備用電源自動(dòng)投入裝置切換

1.廠用電切換對(duì)鍋爐燃燒的影響

鍋爐是一個(gè)多輸入多輸出、非線性的動(dòng)態(tài)對(duì)象，諸多調(diào)節(jié)量和被調(diào)量之間存在著一定的耦合通道。若廠用電備用電源切換時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致鍋爐輔機(jī)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速明顯降低，例如當(dāng)磨煤機(jī)和給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到一定的程度時(shí)，風(fēng)粉比就不能維持鍋爐的正常燃燒，可能會(huì)引起熱工保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致停爐、停機(jī)，嚴(yán)重情況下，甚至可能造成鍋爐爆炸事故。

2.影響廠用電切換的主要因素

影響火力發(fā)電廠廠用電切換的主要因素包括開關(guān)條件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、故障性質(zhì)、切換方式和切換裝置。

少油開關(guān)逐漸被真空開關(guān)所代替，大大縮短了切換時(shí)間，對(duì)快速切換的實(shí)現(xiàn)起到了決定性作用；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式取決于電氣主接線，廠用電切換只能在既定的情況下進(jìn)行，不可能按照廠用電切換的需要來(lái)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式；故障的發(fā)生往往是不可預(yù)見的，所以其性質(zhì)不可預(yù)測(cè)?？梢?，只有通過對(duì)切換方式和切換裝置的優(yōu)化選擇來(lái)解決傳統(tǒng)備用電源自動(dòng)投入過程中出現(xiàn)的問題。

3.廠用電的切換方式

（1）按照起動(dòng)原因分類，廠用電切換可分為如下3 種方式：

1）正常切換：由運(yùn)行人員手動(dòng)操作起動(dòng)，常用于發(fā)電廠機(jī)組的開、停車過程；

2）非正常切換：用于工作電源母線非正常電壓下降或失電，以及人為誤操作或工作電源進(jìn)線開關(guān)誤動(dòng)作而導(dǎo)致的工作電源被切除；

3）事故切換：由BZT 裝置保護(hù)出口起動(dòng)，用于事故情況下的工作電源電壓下降或失電。

（2）按照開關(guān)的動(dòng)作順序分類（動(dòng)作順序以工作電源切向備用電源為例），廠用電切換可分為如下3種方式：

1）并聯(lián)切換：先合上備用電源，再跳開工作電源，多用于正常切換。并聯(lián)切換又可分為并聯(lián)自動(dòng)和并聯(lián)非自動(dòng)兩種方式，并聯(lián)自動(dòng)方式指由切換裝置先合上備用電源，經(jīng)短時(shí)并聯(lián)后，再跳開工作電源；并聯(lián)半自動(dòng)方式指快切裝置僅完成備用電源的合閘，工作電源的跳閘由運(yùn)行人員完成。并聯(lián)切換過程中，母線不會(huì)斷電；

2）串聯(lián)切換：先跳開工作電源，確認(rèn)工作電源進(jìn)線開關(guān)跳開后，再合上備用電源，多用于事故切換。串聯(lián)切換過程中，母線的斷電時(shí)間約為備用電源進(jìn)線開關(guān)的合閘時(shí)間；

3）同時(shí)切換：介于并聯(lián)切換和串聯(lián)切換之間，先跳開工作電源，經(jīng)短延時(shí)后再合上備用電源，短延時(shí)的目的是保證工作電源先斷開、備用電源后合上，這種方式可用于正常切換、非正常切換和事故切換。同時(shí)切換過程中，母線的斷電時(shí)間大于0而小于備用電源進(jìn)線開關(guān)的合閘時(shí)間。

（3）按照切換的速度或合閘的條件分類，廠用電切換可分為如下4 種方式：

1）快速切換：當(dāng)工作電源發(fā)生故障，進(jìn)線開關(guān)跳閘后，母線殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減。所謂的“快速切換”就是切換裝置能在安全合閘區(qū)域AB段合上備用電源，則既能保證電動(dòng)機(jī)安全，又不使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太多。當(dāng)AB段不能實(shí)現(xiàn)快切時(shí)，母線殘壓和備用電源之間的相位差將繼續(xù)增大，切換裝置將自動(dòng)轉(zhuǎn)入同期捕捉切換；

2）同期捕捉切換：由于不同的運(yùn)行工況下頻率或相位差的變化速度相差很大，因此用固定延時(shí)的辦法很不可靠，已不再采用。利用微機(jī)型快速切換裝置的功能，實(shí)時(shí)跟蹤頻差和相位差變化，實(shí)現(xiàn)CD段的切換，特別是捕捉母線殘壓與備用電源的第一次相位重合點(diǎn)，以便實(shí)現(xiàn)合閘，這就是“同期捕捉切換”。實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，可以做到在過零點(diǎn)附近很小的范圍內(nèi)合閘。同期捕捉切換時(shí)母線電壓為65%～70%的額定電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不致下降得很大，通常能夠順利的自啟動(dòng)。另外，由于兩電壓同相，備用電源合上時(shí)沖擊電流比較小，不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備及系統(tǒng)造成危害；

3）殘壓切換：當(dāng)母線電壓衰減到20%～40%的額定電壓后實(shí)現(xiàn)的切換通常稱為“殘壓切換”。殘壓切換雖能保證電動(dòng)機(jī)安全，但由于母線失電時(shí)間過長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)成功與否以及自啟動(dòng)時(shí)間等都將受到較大限制。

4）長(zhǎng)延時(shí)切換：當(dāng)備用電源的容量不能承擔(dān)廠用電全部用電負(fù)荷，或者不能滿足殘壓切換情況下電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)需要時(shí)，機(jī)組停車過程中的正常切換只能考慮長(zhǎng)延時(shí)切換。

1.電磁型BZT 裝置

電磁型BZT 裝置的應(yīng)用比較普遍，均采用帶時(shí)限的低電壓起動(dòng)方式。對(duì)電磁型BZT裝置，有以下基本要求：

（1）工作電源電壓，除了因手動(dòng)斷開或進(jìn)線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作而消

失外，在其他原因造成電壓消失時(shí)，BZT裝置都應(yīng)動(dòng)作；

（2）應(yīng)保證在工作電源斷開后，備用電源有足夠高的電壓時(shí)，才投入備用電源；

（3）應(yīng)保證BZT裝置延時(shí)動(dòng)作，并且只動(dòng)作一次；

（4）當(dāng)發(fā)生PT斷線時(shí)，BZT裝置的起動(dòng)元件不應(yīng)動(dòng)作；

（5）若BZT裝置投入穩(wěn)定性故障，必要時(shí)應(yīng)該使投入斷路器的保護(hù)加速動(dòng)作。

使用電磁型BZT裝置時(shí)，除了因?yàn)殡姎庠?，如電壓繼電器和時(shí)間繼電器等的不穩(wěn)定性會(huì)影響到正常電源和備用電源之間的切換之外，還存在以下問題：

（1）切換時(shí)間長(zhǎng)：時(shí)間繼電器的整定時(shí)間t要求躲過工作電源進(jìn)線開關(guān)的動(dòng)作時(shí)限t1，以避免工作電源進(jìn)線保護(hù)動(dòng)作時(shí)，備用電源投入故障母線段；同時(shí)，還應(yīng)該比工作電源母線段引出線短路保護(hù)的最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間大一個(gè)時(shí)限階段t2。一般情況下，t1=0.7～0.9s，t2=0.5～0.7s，電磁型BZT裝置的動(dòng)作時(shí)間t=t1 t2=1.2～1.6s；

（2）沖擊電流大：切換時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電源電壓嚴(yán)重下降，當(dāng)備用電源投入時(shí)，電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)成功與否、自啟動(dòng)時(shí)間等都將受到較大的限制，同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速嚴(yán)重下降，自啟動(dòng)過程中將會(huì)給電源母線帶來(lái)非常大的沖擊電流；

（3）自投可靠性差：工作電源母線失電后，異步電動(dòng)機(jī)將惰行。對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，電源切斷后電動(dòng)機(jī)的定子電流變?yōu)榱悖D(zhuǎn)子電流逐漸衰減，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也將從額定值逐漸降低，轉(zhuǎn)子電流磁場(chǎng)將在定子繞組中感應(yīng)反向電勢(shì)，形成反饋電壓；對(duì)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)而言，由于各電動(dòng)機(jī)的容量、負(fù)載等情況不同，在惰行過程中，一部分電動(dòng)機(jī)將繼續(xù)保持異步電動(dòng)機(jī)的特征，而另一部分將呈現(xiàn)異步發(fā)電機(jī)的特征，此時(shí)的母線電壓即為眾多異步電動(dòng)機(jī)的合成反饋電壓，俗稱“殘壓”。通常，電動(dòng)機(jī)總?cè)萘吭酱?，殘壓的頻率和幅值衰減的速度越慢。由于電磁型BZT 裝置沒有檢測(cè)母線的殘壓，也沒有檢測(cè)備用電源和母線殘壓之間的差壓，所以備用電源能否成功自投具有一定的不確定性。當(dāng)備用電源和母線殘壓之間的相位差超過20°時(shí)，在備用電源進(jìn)線開關(guān)的合閘過程中將形成很大的沖擊電流，可能會(huì)導(dǎo)致后加速保護(hù)動(dòng)作，造成自投不成功。

2.整流型和晶體管型BZT裝置

整流型和晶體管型BZT裝置的功能與電磁型BZT裝置相比，沒有得到明顯的改進(jìn)，實(shí)際使用過程中仍然存在上述問題。后來(lái)由于各種原因，整流型和晶體管型BZT裝置并沒有得到廣泛應(yīng)用。

3.集成電路型BZT裝置

作為過渡產(chǎn)品，集成電路型BZT裝置具備了微機(jī)型BZT裝置的某些功能，但是，由于集成電路型BZT裝置采用整流、積分等模擬方法來(lái)“計(jì)算”備用電源和母線殘壓之間的相位差和頻差，在動(dòng)態(tài)條件下，其“計(jì)算”速度和精度與微機(jī)型BZT裝置相比均有一定的差距。隨著微處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，集成電路型BZT裝置被微機(jī)型BZT裝置取代。

4.微機(jī)型BZT裝置

現(xiàn)行工程設(shè)計(jì)中，BZT裝置均采用微機(jī)型。微機(jī)型BZT裝置有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

（1）裝置直觀簡(jiǎn)便：外部接線少，占據(jù)空間小，可以在線查看全部輸入量、保護(hù)整定值、預(yù)設(shè)值、瞬時(shí)采樣數(shù)據(jù)和事故分析記錄，顯示屏能實(shí)時(shí)顯示相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)；

（2）可靠性高：采用了先進(jìn)的電磁兼容（EMC）技術(shù)、新型抗電磁和尖脈沖干擾器件以及MPC 器件，軟件上采用了冗余、容錯(cuò)、數(shù)字濾波等技術(shù)；

（3）精度高，免校驗(yàn)：精度均可由軟件調(diào)整，全數(shù)字化處理和接點(diǎn)信號(hào)系統(tǒng)；

（4）智能化程度高，自適應(yīng)能力強(qiáng)：通過面板或軟件可設(shè)置和修改PT、CT 的變比、保護(hù)整定值、定值越限觸發(fā)等參數(shù)，保護(hù)功能均設(shè)有軟壓板，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)置投退，出口繼電器均為可編程輸出；

（5）綜合功能強(qiáng)：具有串行通信功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控，也可以脫離網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立完成各項(xiàng)功能，任一裝置發(fā)生故障均不會(huì)影響到其他設(shè)備，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的高可靠性 。

同繼電保護(hù)裝置一樣，BZT裝置經(jīng)歷了從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型到微機(jī)型的發(fā)展歷程。電磁型BZT裝置主要由低電壓繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、開關(guān)輔助接點(diǎn)等組成，接線簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，容易掌握，一定范圍內(nèi)能夠滿足控制要求，因而在20世紀(jì)80年代得到了廣泛的應(yīng)用。但是，電磁型BZT裝置也有著明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，壽命短，動(dòng)作速度慢，功能少，程序不可調(diào)。20世紀(jì)80年代中期到90年代初期，出現(xiàn)了整流型和晶體管型BZT裝置，具有體積小、功率消耗小和防震性能好的優(yōu)點(diǎn)，但功能與電磁型BZT裝置基本相同。集成電路型BZT裝置作為向微機(jī)型BZT裝置過渡的產(chǎn)品，還沒有來(lái)得及大面積推廣應(yīng)用，就被性能更為優(yōu)越的微機(jī)型BZT裝置所取代。

隨著現(xiàn)代電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越來(lái)越大，復(fù)雜程度也越來(lái)越高，為了確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要裝設(shè)各種安全自動(dòng)裝置。備用電源自動(dòng)投入裝置就是其中最常見的一種，該裝置動(dòng)作的正確可靠與否將直接影響到火力發(fā)電廠和生產(chǎn)裝置區(qū)變電所供電的可靠性。

備用電源自動(dòng)投入裝置是當(dāng)工作電源因故障斷開以后，能夠自動(dòng)而迅速地將備用電源投入工作或?qū)⒂脩羟袚Q到備用電源上去，從而使用戶不致于被停電的一種裝置，簡(jiǎn)稱“BZT裝置” 。

工作電源失電情況下，為了確?；鹆Πl(fā)電廠能夠迅速恢復(fù)正常運(yùn)行或安全停爐停機(jī)，確保裝置的生產(chǎn)連續(xù)性，應(yīng)該選用可靠的備用電源自動(dòng)投入裝置。工程設(shè)計(jì)中，火力發(fā)電廠應(yīng)優(yōu)先選用微機(jī)型廠用電快速切換裝置，生產(chǎn)裝置區(qū)變電所應(yīng)選用微機(jī)型BZT裝置。隨著微處理技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，備用電源自動(dòng)投入裝置將進(jìn)一步向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通訊將趨于一體化 。