“Ⅰ母暗備用”動(dòng)作過程：裝置充好電后：Ⅱ母無壓（2HJD合）、Ⅰ母有壓，跳2DL。確認(rèn)2DL跳開后，合3DL。若2DL拒跳，則不合3DL，裝置放電并告警“2DL拒跳”。

“Ⅱ母暗備用”動(dòng)作過程：裝置充好電后：Ⅰ母無壓（1HJD合）、Ⅱ母有壓，跳1DL。確認(rèn)1DL跳開后，合3DL。若1DL拒跳，則不合3DL，裝置放電并告警“1DL拒跳”。

同期閉鎖角度與同期兩電壓矢量差關(guān)系如表1所示。

設(shè)Ⅰ母電壓Uab=Ⅱ母電壓Uab'=400 V。

經(jīng)同期閉鎖手動(dòng)合1DL（2DL）跳3DL：在快切裝置投入，快切裝置無閉鎖信號，進(jìn)線Ⅰ（進(jìn)線Ⅱ）的電壓已經(jīng)恢復(fù)正常，1DL（2DL）為跳閘位置，3DL為合閘位置，進(jìn)線Ⅰ的Uab與進(jìn)線Ⅱ的U ab'電壓矢量差（相角差）小于設(shè)定值，當(dāng)“允許H1T3（H2T3）”開入接通時(shí)，裝置液晶立即顯示“合1DL（2DL）跳3DL就緒”，此時(shí)操作員把“H1T3（H2T3）”開入接通，快切裝置快速合上1DL（2DL），確認(rèn)1DL（2DL）合上后，延時(shí)跳開3DL，確認(rèn)3DL跳開后，發(fā)“備投手投成功”信號；當(dāng)操作員把“允許H1T3（H2T3）”開入斷開后，等待遠(yuǎn)方或就地按快切裝置的復(fù)歸按鈕，快切裝置才恢復(fù)1DL、2DL互為暗備用。

此裝置還具有充電保護(hù)（電流速斷）、過流Ⅰ段和過流Ⅱ段保護(hù)功能。

2.2 MPN-402BZT5型微機(jī)同期閉鎖式快速切換裝置

MPN-402BZT5型微機(jī)同期閉鎖式快速切換裝置的工作原理與MPN-402BZT4型微機(jī)同期閉鎖式快速切換裝置基本相同，不同之處在于MPN-402BZT5型有獨(dú)立備用電源，是通過控制備用電源斷路器的分、合實(shí)現(xiàn)快速切換的。快切裝置的電氣一次和二次接線圖如圖2。

工作電源投備用電源功能：母線失壓或低電壓，備用電源電壓正常，經(jīng)延時(shí)，跳工作開關(guān)，自動(dòng)合備用電源開關(guān)；或工作開關(guān)突然跳閘，母線殘壓小于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)合備用電源開關(guān)。

備用電源投工作電源功能：母線失壓或低電壓，工作電源電壓正常，經(jīng)延時(shí)，跳備用電源開關(guān)，自動(dòng)合工作電源開關(guān)；或備用電源開關(guān)突然跳閘，母線殘壓小于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)合工作電源開關(guān)。

3 快切裝置在使用中的效果

快速切換過程，在0.5 s內(nèi)可以完成，保證了設(shè)備電源不中斷，可以有效避免自動(dòng)切除負(fù)荷和對設(shè)備的沖擊電流。尤其在切換空冷380V PC段母線電源時(shí)，空冷風(fēng)機(jī)變頻器未發(fā)生因切換電源而發(fā)生跳閘停運(yùn)現(xiàn)象。在大修期間，反復(fù)切換電源和保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)均正常，大幅度提高了工作效率，減少了人員工作量。在日常工作中，可以方便地查閱裝置各電源參數(shù)、事件記錄及故障記錄等。

4 結(jié)語

裝置具有正常情況下，備用電源與工作電源雙向切換功能；事故或不正常情況下，工作電源向備用電源單向切換的功能。采用該裝置能夠提高廠用電切換的成功率和切換速度，避免非同期切換對廠用設(shè)備的沖擊損壞，簡化切換操作并減少誤操作，提高機(jī)組的安全運(yùn)行和自動(dòng)控制水平。

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