点击图片查看大图厂用电快速切换装置功能说明
5.2.1切换功能说明
(1) 正常切换
正常切换是指正常情况下进行的厂用电源切换，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。正常切换分为同时切换和并联切换两种方式。
n 同时切换
手动切换方式选择为“同时切换”，当厂用电快速切换装置接收到“手动启动切换”命令后，发出跳合闸命令，先跳开工作（备用）电源，然后按照快速切换、同期捕捉、残压切换的优先切换策略，合上备用（工作）电源。如果要保证先分后合，可在合闸命令前加一定的同时切换合闸延时。
n 并联切换
并联切换又分为自动和半自动两种情况。
a) 自动
手动切换方式选择为“并联切换”，并联切换方式选择为“自动”，当厂用电快速切换装置接收到“手动启动切换”命令后，如果满足并联切换条件，先合上备用（工作）电源，延时指定时间(并联工作时间)，确认合闸成功后，再自动跳开工作（备用）电源。
b) 半自动
手动切换方式选择为“并联切换”，并联切换方式选择为“半自动”，当厂用电快速切换装置接收到“手动启动切换”命令后，如果满足并联切换条件，只合上备用（工作）电源，而跳开工作（备用）电源的操作需要人工来完成。若超过“并联工作允许时间”工作（备用）电源开关仍未跳开，则装置发“并联工作时间过长告警”信号。
并联切换的条件：工作电源和备用电源均有压，同时压差、频差、角差均满足设定值。
(2) 厂用电快速切换装置保护切换
保护切换是指由于工作电源故障而引起的切换，只能由工作电源切至备用电源。保护切换分为串联切换和同时切换两种方式。
n 串联切换
保护切换方式选择为“串联切换”，由反映工作电源故障的保护装置，先跳开工作电源，在确认工作电源已跳开后，按照快速切换、同期捕捉、残压切换的优先切换策略，合上备用电源。
n 同时切换
保护切换方式选择为“同时切换”，由反映工作电源故障的保护装置，发出工作电源跳闸命令，经设置的同时切换合闸延时后，按照快速切换、同期捕捉、残压切换的优先切换策略，合上备用电源。整定同时切换合闸延时，可以避免由于工作电源跳闸时间长于备用电源合闸时间，造成备用电源投在故障回路而跳闸，致使切换失败，事故范围扩大。
(3) 不正常切换
不正常切换是由非故障性事件引起的切换，只能由工作电源切换至备用电源。不正常切换分为以下两种情况：
n 失压切换
母线三相电压持续低于失压启动电压幅值的时间超过所设定的失压启动延时，厂用电快速切换装置自动跳开工作电源，合上备用电源。失压切换也有串联和同时两种方式，它们的选择方法及切换过程和保护切换基本相同。
n 误跳切换
由于工作电源开关误跳，装置自动投入备用电源，不再发出跳工作开关的命令，以免引起不必要的失电。真正意义的误跳不包括工作电源开关受控跳闸，若受控跳闸时不需要投备用电源，可将反映受控跳闸的常开接点接至“切换闭锁信号”位置。
(4) 同期捕捉及残压切换
上述切换过程中，如不满足所设定的条件而不能进行快速切换时，装置自动转入同期捕捉切换，根据母线电压频率、相位变化情况及开关固有合闸时间，连续实时计算预计相位差为“同捕合闸相角差”设定值的时刻，并在频差允许范围内，实现同期合闸。如果同期捕捉不成功，装置自动转入残压切换，待母线残压下降到设定值，最终合上备用电源。
同期捕捉功能可由用户设置为投入或退出。如设置为退出，当快速切换条件不满足时，装置直接转入残压切换。
(5) 去耦合
同时切换过程中，发跳工作开关命令后，不等待确认工作开关已跳开就发合备用命令，如果由于某些原因工作开关跳不开，将造成两个电源并列运行。此时如果去耦合投入，则装置经去耦合延时后将刚合上的备用开关跳开。
(6) 低压减载功能
切换过程中，当母线三相电压持续低于设定值时，为利于重要辅机自起动，可先跳开次要辅机。低压减载功能共有两段，每段的延时和电压值可分别整定。
注：此功能只在切换成功时才投入。
(7) 切换成功、失败、闭锁
若切换成功完成，则发“切换成功”信号，前面板“成功”和“闭锁”灯亮；
若切换未能完成，则发“切换失败”信号，前面板“失败”和“闭锁”灯亮；
当切换功能被闭锁时发“切换闭锁”信号，前面板“闭锁”灯亮。
切换成功、失败、闭锁任一告警发生后，都须通过“复归信号”来进行切换复位、消除“成功/失败”和“闭锁”信号，才能准备执行下一轮的切换过程。如果故障或闭锁一直存在，则须等待该信号消除后才能复归。
切换闭锁的条件包括：
1) 切换启动前起作用的闭锁条件：
工作电源开关位置与备用电源低压开关位置一致。
2) 一直起作用的闭锁条件：
切换闭锁开入信号；
备用电源失电；
PT断线闭锁投入时，发生PT断线；
PT隔离刀分位且无PT手车强制投入信号。
厂用电快速切换装置其它功能说明
(1) 备用电源失电告警
若工作电源给厂用母线供电时（即工作电源开关在合位、备用电源开关在分位、母线PT投入、母线有压）检测到备用电源失电，经延时发“备用电源失电告警”信号。
若“备用电源失电闭锁”投入，则当发生备用电源失电告警时闭锁切换。
(2) PT断线告警
检测一相或两相断线：当母线负序电压大于20V，经延时发“PT断线告警”信号。
检测三相断线：当母线正序电压小于20V，同时工作支路或备用支路中至少一路电流大于0.06In，经延时发“PT断线告警”信号。
若“PT断线闭锁”投入，则当发生PT断线告警时闭锁切换。
(3) PT隔离刀位置异常告警
当母线PT隔离刀在合位而母线电压小于10V（正序电压）或母线PT隔离刀在分位而母线有压，经延时发“PT隔离刀位置异常告警”信号。投入PT手车强制投入信号，可闭锁该告警信号。
(4) PT手车强制投入信号
当未引PT隔离刀位置信号至装置或当母线PT进行带电检修时，如果不想闭锁切换，可投入PT手车强制投入信号。此时，母线PT隔离刀位置异常告警功能将被闭锁。
(5) 工作电源开关位置异常告警
此功能在“工作支路电流”选择为“使用”时投入，当工作电源开关在合位而工作支路电流小于0.06In或工作电源开关在分位而工作支路电流大于0.06In，经延时发“工作电源开关位置异常告警”信号。
(6) 备用电源开关位置异常告警
此功能在“备用支路电流”选择为“使用”时投入，当备用电源开关在合位而备用支路电流小于0.06In或备用电源开关在分位而备用支路电流大于0.06In，经延时发“备用电源开关位置异常告警”信号。
(7) 开关位置的判断
若开关辅助接点处因机械故障或接线松动等原因已不能真实地反映开关状态，就会造成切换被闭锁或切换失败。为了提高切换的成功率，开关位置判断可以采用开关辅助接点信号和相应支路电流相组合的方式：开关辅助接点信号在合位和相应支路电流大于0.06In，两条件满足其一，即认为开关在合位。
使用组合方式判断开关位置有两个前提：正常负荷可靠大于0.06In；在投退表中将相应支路的电流选择为“使用”。
(8) 厂用电快速切换装置异常告警
装置运行中循环检测装置内部部分电路的工作是否正常。异常告警包括：“系统参数读错误”、“校准系数读错误”、“开入设置读错误”、“出口表读错误”、当前使用的“保护定值读错误”、当前使用的“保护投退读错误”、“保护参数RAM区错误”、“AD采样中断异常”等。
当装置有异常告警发生时，切换、告警等所有逻辑功能均被闭锁，同时启动闭锁电路（详见出口闭锁电路说明部分），但实时量的计算功能保留。
(9) 电池
装置内部有可充电电池，在装置通电的时候自动给电池充电。厂用电快速切换装置掉电后，由电池给Nvram供电，在电池充满电的情况下，可保证1年时间的供电。
(10) 切换过程录波
装置的录波功能，记录切换启动前4个周波和启动后200个周波的采样数据；录波数据以录波文件的形式存在NVRAM中；装置同时可保存多个录波文件。
(11) 开入信号设置
一些特殊功能的信号在开入中的序号可以灵活整定，方便了设计。
(12) 出口闭锁电路
厂用电快速切换装置内部设计了出口闭锁逻辑电路，用来闭锁或开放出口继电器1～12的输出。
当装置正常运行时，闭锁逻辑处于开放状态，而当装置异常告警（详见装置异常告警说明部分）发生时闭锁逻辑启动，闭锁出口继电器1～12的输出。
(13) 出口启动电路
装置内部设计了出口启动逻辑电路，用来控制出口继电器1～12的启动。
6厂用电快速切换装置原理
6.1 厂用电接线方式
正常运行时(如图6.1所示)，厂用母线电源由发电机端经厂用高压工作变压器提供，备用电源由电厂高压母线或者系统经启动/备用变提供。当发电机组保护动作或是工作电源侧故障时，须跳开工作开关，合上备用开关。在工作开关被跳开，备用还没有合上的过程中，厂用母线将失去电源。做为厂用母线的主要负荷异步电动机，此时将进入”异步发电机”的工作状态，机端电压不会完全消失，而厂用母线电压为各个异步电动机机端电压的合成，称为残压。在备用电源合上以前，残压的频率和幅值都在衰减。残压变化曲线如图6.2所示。
6.2快速切换，同期捕捉切换，残压切换说明
厂用电按照切换速度可以分为快速切换，同期捕捉切换，残压切换。在高压大容量的电动机组的厂用电事故切换中，快速切换可以大大缩短工作母线的失电时间，一般失电时间在100ms以内，当快速切换没有成功的时候，同期捕捉切换是最佳切换，工作母线失压时间约为0.4～0.6s。同期捕捉切换没有成功时，最佳切换为残压切换，工作母线失压时间约为1～2s，下面是几种切换的原理。
n 快速切换
如图6.2所示，假定正常运行时，工作电源和备用电源同相，其电压相量端点为A，则母线失电后，残压相量的端点将延残压曲线由A向B移动，如能在AB合上电源，则既能保证电机的安全，又不使电机的转速下降的太多，这就是所谓的“快速切换“，快速切换的时间应该小于0.2s，在实际应用中，B点为60°，通常设定的“快速切换”的频差为1Hz，相角差为30°，断路器的合闸时间设置为50ms，这个时候合闸命令发出的时机应小于60°，提前量的时间取决与频差和合闸时间，提前量应该是：360°*(50/1000)=18°；或者说备用合闸时候最大的相角差为：
30°＋360*(50/1000)＝48°<60°
n 厂用电快速切换装置同期捕捉切换
若工作电源跳开后，快速切换没有成功，则工作母线残压Uab从B点延曲线到C点，进入了合闸的不安全区，此时不允许切换，当Uab第一次过180°后，出现了Uab和Us的第一个合闸点，显然靠固定的计算实现不了，这个时候，装置对母线的相位，相位变化率，母线的频率和频率的滑差以及滑差变化率在软件中进行实时跟踪计算，准确做到了母线残压和备用电源电压在第一次相位重合的时候，实现合闸。这就是“同期捕捉切换”。在图6.2中，同期捕捉切换时间约为0.6s，对于残压衰减较快的系统，该时间要小的多，同期捕捉切换能在同相点合闸，对电机的自起动非常有利，此时母线残压下降到60％～70％的额定电压，电动机转速下降不是很大，合闸冲击最小。
需要说明的是，同期捕捉中的“同期”与发电机同期并网的“同期”有本质上的区别，在同期捕捉切换中，电动机相当与异步发电机，无外加励磁和外加原动力，因此备用电源合上时，虽然压差和频差相差较大，但是相角差很小，所以，电动机也能很快恢复正常的异步运行，而发电机同期并网时候，要求频差和压差都在很小的设定范围内。
同期捕捉切换有两种实现手法：越前相角和越前时间。
“越前相角”的基本原理，装置实时计算母线残压和备用（或工作）电源电压之间角差和频差，当角差和频差均小于设定值时，厂用电快速切换装置发合闸命令。
“越前时间”的基本原理，装置实时采集频率，计算角差、滑差和滑差的变化率，并由此计算出当前时刻到母线残压和备用（或工作）电源电压之间角差为“同捕合闸相角差”设定值时的时间，即导前时间。若此导前时间和定值设定中的相应断路器合闸时间相匹配，且频率小于设定值时，装置发合闸命令。
n 残压切换
当同期捕捉切换没有投入或没有成功，由图6.2所示，母线残压降到20％～40％的时候，装置进行残压切换，母线残压降到40％大约需要1s，降到20％的时候时间大约需要1.4s。
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