山东容弗：浅谈电源快速切换装置，快切

电源快速切换装置简称快切，与传统备自投一样,电源快速切换装置的作用也是在工作电源故障后将备用电源投入,使生产负荷继续运行。但从使用效果上来说,电源快速切换装置又与备自投有着本质的区别。备自投是要在工作母线彻底失电后才进行切换,而电源快速切换装置是要在工作电源故障的第一时刻就进行切换,切除故障电源,投入备用电源。快切装置作为替代备自投装置的新型自动化装置在发电厂的应用已有多年,在确保发电厂用电负荷的连续及安全运行上发挥了巨大的作用。在工业企业变电站,生产负荷众多,大部分都是异步电动机,失电后的残压特性与厂用电类似,快切装置也得到广泛应用。

一、快切装置的原理

图1 发电厂厂用电典型示意图

厂用电的连续可靠是发电机组安全运行的基本条件，为此，厂用母线分支多配有两路供电电源，如图 1 所示。正常情况下，母线由工作电源供电(厂用系统为高厂变分支)，备用电源处于备用状态(厂用系统为高备变分支)。若开关 CB3 正常情况下始终处于合位，则备用电源分支变压器为热备用状态，否则为冷备用状态。热备方式下，切换是在工作电源侧开关 CB1 与备用电源侧开关 CB2 间进行;冷备方式下，切换是在工作电源侧开关 CB1 与备用电源高低压侧开关 CB3、 CB2 间进行切换。

电源快速切换装置简称快切，与传统备自投一样,电源快速切换装置的作用也是在工作电源故障后将备用电源投入,使生产负荷继续运行。但从使用效果上来说,电源快速切换装置又与备自投有着本质的区别。备自投是要在工作母线彻底失电后才进行切换,而电源快速切换装置是要在工作电源故障的第一时刻就进行切换,切除故障电源,投入备用电源。快切装置作为替代备自投装置的新型自动化装置在发电厂的应用已有多年,在确保发电厂用电负荷的连续及安全运行上发挥了巨大的作用。在工业企业变电站,生产负荷众多,大部分都是异步电动机,失电后的残压特性与厂用电类似,快切装置也得到广泛应用。

一、快切装置的原理

图1 发电厂厂用电典型示意图

厂用电的连续可靠是发电机组安全运行的基本条件，为此，厂用母线分支多配有两路供电电源，如图 1 所示。正常情况下，母线由工作电源供电(厂用系统为高厂变分支)，备用电源处于备用状态(厂用系统为高备变分支)。若开关 CB3 正常情况下始终处于合位，则备用电源分支变压器为热备用状态，否则为冷备用状态。热备方式下，切换是在工作电源侧开关 CB1 与备用电源侧开关 CB2 间进行;冷备方式下，切换是在工作电源侧开关 CB1 与备用电源高低压侧开关 CB3、 CB2 间进行切换。

当工作电源侧发生故障时，开关 CB1 跳开，母线失电。由于电动机负荷的机械惯性，母线上的合成反馈电压将逐渐衰减，若备用电源切入时机不当，母线残压与备用电源电压的压差将对厂用设备产生较大冲击，造成设备损坏，甚至切换失败，造成母线失电。厂用电快速切换装置可以自动选择最佳切换时机，保证切换的安全可靠。

图2 变电站典型应用示意图

如图2，正常运行情况下，两段母线分别由各自供电电源支路供电，分支 1 开关 CB1、 分支 2 开关 CB2 均闭合，母联开关 CB3 分位。当任一供电支路故障时，电源快速切换装置根据故障情况，跳开 CB1(或 CB2)，合母联开关 CB3，两段母线均由无故障的电源支路供电，保证两段母线不失电。也可手动控制 CB1(或CB2)和 CB3的分合，进行供电电源支路的切换。

二、启动方式

快切装置可提供手动起动、保护起动、误跳起动、母线失压起动、频压异常启动、逆功率启动及无流起动方式。

1、手动起动

正常手动切换是指正常情况下进行的厂用电源切换。通过装置屏幕菜单就地起动或控制台远方起动切换，完成从工作电源到备用电源，或由备用电源到工作电源的双向切换。

2、保护起动

将线路/线变组/主变等电源侧设备的快速主保护出口接点引入到快切装置中，系统正常运行时，一旦检测到电源侧主保护动作，快切装置立即启动切换，断开故障线路，投入备用电源。只能由工作电源侧切换至备用电源侧。

3、误跳起动

因误操作、开关机构故障等原因造成工作电源开关误跳开时，装置自动起动切换，切换条件满足时，合上备用电源开关。只能由工作电源侧切换至备用电源侧。

4、母线失压起动

当检测到母线三相电压均低于失压起动整定值且进线无流，经整定延时装置起动切换功能。只能由工作电源侧切换至备用电源侧。

5、频压异常启动

频压异常判据用来解决进线以外的上级电网故障引起 “晃电”时的高压侧快切装置的起动问题。 晃电时进线保护不会起动，但当上级电网保护动作之后，由于脱网造成的功率缺额，将使母线电压和频率逐步下降，频压异常判据就是根据此原理而设计的。 当频率和电压偏离正常值一定程度时，表明母线已经脱离外电网运行，快切装置起动。

6、逆功率启动

由于石化、厂矿等企业存在大量的高低压电动机，因此，在进线或外电网发生接地等故障时， 企业电网将通过进线向外电网提供反馈电流，逆功率判据就是根据这个原理设计的。

7、无流启动

无流判据用来解决进线上级电源因非故障原因跳开(误跳，或误操作)时快切装置的起动问题。 无流判据是一个组合判据，需同时检测进线电流值，同时母线频率低于正常值一定程度时，快切装置起动。开关变位起动。 开关变位起动用来解决本侧开关偷跳问题。若处于合位的开关跳开且进线无流，则装置起动切换，合上另一侧电源以保证母线供电。低电压起动判据。 该判据属于后备判据，当以上判据均不起作用时，起到类似于备自投的作用。

三、切换方式(操作顺序)

装置在起动后，会按照一定的顺序操作工作电源开关和备用电源开关。在快切原理中，我们用“切换方式”来描述不同开关操作顺序。快切装置提供的切换方式包括：并联、串联和同时方式。以下以单母分段运行方式为例，对各种切换方式简单说明，单母运行方式类同。

1、 并联切换

并联切换只能以手动起动方式触发。如图2所示，以从CB1并联切换到CB3为例。手动起动后，若并联条件满足，装置先合上CB3开关，此时分支1、分支2两个电源短时并列，经整定延时(并联跳闸延时)后装置再跳开CB1。如在这段延时内，刚合上的CB3被跳开，则切换结束，装置不再跳开CB1，以免停电范围扩大。若CB1拒跳，则装置会去跳开CB3开关，以避免两个电源长时间并列。若手动起动后并联切换条件不满足，装置将立即闭锁并进入等待复归状态。并联切换方式适用于正常情况下同频系统的两个电源之间的切换，可用于进线检修时的人工倒闸或故障后手动恢复。

2、 串联切换

如图2所示，以从CB1切换到CB3为例。装置起动后，先跳开CB1开关，在确认CB1跳开后，再根据合闸条件发出合母联开关CB3命令。若CB1拒跳，则切换过程结束，装置不再合CB3。串联切换多用于事故情况下自动切换。串联切换可以有以下几种合闸方式：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。快速切换不成功时自动转入越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。

3、 同时切换

如图2所示，以从CB1切换到CB3为例。装置起动后，先发出跳CB1开关命令，然后经一整定的同时切换合闸延时，再根据合闸条件发出合CB3的命令。若最终CB1拒跳，则装置会去跳开CB3开关，以避免两个电源长时间并列。同时切换与串联切换比，不需要确认CB1已跳开再判断CB3合闸条件，只要经过一个延时，即去判断CB3合闸条件，目的是使得母线断电时间尽量缩短。同时切换可以有以下几种合闸方式：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。快速切换不成功时自动转入越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。

四、实现方式(合闸条件)

装置在起动后，会按照预定的切换方式跳工作开关和合备用开关。无论哪种切换方式都涉及到合备用开关的操作。快切装置提供的实现方式包括：快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换。

1、 快速切换条件

起动切换后，母线电压与目标分支电压的频差小于“快切频差”定值、相差小于“快切相差”定值时快速切换条件满足。

2、 越前相角切换条件

母线电压与目标分支电压的相差等于“同捕越前相角”定值，且母线电压与目标分支电压的频差小于“同捕允许频差”定值时越前相角切换条件满足。

3、 越前时间切换条件

根据当前母线电压与目标分支电压的频差及相角差变化速度，实时计算“同捕越前时间”定值设定的延时后母线电压与目标分支电压间的相差，相差为零且且母线电压与目标分支电压的频差小于“同捕允许频差”定值时越前时间切换条件满足。

4、 残压切换条件

当母线电压幅值低于“残压切换幅值”定值时，残压切换条件满足。

5、 长延时切换条件

在“长延时时间”定值设定的延时内，如果上述四种切换条件均不满足，则延时结束后长延时切换条件满足。

技术的发展是无止步的，新技术在电力系统中的应用使得我们有能力建成坚强可靠的智能电网，山东容弗新信息科技有限公司公司立志成为大电网安全保护与控制领域技术发展的引领者，为智能电网和智能变电站从建设、运维到调度管理提供全过程的智能化技术支持和全方位专业服务。