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1、600MW 机组厂用电系统机组厂用电系统培训教材培训教材 第一节第一节 厂用电基本接线形式及运行方式厂用电基本接线形式及运行方式 发电厂在启动、停机、检修过程中，有大量电动机拖动 的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、除灰、除 尘及水处理等辅助设备的正常运行，这些电动机以及全厂 的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用 负荷，其总的耗电量，统称为厂用电。厂用电的电量，大 都由发电厂本身供给。其耗电量与电厂类型、机械化和自 动化程度、燃料种类及其燃烧方式、蒸汽参数等因素有 关。厂用电耗电量占发电厂全部发电量的百分数，称为厂 用电率。厂用电率是发电厂运行的主要经济指标之一，一 般火电
2、空冷机组的厂用电率为 68，降低厂用电率可 以降低电能成本，同时相应增大了对系统的供电量。 一、厂用电源及其引接方式一、厂用电源及其引接方式 发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足电厂各 种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设 置备用电源、启动电源和事故保安电源，一般电厂中都以 启动电源兼作备用电源。河曲二期 600MW 机组的厂用电经 过诸多因素的综合比较后，选择两个电压等级 （10KV、400V）的配电系统，400V 工作电源从 10.5KV 厂用 母线引接。 1厂用工作电源及其引接 对于大容量机组，各机组的厂用工作电源必须是独立 的，而且是保证机组正常运行最基本的电源，必须
3、要求供 电可靠，还要满足整套机炉的全部厂用负荷要求，并可能 还要承担部分公用负荷。600MW 机组一般采用发电机变压 器组单元接线，并采用分相封闭母线。机组厂用电源都从 发电机至主变压器之间的封闭母线引接，即从发电机出口 经高压厂用工作变压器（简称高厂变）将发电机出口电压 降至所要求的厂用高压。在这种接线方式下，发电机、主 变、高厂变以及相互连接的导体，任何元件故障都要断开 主变高压侧的断路器并停机。当发电机处于正常运行时， 才能对厂用负荷供电；在发电机处于停机状态、启动时发 电机电压未建立之前或停机使电压下降时，都不能对厂用 负荷供电。这就说明，需要另外设置独立可靠的启动和停 机用的电源，停
4、机电源是指保证发电机安全停机的某些厂 用负荷继续运行一段时间所需的电源。另外，低压 400V 厂 用工作电源，一般由高压厂用母线通过低压厂用变压器引 接。 2厂用备用电源与启动电源 厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替 代工作电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够 的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电下 仍能从系统获得厂用电源。 启动电源一般是指机组在启动或停运过程中，工作电 源不可能供电的工况下为该机组的厂用负荷提供电 源。600MW 机组的厂用备用电源，一般采用启动电源兼备用 电源的方式设置，而且一般都从系统经启动备用变压器 引接，从 500KV 系统引接具有很
5、高的可靠性。这种电源除 起备用电源和启动电源的作用外，也承担了发电机停机电 源的作用，这种由启动兼备用的电源变压器，从备用的角 度看是一种明备用，平时不接通高压厂用母线，不带机组 负荷，当工作电源故障断开时，由快切装置进行切换接 通，代替故障的工作电源，承担全部厂用负荷。对 600MW 机组，一般每两台机组设一套公用的启动备用变压器。 对于低压 400V 的备用电源，与低压工作电源的引接相似， 从厂用母线经低压变压器引接，但低压工作电源与备用电 源多取自高压厂用母线的不同分段上。 3事故保安电源 对大容量发电机组，当厂用工作电源和备用电源都消 失时，为确保在严重事故状态下能安全停机，应设置事故
6、 保安电源，以满足事故保安负荷的连续供电。采用的事故 保安电源通常是：蓄电池组和柴油发电机。 （1）蓄电池组。它是一种独立而十分可靠的保安电源。 蓄电池组不仅在正常运行时承担控制操作、信号设备、继 电保护等直流负荷，而且在事故情况下，仍能提供直流保 安负荷用电，如：直流润滑油泵、密封油直流泵、事故照 明等。同时，还可经过逆变器将直流变为交流，兼作交流 事故保安电源，向不允许间断供电的交流负荷供电。由于 蓄电池容量有限，故不能带很多的事故保安负荷，且持续 供电时间一般不超过 68 小时。 （2）柴油发电机。它是一种广泛采用的事故保安电源， 当失去厂用电源时，柴油发电机能在 012s 之内向保安负
7、 荷供电。一般每台 600MW 机组厂用负荷设置一套 400V、三 相、50Hz 柴油发电机组，作为交流事故保安电源。 （3）外接电源。当发电厂附近有可靠的变电所或者有另 外的发电厂时，事故保安电源还可以由附近的变电所或发 电厂引接，作为第三备用电源。 4. 交流不停电电源（UPS） 交流不停电电源 UPS 一般为单相或三相正弦波输出， 为机组的计算机控制，数据采集系统，重要机、电、炉保 护，测量仪表及重要电磁阀等负荷，提供与系统隔离防止 干扰的、可靠的不停电交流电源。正常情况下来自 400V 保 安电源，特殊情况下由直流 220V 系统逆变为交流 220V，继 续供电。 二、厂用电基本接线形
8、式二、厂用电基本接线形式 厂用电接线方式合理与否，对机、炉、电的辅机以及 整个发电厂的工作可靠性有很大影响。厂用电的接线应保 证厂用供电的连续性，使发电厂能安全满发，并满足运行 安全可靠、灵活方便等要求。600MW 机组通常都为机炉单元 式设置，采用机、炉、电为单元的控制方式。因此，厂用 系统也必须按单元设置，各台机组机、炉、电的厂用系统 必须是独立的，厂用电系统接线通常都采用单母线分段接 线形式，并多以成套配电装置接受和分配电能。火电厂的 厂用负荷容量较大，分布面较广，尤以锅炉的辅助机械设 备耗电量大，如吸风机、送风机、磨煤机、一次风机、电 动给水泵等大型设备，其用电量约占厂用电量的 60%
9、以上。 为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于灵活 调度，一般都采用按炉分段的接线原则，既便于运行、检 修，又能使事故影响范围局限在机炉单元，不致过多干扰 正常运行的其他机炉。当锅炉容量较大及辅助设备容量较 大时，每台锅炉可由 2段厂用母线供电，厂用负荷在各 段上应尽可能分配均匀，且符合生产程序要求。低压 220/380V 厂用电的接线，对于大型火电厂，一般亦采用单 母线分段接线，即按炉分段或按机组分段。 三、二期高压厂用电系统及运行方式三、二期高压厂用电系统及运行方式 （1）我厂二期 10.5kV 高压厂用电系统按每台机组一台 容量为 63/35-35MVA 的高压厂用变压器，两段
10、10.5kV 母线 设置，由高厂变供两段 10.5kV 母线。 （2）两台机组设置一台容量为 63/35-35MVA 的变压器作 为启动/备用电源，低压侧通过共箱母线与厂用母线备用分 支开关柜连接，启备变为有载调压变压器。 （3）每台机脱硫系统设置一段 10.5kV 母线，通过每台 机 10.5KV 母线 A、B 段各供一路电源，正常运行 A 段母线 供电，B 段母线电源备用，两路电源采用并联切换。 （4）高压厂用电系统运行方式 正常运行时，我厂每台机两段 10.5kV 高压厂用母线均 由高压厂用工作变压器供电，启动/备用变压器处于热备用 状态，当高压工作回路故障或机组停机时，可将 10.5k
11、V 高 压厂用母线电源经快切装置切换至备用电源供电，确保厂 用电正常供给。 每台机脱硫系统一段 10.5kV 高压母线，正常时由相应 主厂房 A 段 10.5kV 母线经电缆供电。当本段电源发生故障 时，在确认工作电源开关确已跳闸时，可以手动合上脱硫 10KV B 段电源开关，暂时恢复供电，当工作电源恢复正常 后，恢复正常供电方式。 四、低压厂用系统及运行方式四、低压厂用系统及运行方式 二期低压厂用系统电压为 400V 和 400/230V，中性点 全部采用直接接地。中性点直接接地系统的优点:是在单相 接地时中性点的电位接近于零，未接地相对地电压接近于 相电压。这样，设备和线路对地的绝缘可以按
12、相电压设计， 从而可大约降低 20%左右的造价。中性点直接接地系统的缺 点： 1.在单相接地短路时必须断开故障线路，中断用户供 电，供电可靠性较差。 2.单相接地短路时短路电流很大，甚至可能超过三相 短路电流，因此必须选用较大容量开关设备。 （一）主厂房低压厂用系统（一）主厂房低压厂用系统 我厂每台机组主厂房低压厂用电源由本机 10.5kV 高压 厂用母线引接，共设置十一段 400V 动力配电中心（PC） ， 供给本机组 400V 机炉辅机低压负荷用电,包括汽机 400V PC 两段、锅炉 400V PC 两段、空冷 400V PC 四段，事故保安 400V PC 一段，检修 400V PC
13、一段，照明 400V PC 一段。机、 炉 400V PC 两段母线间设联络开关互为备用（暗备用） ；空 冷 400V PC 四段，设一台容量和工作变压器相同的备用变 压器（明备用） 。 两台机公用 PC:等离子 400V PC 一段，除灰空压机 400V PC 两段（设一台容量和工作变压器相同的备用变压器） ，升压泵变 400V PC 两段。每段 400V 动力配电中心由一台 低压厂用变压器供电,两段 400V 动力配电中心之间可经联 络开关联接。低压厂用变压器采用互为备用的暗备用方式， 变压器容量均按两段动力配电中心的负荷容量选择。正常 运行时两段动力配电中心的联络开关断开,在两个变压器进
14、 线开关和联络开关之间设置电气闭锁使两台变压器不能并 列运行。 马达控制中心(MCC) ：根据负荷分布情况分散就近配 置。互为备用及成对出现的负荷分别由对应的两段 MCC 供 电，每段 MCC 采用双电源供电方式，两路电源通过单刀双 掷开关实现一路工作，一路备用，且两路电源不能并列， 另外，各负荷 MCC 由相应动力配电中心供电。 机组交流保安电源系统：二期每台机的交流保安电源 由柴油发电机组、一段 400V 保安 PC、一段机保安 MCC、一 段炉保安 MCC 及自动转换开关等组成。每台机组配置一套 快速启动的柴油发电机组，柴油发电机组为河柴重工生产 的 1200GFZ-B 型四冲程闭式水循
15、环风冷发电机组，额定出 力 1200KW。 低压厂用电系统运行方式：空冷及除灰空压机 400V PC 段以外的 PC 段正常运行时，各 400V PC 段分别由各自低压 厂用变压器供电，当本段工作电源发生故障时，在确认工 作电源开关确已跳闸时，确认不是本段母线故障后，可以 手动合上 A、B 段 400V PC 母线联络开关，对该段母线供电。 空冷及除灰空压机 400V PC 段，正常运行时，各 PC 段 母线由各自低压厂用变压器供电，当本段工作电源发生故 障时，备用电源自投装置动作，将备用电源开关合闸，恢 复对该段母线供电。 汽机 PC，锅炉 PC，空冷 PC 段正常切换时采用并联切 换，除灰
16、空压机 PCB 段采用并联切换，检修 PC、照明 PC、 等离子 PC、升压泵房 PC 段正常切换时采用串联切换，除灰 空压机 PCA 段采用串联切换。 各 MCC 电源正常由相应 400V PC 段供电,MCC 采用双电 源供电方式，正常运行时，只能投入一路电源供电，另一 路电源作为备用，且优先考虑投入对应 400V PC 供电；当 工作电源故障或停电时，采用先断后合的方式切至另一电 源供电，原工作电源恢复正常时，再及时采用先断后合的 方式恢复原供电方式；每台机的事故照明 MCC 正常由本机 照明 PC 供电，事故时由 ATS 自动转换开关切换至汽机保安 MCC 供电；每台机的给煤机 MCC
17、 正常由本机锅炉 PCA 段供电， 事故时由 ATS 自动转换开关切换至锅炉 PCB 段供电；每台 机组设置十二段 MCC,汽机 MCC 两段，锅炉 MCC 两段，煤仓 间 MCC 两段，给煤机 MCC 一段，汽机采暖通风 MCC 一段， 锅炉采暖通风 MCC 一段，汽机保安 MCC 一段,锅炉保安 MCC 一段，脱硫 MCC 一段；两台机公用 MCC 七段，汽机运转层 MCC，集控采暖通风 MCC，凝结水再生间 MCC，加药间 MCC， 化学水 MCC，灰库 MCC,辅机水泵房 MCC。 （二）关于空冷（二）关于空冷 PCPC 及除灰空压机及除灰空压机 PCPC 注意事项注意事项 每台机 4
18、 段空冷 PC，并设有一台容量相同的备用变压 器（空冷变压器的过负荷能力 St=2500KVA*1.1=2750KVA 其中 2500KVA 为空冷变容量，1.1 为干式变的过负荷系数） 。 1.当一段空冷 PC 失电时，备自投正常自动动作； 2.当两段空冷 PC 同时失电时，失电风机负荷是 P2max=110KW*28=3080KW(此时以风扇电机的最大负荷计算， 其中 110KW 为空冷风机电机额定功率，28 为两段 PC 所供风 机数量)，St/P2max= 0.9，所以当空冷 PC 两段失电时，应 该采取减负荷或者限制失电两段 PC(失电 PC 均切换至空冷 备用变压器)所带风机的数量
19、等措施，且负荷的最低值能保 证大于 90%，同时为避免空冷备用变压器过负荷，还应将备 自投装置闭锁，因为三段空冷 PC 的负荷 P3max=110KW*42=4620KW（其中 42 为三段 PC 所供风机数量） ，其负荷已经远超出了空冷备用变压器的容量。 二期空冷变压器采用四运一备的原因： 1.同类型空冷机组运行经验表明，空冷 PC 两段及以上 同时失电或故障的可能性较低； 2.一台备用变压器可以满足空冷 PC 两段同时失电后至 少 90%的负荷； 3.减少了干式变，开关，电缆等设备的一次投资，还 可减少空冷变的空载损耗，一年约节省电量 2.6 万度。 除灰空压机 PC 切换注意事项，除灰空
20、压机 A 变属于#3 机负荷，而除灰空压机 B 变及除灰空压机备变属于#4 机的 负荷，当事故切换时，除灰空压机的备自投自动动作即可， 因为备自投的串联切换不会造成除灰空压机 PC 段的并联； 当除灰空压机变检修或其他工作需停运除灰空压机变时， 需特别注意，除灰空压机 PCA 段切换，采用串联切换，而 除灰空压机 PCB 段的切换可采用并联切换也可采用串联切 换。 五、厂用电系统的操作原则五、厂用电系统的操作原则 1.高压工作变与启备变之间正常时相互切换，应经过 同期检查合闸。 2.互为备用的厂用变压器之间在进行母线电源切换时 应采用母线短时并环方式进行倒换。 3.厂用系统送电时，应先合上电源
21、侧开关，后合上负 荷侧开关，逐级操作；停电时先拉开负荷侧开关，后拉开 电源侧开关。 4.拉合刀闸前，必须检查开关在断开位置，拉合刀闸 后，应检查刀闸的位置是否正确，机构是否锁紧。 5.厂用母线送电时，各出线回路的开关和刀闸应在断 开位置。应先装上电压互感器一次回路保险，将电压互感 器小车推入工作位置，合上二次回路小开关。厂用母线送 电后，须检查三相电压正常后，方可对各供电回路送电。 6.厂用母线停电前，应先停用该母线的各供电回路， 在断开电源进线开关后，检查母线三相电压表无指示后， 再拉开电压互感器的刀闸，拉开二次回路小开关，取下一 次回路保险。 7.厂用变压器送电时先合高压侧开关，后合低压侧
22、开 关，停电顺序相反，禁止低压侧对低厂变充电。 8.由于启备变容量按一台机组厂用负荷设计，在一台 机组启动过程中,应将另一台机组厂用快切解除。 六、厂用电系统中性点接地方式六、厂用电系统中性点接地方式 1.高压厂用电系统的中性点接地方式： 高压（10KV）厂用电系统中性点接地方式的选择，与 接地电容电流的大小有关，当接地电容电流小于 10A 时， 可采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电 容电流大于 10A 时，可采用中电阻接地方式，也可采用电 感补偿或电感补偿并联高电阻的接地方式。目前电厂的高 压厂用电系统多采用中性点经电阻接地的方式。 中性点经电阻接地的主要特点是： （1）选择适
23、当的电阻，可以抑制单相接地故障时非故 障相的过电压倍数不超过额定相电压幅值的 2.6 倍，避免 故障扩大。 （2）当发生单相接地故障时，故障点流过一固定的电 阻性电流，有利于确保馈线的零序保护动作。 （3）接地总电流小于 15A 时（大电阻接地方式，一般 按 IRIC原则选择接地电阻） ，保护动作于信号；接地总电 流大于 15A 时，改为中电阻接地方式（增大 IR） ，保护动作 于跳闸。 （4）需增加中性点接地装置。 二期高压（10KV）厂用电系统，中性点采用中电阻接 地方式，接地电阻值 30.31。 2.低压厂用电系统中性点接地方式：低压厂用电系统 中性点接地方式主要有两种：中性点直接接地方
24、式和中性 点经高电阻接地方式。二期低压厂用电系统采用中性点直 接接地方式。 第二节第二节 厂用电源的切换厂用电源的切换 多数电厂由于采用发电机变压器组单元接线，机组 单元厂用工作电源从发电机出口引接，而发电机出口一般 又不装设断路器，为了发电机组的启动尚需设置启动电 源，并将启动电源兼作备用电源。在此情况下，机组启动 时，其厂用负荷需由启备变供电，待机组启动完成后， 再切换至由工作电源（接至发电机出口的工作变压器）供 电；而在机组正常停机时，停机前又要将厂用负荷母线从 工作电源切换至备用电源供电，以保证安全停机。此外， 在厂用工作电源发生事故而被切除时，又要求备用电源尽 快自动投入。因此，厂用
25、电源的切换在发电厂中是经常发 生的。对于 600MW 机组电厂的厂用工作电源与备用电源之 间的切换有很高的要求：其一，厂用电系统的任何设备 （电动机、断路器等）不能由于厂用电的切换而承受不允 许的过载和冲击；其二，在厂用电切换过程中，必须尽可 能地保证机组的连续输出功率、机组控制的稳定和机炉的 安全运行。 一、厂用电失电影响与切换分析一、厂用电失电影响与切换分析 厂用母线的工作电源由于某种故障而被切除，即母线 的进线断路器跳闸后，由于连接在母线上运行的电动机的 定子电流和转子电流都不会立即变为零，电动机定子绕组 将产生变频反馈电压，即母线存在残压。残压的大小和频 率都随时间而降低，衰减的速度与
26、母线上所接电动机台 数、负荷大小等因素有关；另一方面，电动机的转速下 降。失电后，电动机转速逐渐下降的过程称为惰行，电动 机转速下降的快慢主要决定于负荷和机械常数，一般经 0.5s 后转速约降至（0.850.95）倍额定转速，若在此时 间内投入备用电源，一般情况下，电动机能较迅速地恢复 到正常稳定运行。如果备用电源投入时间太迟，停电时间 过长，电动机转速下降多，且不相同，不仅会影响电动机 的自起动，而且将对机组运行工况产生严重影响。因此， 厂用母线失电后，应尽快投入备用电源。另一方面，从减 小备用电源自动投入时对参与自起动的电动机的冲击电流 考虑，还必须分析母线残压与备用电源电压之间的相位关
27、系。 电动机的自起动就是正常运行时，其供电母线电压突然 消失或显著降低时，如果经过短时间（一般为 0.51.5s） 在其转速未下降很多或尚未停转以前，厂用母线电压又恢 复到正常（比如电源故障排除或备用电源自投） ，电动机就 会自行加速，恢复到正常运行。 电厂中有许多重要设备的电动机都要参与自起动，以 保障机、炉运行少受影响。因为有成批的电动机同时参与 自起动，很大的电流会在厂用变压器和线路等元件中引起 较大的电压降，使厂用母线电压下降很多。这样，就有可 能使母线电压过低，导致一些电动机的电磁转矩小于机械 阻力转矩而无法启动，还有可能引起启动时间过长而引起 电动机过热，甚至危及电动机的安全和寿命
28、以及厂用系统 的稳定。所以为保证自起动能够实现，根据电动机的容量 和端电压或母线电压等条件做了一些措施： 1. 电动机正常起动时，各电动机错开起动时间，厂用 母线最低允许值为额定电压的 80% 。 2. 自起动时，厂用母线最低允许值为额定电压的 6570% 。 3. 限制参与自起动的电动机数量，对不重要设备的电 动机加装低电压保护，延时 0.5s 断开，不参加自起动。 4. 阻力转矩为定值的重要设备的电动机，因它只能在 接近额定电压下起动，也不参加自起动。对这些机械设 备，电动机均可采用低电压保护。当厂用母线电压低于临 界值（电动机的最大转矩下降到等于阻力转矩）时，把它 们从母线上断开。这样，
29、可改善未曾断开的重要电动机自 起动条件。 5. 对重要的机械设备，应选用具有高起动转矩和允许 过载倍数较大的电动机。 二、厂用电源的切换方式二、厂用电源的切换方式 厂用电源的切换方式，除按操作控制分手动与自动 外，还可按运行状态、断路器的动作顺序、切换的速度等 进行区分。 1按运行状态区分 （1）正常切换。在正常运行时，由于运行的需要（如开 机、停机等） ，厂用母线从一个电源切换到另一个电源，对 切换速度没有特殊要求。 （2）事故切换。由于发生事故（包括单元接线中的高厂 变、发电机、主变压器、汽轮机和锅炉等事故） ，厂用母线 的工作电源被切除时，要求备用电源自动投入，以实现尽 快安全切换。 2
30、按断路器的动作顺序区分 （1）并联切换。在切换期间，工作电源和备用电源是短 时并联运行的。它的优点是保证厂用电连续供给，缺点是 并联期间短路容量增大，增加了断路器的断流要求。但由 于并联时间很短（一般在几秒内） ，发生事故的机率低，所 以在正常的切换中被广泛采用。但应注意工作电源与备用 电源之间的电压差和相角差。 （2）断电切换（串联切换） 。其切换过程是：一个电源 切除后，才允许投入另一个电源，一般是利用被切除电源 断路器的辅助触点去接通备用电源断路器的合闸回路。因 此厂用母线上出现一个断电时间，断电时间的长短与断路 器的合闸速度有关。其优缺点与并联切换相反。 （3）同时切换。在切换时，切除
31、一个电源和投入另一个 电源的脉冲信号同时发出。由于断路器分闸时间和合闸时 间的长短不同以及本身动作时间的分散性，在切换期间， 一般有几个频率的断电时间，但也有可能出现 12 周波两 个电源并联的情况。所以在厂用母线故障及在母线供电的 馈线回路故障时应闭锁切换装置，否则投入故障供电网会 因短路容量增大而有可能造成断路器爆炸的危险。 3按切换速度区分 （1）快速切换。一般是指在厂用母线上的电动机反馈电 压（即母线残压）与待投入电源电压的相角差还没有达到 电动机允许承受的合闸冲击电流前合上备用电源。快速切 换的断路器动作顺序可以是先断后合或同时进行，前者称 为快速断电切换，后者称为快速同时切换。 （
32、2）慢速切换。主要指残压切换，即工作电源切除后， 当母线残压下降到额定电压的 2040后合上备用电 源。残压切换虽然能保证电动机所受的合闸冲击电流不致 过大，但由于停电时间较长，对电动机自起动和机、炉运 行工况产生不利影响。慢速切换通常作为快速切换的后备 切换。 第三节第三节 二期厂用电源切换及备自投装置介绍二期厂用电源切换及备自投装置介绍 二期厂用电快切装置选用江苏金智电气自动化有限公司 生产的MFC2000-3A型微机厂用电快切装置，其产品具有切 换可靠性高，人机界面友好，便于维护等特点。下述详细 介绍： 一、一、快速切换快速切换 工作电源由发电机端经厂用高压工作变压器引入，备用 电源由电
33、厂高压母线或由系统经启备变引入。正常运行 时，厂用母线由工作电源供电，当工作电源侧发生故障时， 必须跳开工作电源开关，此时厂用电母线失电，由于厂用 负荷多为异步电动机，电动机将惰行，母线高压为众多电 动机的合成反馈电压，称其为残压，残压的频率和幅值将 逐渐衰减。 快速切换时间应小于 02S，实际应用时，通常由相角 来界定，如 60 度，考虑到合闸回路固有的时间，合闸命令 发出时的角度小于 60 度，应有一定的提前量，提前量的大 小取决于频率和合闸时间，如在合闸固有时间内平均频差 为 1Hz，合闸时间为 100S，则提前量约为 36 度。快速切换 整定值有二个，即频差和相角差。在装置发出合闸命令
34、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， 由于快切装置总是在启动后瞬间进行，因此，频差和相差 整定可取较小值。 二、同期捕捉切换二、同期捕捉切换 MFC2000 快切装置同期捕捉切换其原理概括如下： 切换最好的办法是实时跟踪残压的频差和相角差的变化， 尽量做到反馈电压与备用电源向量第一次相位重合时合闸， 这就是所谓的“同期捕捉切换” 。同期捕捉切换时间约 06S，对于残压衰减较快的情况，该时间要短的多。若实 现同期捕捉切换特别是同相点合闸，对电动机的自启动很 有利，因此到厂用母线电压衰减到 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最小。需要说 明的是，同
35、期捕捉切换之“同期”与发电机同期并网之 “同期”有很大不同。同期捕捉切换时，电动机相当于异 步发动机，其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场， 而转子不存在外加原动力和外加励磁电流。因此，备用电 源合上时，若相角差不大，即使存在一些频差和压差。定 子磁场也将很快恢复同步，电动机也很快恢复正常异步运 行。所以，此处同期指在相角差零点附近一定范围内合闸。 在实现手段上，同期捕捉切换有两种基本方法：一种基 于“恒定越前相角”原理，即根据正常厂用负荷下同期捕 捉阶段相角变化的速度(取决于该时的频差)和合闸回路的 总时间，计算并整定出合闸提前角，快切装置时时跟踪频 差和相差，当相差达到整定值，且频差不超
36、过整定范围时， 即发合闸命令，当频差超范围时，放弃合闸，转入残压切 换。这种方法优点是较为可靠，合闸角不致偏差太大，缺 点是合闸精度不高，且随厂用负荷变化而变化。另一种基 于“恒定越前原理” ，即完全根据实时的频差、相差，依据 一定的变化规律模型，计算出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。从理论上讲， 该方法能较精确的实现过零点合闸，且不受负荷变化影响。 但使用时，需要解决不少困难：一是要准确地找出频差、 相角变化的规律并给出相应的数学模型，不能简单的利用 线性模型；二是由于厂用电反馈电压频率变化的不完全连 续性（有跳变）及频率测量的间断性（10MS 一点）等，造
37、 成频差及相差测量的间断和偏差；另外，合闸回路的时间， 也有一定的离散性等。由于在同期捕捉阶段，相差的变化 速度可达 12 度/LMS，因此，任何一方面产生的误差都将 大大降低合闸的准确性。 MFC2000 系列快切装置的“恒定越前时间”同期捕捉切 换方法，采用动态分阶段，二阶数学模型来模拟相角差的 变化，并用最小二乘法来克服频率变化及测量的离散性及 间断性，使得合闸准确度大大提高。如不计合闸回路的时 间偏差，可使合闸角限制在10以内。 同期捕捉切换整定值也有两个。当采用恒定越前相角方 式时，为频角和相角差（越前角） ；当采用恒定越前时间方 式时，为频角和越前时间（合闸回路总时间） 。同期捕捉
38、方 式下，频差整定可取较大值。 三、残压切换三、残压切换 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 时间长，电动机自启动成功与否、自启动时间等都受到较 大的限制。一般残压衰减到 40%的时间为 1 秒，残压衰减到 20%的时间约为 1.4 秒。而对另一组试验结果表明,衰减到 20%的时间约为 2 秒。 四、长延时切换四、长延时切换 长延时切换是在以上三种切换方式均无法实现或由于系 统、辅机原因造成而不能采用以上三种切换方式进行切换， 其原理是：在跳开工作电源开关足够长的时间，如 35S 后再合上备用电源。 五、应用事项五、应用
39、事项 由于厂用母线上电动机的特性有较大差异，合成的母线 残压特性曲线与分类的电动机相角、残压曲线的差异也较 大，因此，安全区域的划定严格来说需根据各类电机参数、 特性、所带负荷等因素通过计算确定。实际运行中，可根 据典型机组的试验确定母线残压特性。试验表明，母线电 压和频率衰退减的时间、速度和达到最初反相的时间，主 要取决于试验前该段母线的负载。负载越多，电压、频率、 下降越慢，达到首次反相和再次同相的时间越长。而相同 负荷容量下，负荷电流越大，则电压频率下降的越快，达 到最初反相和同相的时间越短。 快速切换的思想在快速开关问世以后，才得以实现。快 速开关的合闸时间一般小于 100ms，有的甚
40、至只有 40 50ms 左右，这为实现快速切换提供了必要条件，假定事故 前工作电源与备用电源相角相同，并假定从事故发生到工 作开关跳开瞬间，两电源仍相角相同，则如采用同时切换， 且分合闸错开时间整定得很小(如 10ms)，则备用电源合上 时相角差也很小，冲击电流和自动启动电流均很小。若采 用串联切换，则断电时间至少为合闸时间，假定 100ms，对 60 万机组，相角差约 2030 左右，备用电源合闸时的冲击 电流也不很大，一般不会造成设备损坏或快切失败。 快速切换能否实现不仅取决于开关条件，还取决于系 统接线、运行方式、故障类型。系统接线方式和运行方式 决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电
41、压间的初始 角，若电压间的初始角较大，如大于 20，则不仅事故切换 时难以保证快切成功，连正常并联切换也将因环流太大而 失败或造成设备损坏事故。故障类型则决定了从故障发生 到工作开关跳开，这一期间厂用母线电压和备用电源电压 的频率、相角等的变化。 因此，实际情况下可能出现这样情况，一是客观条件无 法实现快速切换，二是有些机组有时快速切换成功，有时 不成功。 快速切换不成功的最佳后备方案是同期捕捉。有关数据 表明：反相后第一个同期点时间约为 0.40.6 秒。残压衰 减允许值（如 2040）为秒，而长延时则要经 现场试验后，根据残压曲线整定一般为几秒钟，以保证自 启动电流在-倍内，可见同期捕捉切
42、换较之残压切换和 长延时切换有明显的好处。 目前有些发电厂采用发变组单元接线方式，而启动/备 用电源则由附近 500KV 变电站提供，在正常情况或某些运 行方式下，厂用工作电源与备用电源间存在较大的初始相 角差，且该相角差随运行方式改变而改变，有些时候甚至 大于 20，这对快切非常不利，这些情况下，同期捕捉切 换是必不可少的。 六、关于快切时间六、关于快切时间 快切时间涉及到两个方面：一是开关固有跳闸时间；二 是快切装置本身的动作时间。 就开关固有跳闸时间而言， 当然是越短越好，特别是备用电源固有开关合闸时间越短 越好。从实际要求来说，固有合闸时间以不超过 34 周波 为好，一般真空开关通常都
43、能满足。若切换前工作电源与 备用电源相同，快切装置以串联方式实现快速切换时，母 线断线时时间在 100ms 以内，母线反馈电压与备用电源电 压间的相位差在备用电源开关合闸瞬间一般不会超过 20 30 度，这种情况下，冲击电流、自启动电流、母线电压的 下降及电动机转速的下降等因素对机炉的运行带来的影响 均不大。对开关速度的过分要求是不必要的，因为快速切 换阶段频差和相位差的变化较慢，速度提高 10ms，相位差 仅减少几度，但对机构的要求提高不少。 快切装置本身的固有动作时间包括其硬件固有动作时间 和软件最小运行时间。装置硬件固有时间主要包括开关量 输入、开关量输出两部分的间隔和继电器动作时间，一
44、般 总的时间在 68ms 左右。软件最小运行时间指最快情况下， 软件完成测量、判断、执行等的时间，该部分一般在 3 4ms 左右。与开关一样，过分追求快速对快切装置来说同样 是不必要的，而且是有害的。从硬件来说，就目前的制造 水平而言，进一步提高速度意味着减少或取消继电器隔离 环节，仅采用光藕隔离，从现场实际情况来说，采用继电 器光藕两级隔离的技术更为成熟可靠。从软件来说，针 对开关断开时灭弧引起的暂态所需进行的一些特别计算处 理以及开关量输入测量时的去拌处理等都是保证装置动作 准确性和可靠性必不可少的，省去这些时间只能使装置加 快几毫秒，对装置切换几乎无影响，但对装置动作的可靠 性来说却是致
45、命的。 七、装置功能简介：七、装置功能简介： （一）切换功能（一）切换功能 1.正常切换 （1）并联切换：a并联自动：手动启动，若并联切换 条件满足，先合备用（工作）开关，经一定延时后再自动 跳开工作（备用）开关，如这段延时内，刚合上的备用 （工作）开关被跳开，则装置不能自动跳开工作（备用） 开关，若并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并等待 复归。b.并联半自动：手动启动，若并联切换条件满足， 先合备用(工作)开关，而跳开工作(备用)开关的操作由人 工完成，在规定的时间内，刚合上的备用(工作)开关被跳 开，操作人员仍不能跳开工作（备用）开关，装置将发出 警告信号。若启动后并联切换条件不满足，
46、装置将闭锁发 信，并等待复归。 （2）正常同时切换：手动启动，先发跳开工作（备用） 开关命令，切换条件满足时，发合备用（工作）开关命令。 若要保证先分后合，可在合闸命令前加一定的延时。正常 同时切换有三种切换条件，快速、同期捕捉、残压。 2.事故切换 ：事故切换由保护出口启动，单向，只 能由工作电源切向备用电源。有两种方式： （1）串联切换：保护出口启动，先跳开工作电源开关， 在确认工作电源开关跳开且切换条件满足时，合上备用电 源。串联切换有三种切换条件，快速、同期捕捉、残压。 （2）事故同时切换：保护启动，先发跳工作电源开关 命令，切换条件满足时即(或经用户延时)发合备用电源开 关命令。 3
47、.不正常情况切换：不正常情况切换有装置检测到不 正常情况后自动启动，单向，只能由工作电源切向备用电 源。不正常情况有两种情况： （1）厂用母线失电：当厂用母线三相电压均低于整定 值，时间超过整定延时，则装置根据选择方式进行串联或 同时切换。切换条件：快速、同期捕捉、残压。 （2）工作电源开关误跳：因各种原因(包括人为误操作)造 成的工作电源开关误跳，装置将在条件满足时合上备用电 源。切换条件：快速、同期捕捉、残压。 （二）低压减载功能（二）低压减载功能 切换过程中的短时断电将使厂用母线电压和电动机转 速下降，备用电源合上后，电动机成组自启动成功与否将 主要取决于厂用母线电压，此时若切除不重要辅
48、机，将有 利于重要辅机自启动，本装置有二段低压减载出口，二段 可分别设置延时，以备用电源合上为延时起始时间。 （三）闭锁报警、故障处理功能（三）闭锁报警、故障处理功能 1.保护闭锁 某些保护动作时(如分支过流、母差等)，为防止备用 电源误投入故障母线，可由这些保护将装置闭锁，装置将 给出信号等待复归。 2.出口闭锁 当装置内部软压板或控制台闭锁开关闭锁装置的跳合 闸出口时，装置将给出出口闭锁信号给工作人员。出口闭 锁可往复投退，不必经手动复归。 3.开关位置异常(去藕合) 装置启动切换的必要条件之一是工作、备用开关一个 合着，另一个打开，若正常检测时发现这一条件不满足(工 作开关误跳除外)，将
49、闭锁出口，并发信号等待复归。另外， 切换过程中如发现一定时间内该跳的开关未跳开或该合的 开关未合上，装置将根据不同的切换方式分别处理并给出 位置异常闭锁信号。如：同时切换或并联切换中，若该跳 的开关未跳开，将造成两电源并列，此时装置将执行藕合 功能，跳开刚合上的开关。 4.后备电源失电 若工作电源投入时备用电源失电或备用电源投入时工 作电源失电，都将不能进行切换操作，装置将给出报警信 号并进入等待复归状态。考虑备用段 PT 检修的情况，可将 此功能进行投退。但退出后，后备失电情况下，能实现残 压切换。 5.PT 断线 厂用母线 PT 一相或二相断线时，装置将闭锁报警并等 待复归。 6.装置异常 装置投入后即始终对某些重要部件如： CPU、RAM、EPROM、EEPROM、AD 等进行自检一旦有故障将闭 锁报警。 7.装置失电 装置开关电源输出的+5V、15V、24V、任一路失电 都将引起工作异常，特设电压监视回路并独立于 CPU 工作， 一旦失电即报警。 8.等待复归 这是一个总的信号，在下列情