解析电源快速切换装置在矿区电网中的应用

杨彩萍

(山西汾西矿业(集团)有限责任公司供用电分公司，山西介休032000)

0 引言

快切装置的工作是一个相对较为繁杂的过程，特别是在供电系统发生故障需要切换电源的时候，一些相关因数都会随着时间的推移不断发生变化，一旦切换错误，极有可能造成整个系统的大面积瘫痪。

1 供电系统中几种常见的切换方式

1)首先我们介绍一种最为常见的切换方式，即备自投切换，这种方式必须保证先断后合的基本原则，当系统失压以后不马上切断电源，而是电源开关发生自动关闭以后，在备用电源处于正常时，直接对备用电源进行切断作业，但是这一切换方式存在一定的风险，因其进行切换的时间相对较长，极有可能会使接触器失去磁性，进而造成脱离，对整个供电系统造成极大地冲击，同时它利用到众多电气器件，不论哪一个器件发生故障，都会对整个过程造成影响，所以切换的成功率较低，在该切换装置中，选择的电源开关一般是油开关，这类开关会对备用电源直接进行带动，并且电容机具有非常大的容量，在失去电源供应以后会缓慢地衰减，如果同期的鉴定工作不准确，将直接导致备用电源的高倍变，造成电动机的严重损害。

2)相对于前一种切换方式，手动切换是相对较为传统的切换方式，在大多数倒电源系统中普遍采用该种方式进行电源切换，它的主要工作原理是将两个电源并列放置，首先对母线的电源开关进行闭合作业，之后再对备用电源进行关闭，最后进行开关分闸作业。但是，此种切换方式仍旧存在一大弊端，那就是电源的并列放置会大大增加故障的发生几率，而且发生故障以后，故障的范围会进一步蔓延，因此这种切换方式同样具有相当大的风险，同时手动切换的操作过程相对繁杂，还会受到诸多因素的限制，母线的断电过程也比较漫长，在合上备用电源之后，电机成组的电流会瞬间大幅度升高，致使电动机的转速急剧下降，进一步增加了故障的发生率，该切换方式对操作具有极高的要求，所产生的问题也与诸多因素息息相关，并且发生的这些问题具有很大的不确定性。

3)相比于前两种切换方式，快切方式的过程安全可靠，并且非常简单。该切换方式保持同时切断的基本原则，一旦母线的电源切开以后，便会立即发出相关指令给断路器，使之进行分、合闸的工作，供电系统中的隔离时间便是分、合闸的时间差，该时间极短，往往小于15 微秒，并且在这么短的时间内，接触器往往不会受到任何影响，继续保持稳定的工作状态。快切方式在通常情况下适用于发生事故以及正常电源的电力供应系统，随着发电机组的容量不断增大，电容机的容量也会随之增大，这就导致机电常数远远大于普通电动机的容量，在电机的电源被切断以后，工作正常的母线电动群会具有巨大的动能以及磁能，进而导致形成逐渐衰减的残压，它和电源电压所形成的相角会慢慢变大，当达到平角的时候，备用电源就会发出剧烈的冲击电流，该电流会对备用变压器以及电动机产生非常严重的影响，针对这些问题，快切装置可以有效应对。

2 快切装置的工作原理以及实现方式

所谓快切装置，就是指电源快速切换装置，快切装置发展至今，已经成为具有较大规模集成电路的芯板，已普遍应用在供电企业，在电力供应系统中负荷一般较大，同时电压非常高，所以具有较高效率的电源快速切换装置便显得尤为重要，这些电源快速切换装置的主要功能是保障供电系统的正常运行，当设备受到冲击的时候避免受损，并且还能保障一些非正常情况下的电力供应。

在快切原理中，名词“实现方式”用来描述合备用开关的合闸条件。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。它的实现方式包括:快速切换、同期捕捉切换、残压切换、长延时切换。以下仅对这几种实现方式做简单介绍。

1)快速切换。快速切换是最理想的一种合闸方式，既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多。在并联切换方式下，实现快速切换条件为:母线和待并侧电源压差|du| ＜“并联切换压差”，且频差|df| ＜“并联切换频差”，且相差|dq| ＜“并联切换相差”。在串联或同时切换方式下，实现快速切换的条件为:母线和待并侧电源频差|df| ＜“快速切换频差”且相差|dq| ＜“快速切换相差”。快速切换是速度最快的合闸方式。

2)同期捕捉切换。当快速切换不成功时，同期捕捉切换是一种最佳的后备切换方式。同期捕捉切换的原理是实时跟踪母线电压和备用电压的频差和角差变化，以同相点作为合闸目标点。

3)残压切换。当母线电压衰减到20% －40%实现的切换称为残压切换。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等会受到较大限制。残压切换的实现条件为:母线电压＜“残压切换电压幅值”。

4)长延时切换。当备用侧容量不足以承担全部负载，甚至不足以承担通过残压切换过去的负载的自起动，只能考虑长延时切换。长延时切换的实现条件为:装置起动后延时t ＞“长延时整定值”。

综上所述，我们不难发现，电源切换的目的就是为了减少冲击电流，以达到最佳的控制效果，在这些切换方式中，快速切换是最行之有效的、最能够有效控制系统的、最能够满足系统供电需要的一种切换方式。

3 切换成功的几个基本条件

在供电系统中要想保证切换成功必须具备几个基本条件，其一，在电力供应系统中应当具备独立的工作以及备用电源，当系统在正常运行的过程中，这两个电源应当具有一定的电压相角，需要注意的是，这个电压相角的角度应当绝对小于20，此外，还需要配置快速断路器，配置的快速断路器的分、合闸时间必须要短，少油式断路器显然不是一个很好的选择，在供电系统中还应当配置一个继电器，该继电器可有效对系统设备进行保护。

4 快切装置在矿区电网中的应用情况

汾西矿业集团河东、北村变电站作为汾西矿业集团与晋中电网并网的110 kV 中心站，承担着汾西集团南关发电厂、后庄变电站、崔家沟变电所、张家庄变电所、紫金变电所等十余个厂站的发、供、送、变电任务，是汾西矿业集团的重要电力枢纽。

目前，我们在晋中矿区供电系统河东、北村变电站加装电源快速切换装置，通过编制详细的快速切换方案，使河东、北村110 kV 变电站实现了带负荷“快速切换”功能，系统失电次数由原来的5 次减少到O 次，经过多次考验，该装置动作灵敏、可靠，能有效避免因断电而造成矿区电网停电的事故;可以进一步提升供电系统的安全性、灵活性、快速性、准确性和可靠性，保证了矿区电网持续安全稳定运行，实现了矿区电网“零停电”，也有力地保障了煤矿的安全生产，对矿区电网产生不可估量的经济效益和社会效益。

现随着电源快速切换装置在矿区电网中的革新和应用，我们先后将在矿区电网孝义区域及煤矿井下双回路供电系统中进行大面积推广和应用，使其在矿区电网中发挥更大的作用。

5 结语

快切装置对于煤矿电力系统的正常运行发挥着重要作用，可以说它是保障电源切换成功率的前提条件，供电系统能够稳定运行的关键就在于此，快切装置摒弃了手动切换的复杂性，大幅度降低了操作失误的概率，与此同时，快速装置可以有效避免母线失压，总之，我们一定要结合供电系统的实际情况，科学、合理地运用快切装置，对各个环节进行认真、细致的检查，以保证整个供电系统的安全、高效运行。

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［2］蓝如平. 微机型快切装置在电力系统中的应用与分析［J］.机电工程技术，2009，38(1).

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