备用电源快速切换装置用户手册.doc
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1、 珠海万力达电气股份有限公司珠海万力达电气股份有限公司 M MBKQBKQ-6 61 10Hb0Hb 备用电源快速切换备用电源快速切换装置装置 用户手册用户手册 编 制:张 斌 校 核:姜万东 审 批:林存利 文献编号:WLDK-JY-244-2023 版本号:V2.01.03 出版日期:2023 年 07 月 版权所有:珠海万力达电气股份有限公司 注:我公司保存对此说明书修改的权利。假如产品与说明书有不符之处,请您及时与我公司联系,我们将为您提供相应的服务。技术支持电话:传真:前 言 1.型号说明 MBKQ-610Hb 备用电源快速切换装置结构型式为 Hb 型,合用于发电厂厂用电系统备用电源
2、的快速切换。2.引用标准 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件 DL 478-2023 继电保护和安全自动装置技术规程 GB/T 14285-2023 电力装置的继电器保护和自动装置设计规范 GB50062-92 电厂厂用电快速切换装置通用技术条件 DL/T1073-2023 3.使用注意事项 装置通电前,必须进行外观检查,保证面板完好无划痕、紧固螺钉无松动、装置可靠接地、各插件紧固螺丝拧紧以及端子接触良好。装置加上电源后,面板上“运营”指示灯应当闪烁、数码管循环显示待合两侧压差、频差、相角差,液晶显示待合两侧压差、频差、相角差及系统各个开关状态等运营数据。严禁带电插拔各插件板,否则也许损坏
3、装置。严禁装置在带一次设备运营中,进行开出实验。1.产品说明 1.1 合用范围 MBKQ-610Hb 备用电源快速切换装置重要合用于发电厂或其它工矿公司如:冶金、煤炭、石油化工、造纸、泵站等拥有较多高压电动机负荷的场合的厂用备用电源切换。这些场合对电源切换规定比较高,在电源切换时规定不能导致运营中断或设备冲击损坏。而以往厂用备用电源切换一般采用工作开关辅助接点直接(或经简朴备自投、低压继电器、延时继电器)起动备用电源投入。这种方式,若合闸瞬间厂用母线反馈电压与备用电源电压间相角差较大,将对电动机导致很大的合闸冲击。而加固定延时的切换方式,也因切换时系统运营方式、厂用负荷、故障类型等因素,不能可
4、靠保证躲过反相点合闸。若待残压衰减到一定幅值后投入备用电源,则由于断电时间过长,母线电压和电动机的转速都下降很大,将严重影响设备运营工况,况且备用电源合上后,由于电动机成组自启动电流很大,母线电压将也许难以恢复,从而导致自起动困难,甚至被迫停机停产。我公司为了解决上述厂用电的安全运营、备用电源切换的问题,研制出了 MBKQ-610Hb 备用电源快速切换装置。MBKQ-610Hb 备用电源快速切换装置借鉴发电机准同期的同期捕获原理,捕获工作母线残压与备用电源电压相角重合点实现备用电压的同期捕获切换,使装置切换可靠躲过 180反相点合闸。实现厂用电备用电源的可靠快速切换。该装置的可靠性、精确性与快
5、速性三个重要技术性能特性,均达成或优于国内外同类型产品的技术水平,系新一代智能型自动的电源快切装置。1.2 功能及特点 1.2.1 重要功能 具有手动切换、事故切换、非工况切换(失压、开关误跳)功能。手动切换具有双向切换功能 并联、串连、同时三种开关切换顺序选择 故障情况时,实现备用电源的快速、同期捕获、残压、长延时切换 1.2.2 辅助功能 PT断线告警 备用电源失电告警及闭锁功能 开关异常闭锁 装置自检故障告警 备用电源电流速断和过电流保护 开关合闸时间测试 保护定值远方召唤和修改 故障录波 支持以太网网络打印功能(手动打印定值、手动自动打印报告)1.2.3 IO 资源及模拟量 模拟量:六
6、路电流输入:工作电源电流及备用电源电流 五路电压输入:母线电压、工作电源电压及备用电源电压 开入量:装置共有20路开入量 开出:装置共有14对出口 1.2.4 通讯功能 两路标准RS485多机通讯端口 两路工业以太网口端口 支持单网、双网通讯,可以完全实现网络的冗余互备 IEC-60870-5-103(RS485通讯模式)、IEC-60870-5-104(工业以太网通讯模式)标准通信规约 1.2.5 GPS 对时功能 装置可以通过RS485差分电平接受GPS硬时钟分对时(或秒对时),同后台监控系统配合,可以完毕GPS的精确对时。1.2.6 装置特点 采用了32位DSP微解决器 实时多任务操作系
7、统及C+编程技术,可实现在线编程 双屏显示(液晶汉化显示和数码管显示),方便运营人员巡检 硬件互换性好,方便用户维护及减少备件的数量 采用6U、19/3英寸标准机箱,后插式结构,可就地安装在开关柜上或集中组屏 1.2.7 重要技术参数 额定数据 装置电源:DC/AC 86265V 操作电压:DC 220V 或DC 110V 交流电压:100/3V或100V 交流电流:5A或1A 频率:50Hz 功率消耗 直流回路:10W(正常工作时);15W(动作时)。交流电压回路:0.5VA/相 交流电流回路:1VA/相(In=5A);0.5VA/相(In=1A)。过载能力 交流电压:1.2倍额定电压连续工
8、作 保护电流:2倍额定电流连续工作 10倍额定电流,允许10 s 40倍额定电流,允许1 s 定值整定范围及误差 定值最大整定范围:电压元件:1V120V 电流元件:0.1In20In 频 率:45.00Hz55.00Hz 时间元件:0.00s100.00s 定值误差:电流及电压定值:3%整定值 频率定值:0.02Hz 角度定值:2 整组动作时间(涉及继电器固有时间):固有动作时间:2 倍整定值时,不大于 45ms 测量精度 交流电压:0.2级 开关合闸时间:2ms 频率:0.02Hz SOE分辨率:2ms 跳、合闸出口接点容量 可长期接通DC 250V,8A。GPS 对时误差 对时误差2ms
9、 环境条件 环境温度:工作:-20+55。储存:-25+70,相对湿度不大于80%,周边空气中不具有酸性、碱性或其它腐蚀性及爆炸性气体的防雨、防雪的室内;在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆转的变化,温度恢复后,装置应能正常工作。相对湿度:最湿月的月平均最大相对湿度不大于90%,同时该月的月平均最低温度不低于25且表面不凝露。最高温度为+40时,平均最大湿度不超过50%。大气压力:80kPa110kPa(相对海拔高度2km 以下)。1.2.8 硬件结构 装置采用6U、19/3英寸标准机箱,铝合金外壳,整体嵌入式安装。显示板安装在前面,其他插件采用后插安装方式,后视从左至右依次是电源插件、I
10、/O插件、CPU插件和交流插件。外型尺寸及安装开孔图 结构外型尺寸图 结构安装开孔图 装置上屏装配环节:先松开上屏紧固螺钉,将上屏支架拆下;将装置从保护屏的前面往后推入,直到紧贴固定板;先装上屏支架 2,再装上屏支架 1,然后用上屏紧固螺钉从上屏支架 1 的后孔插入,再拧入上屏支架 2 的螺孔内拧紧;上下支架的安装方式相同;用接地螺丝连接接地线。2.装置功能 2.12.1 厂用电备用电源切换存在的问题厂用电备用电源切换存在的问题 大容量火电机组的特点之一是采用机、炉、电单元集控方式,其厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运营的安全、可靠性有着相称重要的影响,而厂用电电源切换则是整个厂用
11、电系统的一个重要环节。发电机组对厂用电电源切换的基本规定是安全可靠:安全性:切换过程中不能导致设备损坏;可靠性:为提高切换成功率,减少备用变过流或重要辅机跳闸导致锅炉汽机停运的事故。以往的厂用电电源切换方式重要采用以下几种方式:以工作开关辅助接点直接(或经低压继电器、延时继电器)起动备用电源投入;在合闸回路中加延时以图躲过 180反相点合闸(短延时切换);在合闸回路中另串普通机电式或电子式同期检查继电器;合闸回路中串残压检定环节,即残压切换。以上几种厂用电电源切换方式都不能很好地满足安全性、可靠性的规定。国内有关资料已经提供了不少同厂用电切换有关的问题和事故,如停机停炉、设备冲坏等。事实上,厂
12、用电切换不妥引起的问题有些是明显的、突发的,而有些是渐变的。譬如:电动机或备用变受一两次冲击并不一定立即就损坏,即使坏了,也并不一定引起足够的重视。厂用电电源切换过程与很多因素有关,较长时间未发生问题并不意味着不存在隐患。国外在厂用电电源的事故切换中已广泛采用快速切换,国内近几年的新建工程也基本采用了快速切换装置。随着真空开关的广泛应用,厂用电备用电源切换采用新一代快速切换装置已毋容置疑。2.22.2 厂用电快切的必要性和解决办法厂用电快切的必要性和解决办法 目前,在发电厂和所谓重要负荷的工矿公司以及某些变电站中,用电的连续可靠是电机安全运营的基本条件。以往国内广泛采用的备用电源自投方式,一般
13、都是用工作电源开关辅助接点直接(或经低压、延时继电器)启动备用电源投入,这种方式无相频检测,厂用电切换成功率低或切换时间长,电动机复起动电流过大易超过允许值范围受冲击损坏。特别是一些使用大功率电机、高压电机的场合,由于电机在断电后电压衰减较慢,如在残压较大时不检查同期条件就合上备用电源,起/备变压器和电动机将有也许受到严重的冲击而损坏,如只待其残压降到一定幅度(如 20%-40%Un 之间)后再投入备用电源,由于断电时间长,电动机的转速下降很大,成组电动机的自起动引起母线严重继续失压,某些辅机势必退出,严重时重要机组自起动困难势必导致停机停炉。为解决以上问题,本装置在正常用电时就对待合开关两端
14、电源的频率、电压、相位量进行长期的自动跟踪和监测,一旦检测到切换启动信号时,将立即根据当前频差、相差采样值,同时运用适当的数学模型(不仅考虑当前的相差、频差,并且考虑以后相差、频差的变化率)结合预置的待合开关导前时间,推算出以后合闸准点时的相差、频差,然后同预置的允许的相差、频差进行比较,当条件满足时就发出合、跳闸脉冲信号。一方面,由于工作电源正常工作时备用电源同工作电源之间的压差、频差、相差一般都很小,因此当工作电源故障跳开,其母线残压与备用电源的相差将从 0 度开始逐渐变大,本装置启动切换的第一阶段预测计算预置参数中的快切允许频差、相差进行计算,看是否满足在母线的残压压降很小时发出合、跳闸
15、控制信号;假如条件不满足则进入第二阶段的第一个同步点的预测计算控制,其比较取值当然是预置的同期合闸的相差、频差允许值;假如以上两条件都不满足,同时其残压降至残压切换整定值则立即转入无条件的残压切换控制。2.32.3 厂用电切换方式厂用电切换方式 厂用电电源切换的方式可有以下几种:2.3.1 按开关动作顺序分类:并联切换:先合上备用电源,两电源短时并联,再跳开工作电源。这种方式多用于正常切换,如起、停机。串联切换:先跳开工作电源,在确认工作开关跳开后,再合上备用电源。母线断电时间至少为备用开关合闸时间。此种方式多用于事故切换。同时切换:这种方式介于并联切换和串联切换之间。合备用命令在跳工作命令发
16、出之后、工作开关跳开之前发出。母线断电时间大于 0ms 而小于备用开关合闸时间,可设立延时来调整。这种方式既可用于正常切换,也可用于事故切换。2.3.2 按起动因素分类:正常手动切换:由运营人员手动操作起动,快切装置按事先设定的手动切换方式(并联、同时)进行分合闸操作。事故自动切换:由保护接点起动。发变组、厂变和其它保护出口跳工作电源开关的同时,起动快切装置进行切换,快切装置按事先的自动切换方式(串联、同时)进行分合闸操作。非正常工况自动切换:有两种不正常情况:一是母线失压。母线电压低于整定电压达整定延时后,装置自行起动,并按自动方式进行切换。二是工作电源开关误跳,由工作开关辅助接点起动装置,
17、在切换条件满足时合上备用电源。2.3.3 按切换速度分类:快速切换 同期捕获切换 残压切换 长延时切换 2.42.4 快速、同期、残压切换原理快速、同期、残压切换原理 图 2-1 所示为厂用电系统的接线图,图 2-2 为电动机切换时的等值电路图。工作侧开关备用低压侧开关母线L1L1Ia1、Ib1、Ic1Ia2、Ib2、Ic2Ua,Ub,UcU2工作变备用变备用高压侧开关发电机PT隔离开关U1 图 2-1 系统接线图 (a)等效电路图 (b)相量图 图 2-2 电动机重新接通电源时的等值电路图和相量图 Us-电源电压;Ud-母线上电动机的残压;Xs-电源等值电抗;Xm-母线上电动机组的等值电抗;
18、U-电源电压与残压之间的差拍电压。由图 2-1 所示的厂用电系统。正常运营时,厂用电母线由工作变压器提供,备用变压器为明备用。当主变压器发生故障保护动作时,工作侧开关将被跳开,连接在母线上的旋转负载部分电机将作为发电机方式运营,部分电机将惰行,此时母线上电压(残压)的频率和幅值将逐渐衰减,假如备用低压侧开关合上,不可避免地将对母线上的电机导致冲击,严重威胁厂用旋转负载的自起动及安全运营。图 2-2 所示为电动机重新接通电源时的等值电路图和相角图,从图中可以看出,不同的角(电源电压和电动机残压两者之间的夹角),相应不同的值,如=180时,值最大,假如此时重新合上电源,对电动机的冲击最严重。UsU
19、d UIrsIrmIUsUdXsXmQF U根据母线上成组电动机的残压特性和电动机耐受电流的能力,在极坐标上可绘出其残压曲线,如图 2-3 所示。电动机重新合上电源时,电动机上的电压Um为:mmSmXUUXX (21)式中 Xm 电动机组负荷折算母线侧的等值电抗;Xs 电源的等值电抗;U 电源电压和残压之间的差拍电压。令 Um 等于电动机起动时的允许电压,即为 1.1 倍电动机的额定电压 UDe:1.1mmDeSmXUUUXX (22)则:XmXsXmUUDe1.1 令:XmXsXmK 则:KU1.1(%)(23)2402201701401301501601801900.4S210200230
20、A0.5SC320VS5012011010090D0.2S7080B600.7SUVDO0.9S0.6S4020300.1SB350A36010340330BA310250260270290280300 图 2-3 电动机的残压特性曲线和电动机耐受的冲击电流拟定的允许极限 假设 K0.67,计算得到U()1.64。在图 2-3 中,以 A 点为圆心,以 1.64 为半径绘出 A-A 圆弧,其右侧为备用电源合闸的安全区域。在残压特性曲线的 AB 段,实现的电源切换称为“快速切换”即在图中 B 点(0.3 秒)以前进行的切换,对电机是安全的。延时至 C 点(0.47 秒)以后进行同期判别实现的切换
21、称为“同期判别切换”此时对电机也是安全的。等残压衰减到 2040时实现的切换,即为“残压切换”。为保证切换成功,当事故切换开始时,装置自动起动“长延时切换”作为事故切换的总后备。快速同期切换 在工作侧开关刚跳开时,母线残压下降较慢,如图 2-3 中 A-B 段,在此段中,在装置发出合闸命令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。由于快速切换总是在起动后瞬间进行,因此压差、频差和相差整定可取较小值。若开关合闸时间在 100ms 左右,无扰动装置可迅速合闸,实现 200ms 内的快速合闸。同期捕获切换 图中,过 B 点后 BC 段为不安全区域,不允许切换。在 C 点后至 CD 段实现
22、的切换以前通常称为“延时切换”或“短延时切换”。前面已分析过,用固定延时的方法并不可靠。最佳的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化,尽量做到在反馈电压与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸,这就是所谓的“同期捕获切换”。以图为例,同期捕获切换时间约为 0.6s,对于残压衰减较快的情况,该时间要短得多。若能实现同期捕获切换,特别是同相点合闸,对电动机的自起动也很有利,因此时母线电压衰减到 65%-70%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。MBKQ-610Hb 备用电源快速切换装置能实时跟踪各电源电压的频率、相位及相位差的变化。在同期判别过程中,装置计算出目的电源与残压之间相角
23、差速度及加速度,按照设定的目的电源开关的合闸时间进行计算得出合闸提前量,从而保障了在残压与目的电压向量在第一次相位重合时合闸。减小了对厂用旋转负载的冲击。同期捕获切换整定值有两个:压差、频率差、越前合闸时间、频差加速度闭锁值。频率差整定可取较大值,越前合闸时间为断路器合闸时间,为了防止频率衰减过快,导致同捕功能大于整周角合闸,当系统频率衰减较快,大于频差加速度闭锁值时,闭锁同期捕获功能。残压切换 当母线电压(残压)下降至 2040额定电压时实现的切换称为“残压切换”,该切换可作为快速同期切换及同期捕获切换功能的后备,以提高电源切换的成功率。残压切换虽能保证电动机安全,但由于停电时间过长,电动机
24、自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。如图 2-3 所示情况下,残压衰减到 40%的时间约为 1 秒,衰减到 20%的时间约为1.4 秒。长延时切换(必须投入)当某些情况下,母线上的残压有也许不易衰减,此时如残压定值设立不妥,也许会推迟或不再进行合闸操作。因此在该装置中另设了长延时切换功能,作为以上三种切换的总后备,长延时切换必须投入。2.52.5 备用电源快速切换应用事项备用电源快速切换应用事项 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动机参数、特性、所带负荷等因素通过计算拟定。实际运
25、营中,可根据典型母线负荷的实验拟定母线残压特性。实验表白,母线电压和频率衰减的时间、速度和达成最初反相的时间,重要取决于实验前该段母线的负载。负载越多,电压、频率、下降得越慢,达成初次反相和再次同相的时间越长。而相同负载容量下,负荷电流越大,则电压、频率下降得越快,达成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同相,并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间,两电源仍同相,则若采用同时方式切换,且分合闸错开时间(断电时间)整定得很小(如 10
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