电力技术与应用 工业企业电源快速切换装置分析及应用 陈永亮 洛阳石化工程建设集团有限责任公司河南洛阳４７１ ０１ ２ 摘 要：详细阐述了备用电源自动投入装置的局限性，通过对电源快速切换装置特点、功能的详细分析，突出了电源快速切换装置在石化企业安全、 平稳生产中的必要性。 关键词：备用电源自动投入装置反馈电压快速切换电源快速切换装置 某石化企业继电保护系统采用金智科技 公司的ＭＦＣ５１０３Ａ工业企业电源快速切换装 置，是针对石化等行业用户的需求而专门设 １引言 石化行业由于生产工艺流程的特殊性， 供电质量要求高，而外部电网或内部供电网 电压下降较慢，为了避免备用电源合上时由 于反相或相位差大造成大的冲击电流，各自 投装置往往设定较长的延时和较小的低电压 络的故障或异常原因，造成非计划停电、电 定值。例如，某石化企业各自投装置在检测 压大幅波动或短时断电（俗称“晃电”）的情 到母线电压下降至定值（一般为６５％～７０％） 况却时有发生，往往会引起设备停运或空转、 工艺流程中断或废品产生，有时甚至导致生 并延时一段时间后（通常设定为０．８～１．５ｓ）， 产设备报废等严重后果，给企业造成巨大的 跳开工作电源开关；再等待失电母线电压降 经济损失 至２０￣３５％以下时，合上备用电源开关或母 联开关。可见，备自投装置在牺牲速动性的 进线１ 进线２ 前提下保证了一定的可靠性，显然不能满足 石化企业的供电要求。 ３电源快速切换装置的功能 快速切换装置是当母线电源中断后，即 刻同时发出断路器的分、合闸指令，跳开工 作电源，同时合备用电源。一般包括快速切 １ＤＬ２ＤＬ 换、首次同期点切换、残压切换和延时切换４ — ——母线１ １』 ３ＤＬ ｉｊ 母线２ 项功能。 ３．１快速切换 图１单母线分段方式供电系统简图 母线残压和备用电源电压之间的相位差 ２备用电源自动投入装置的局限性 拉开不超过３Ｏ。，系统实际无流时间仅为断路 及原因分析 器合、分闸时间之差，一般不超过１５ｍｓ 切 目前，工业企业解决供电可靠性的主要 换全过程也不超过１Ｏ０ｍｓ，完全满足系统要 办法是一次系统采用双路或多路供电（见图 求。 １），再辅以二次系统采用备用电源自动投入 ３．２首次同期点切换 装置。对一般企业而言，备自投装置已经可 当母线残压和备用电源电压相对旋转。一 以满足使用要求。而对于要求连续供电的石 周又回到同期点，这时角差为０，差压也较小， 化企业，备自投装置的使用效果并不甚理想。 若在这一时刻合上备用电源，电气设备受到 原因是这些企业有大量的电动机（感性）负 的冲击也较小。根据采集的电压可计算母线 荷，而各电动机的容量、参数不一致，失电 残压向量相对于备用电源电压向量旋转到首 后电动机在短时间内将继续旋转，并将磁场 个同期点的时间，并设定备用电源合闸的提 能转变为电能，此时部分异步电动机实际上 前时间。该切换冲击电流比快速切换增大了 已转入异步发电机运行工况，因此母线的电 许多，但还是在系统可接受的范围内。 压即是多台异步发电机发出的合成反馈电 ３．３残压切换 压，俗称残压，而从电动机失电到失压进而 当母线残压衰减到低于设定值时合上备 无压，各自投完成动作的过程持续时间长达 用电源。一般来讲，当母线残压低于４０％的 １～２秒，甚至更长，此时电动机已被分批切 额定电压时进行切换，冲击电流已降到可接 除。即使是延迟时间较长的高压重要电动机 受的范围内，但要注意的是，残压切换引起 未被切除，由于母线已经无压（一般无压定 的冲击电流较大，不同的系统容量和备用变 值为额定电压的２０％～３５％），转速已经严重 压器容量都会影响冲击电流值。 下降，直接影响生产过程的连续性，并对产 ３．４延时切换 品质量造成不良影响。而且此时投入各自投 在发出切换指令后经过一定的延时后合 装置将造成较大的电动机自起动冲击电流， 上备用电源的切换方式，一般可设定１ ５ｓ的 直接作用于电动机并甚至可能导致切换失败 等待时间。 造成厂用电中断，其后果是十分严重的。 综合以上四种切换模式的分析，快速切 各自投实际上并没有真正起到保障供电 换装置要实现的就是尽量减小切换过程产生 连续性的作用，更难保证供电可靠性。纠其 的冲击电流，其中最主要而且最理想的是快 主要原因有二，一是装置起动过迟，二是装 速切换，除非快切失败，才继续执行备用切 置起动后将备用电源投入的时间太长。追根 换模式。这里特别指出，４种切换模式是同时 溯源，目前使用的各自投装置几乎完全套用 同步启动的，即４种不同的逻辑程序同时运 电网变电站的备自投装置工作原理，并没有 行。表１为快切装置在不同切换模式下的切 针对工业企业的需求和技术特点进行原理、 换总时间。 功能、性能的专门性设计和开发。例如：在 表１不同切换模式下的切换总时间 起动条件上，仅采用失压起动，并没有考虑 切换方式 切换总时间 把有关的保护动作、失电作为起动条件以缩 快速切换 ３０～１００ｍｓ 短起动时间；在合闸（合备用电源）条件上， 首次同相切换 ２５０￣５００ｍｓ 采用延时和无压判据，没有采用母线电压、 残压切换 ４ＯＯ～１２００ｍｓ 频率、相位实时跟踪技术，从而实现 速 切换”。尤其对于石化企业，由于存在大量的 延时切换 ＞ｌ７００ｍｓ 感应电动机，母线失压后电动机惰行，反馈 ４电源快速切： 奂装Ｉ的优点 ２１ ２ ｗｗｗ．ｓｐｙｚｌｚｚ．ｔｏｍ商品与质量・学术观察 计和研发的新一代多功能快切产品。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。当任意一路进线电源失去 时，ＭＦＣ５１０３Ａ装置均能投入另一侧进线电 源。该装置设置于３５ｋｖ及６ｋＶ配电系统，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１ｏ０％，无一例误动、拒 动、误发信，表现了该装置的高可靠性。 ＭＦＣ５ １０３Ａ工业企业电源快速切换装置 的优点主要体现在如下几个方面： ４．１切换功能齐全 兼有手动起动、保护起动、失压起动、 误跳起动、无流起动、逆功率起动等多种起 动方式； 兼有并联、串联和同时切换方式； 兼有快速切换、同期捕捉切换、残压切 换、长延时切换等实现方式； 完备的切换闭锁功能。 ４。２可靠的软硬件设计 装置采用全封闭背插式结构，抗干扰设 计，使装置的抗电磁干扰能力大大提高； 出口设有闭锁继电器，保证装置可靠出 口： 逻辑单元软件与管理单元软件运 行，通信、显示等不会影响切换逻辑正常运 行。 ４．３友好的易用性 装置配有汉字液晶显示，直观的界面菜 单，详细的信息显示，丰富的指示灯，便于 操作和调试； 装置提供调试接口，可通过该接口将装 置所有信息（报告、录波、定值等）导出。 ４．４通信功能 支持以太网、ＲＳ４８５通信接口； 支持ＩＥＣ６０８７０—５．１０３、Ｍｏｄｂｕｓ通信规约。 ４．５强大的故障录波及信息记录功能 信息记录包括动作、告警、开入开出变 位信息、装置自检、运行及录波事件等，全 面了解设备运行状况。 ５结语 工业企业电源快速切换装置克服了以往 备自投装置的缺点，大大提高了工业企业控 制自动化的水平，其模块化的设计、丰富的 切换逻辑、灵活的设置以及高速的运算能力、 人机友好界面使得该装置成为石化企业供配 电系统不可或缺的组成部分，有利保障了企 业的安全、平稳生产。 参考文献： ［１］金智科技公司．ＭＦＣ５１０３Ａ工业企业电源快 速切换装置说明书［Ｐ］．２０１０：１－３，３３－３４． ［２］国家发展和改革委员会．电厂厂用电源快 速切换装置通用技术条件（ＤＬ厂丁１０７３—２００７） ＩＳ］．北京：中国电力出版社，２００８：２－５． ［３］电力工程电气设计手册电气二次部分 ［Ｓ］．北京：中国电力出版社，ｌ９９６：１８８—１９１．
