论石油石化企业装配电源快速切换装置的必要性

李晓平

【摘要】电源备用电源自投由于可靠性和速动性达不到石化企业对电源的要求，快切装置的技术优点引起广泛的重视。

【关键词】电源中断；备用电源自投；快切

引言

石油化工企业的主要特点是生产连续性强，对电源可靠性要求很高，由两路电源供电。

1、事故状态下电源切换方式

1.1备用电源自投装置

备用电源自动投入装置，简称BZT， BZT装置本身具有原理简单、动作可靠的特点，成功率较高，广泛应用于我国的供配电系统。备自投启动的条件是：1）母线无电压（具体见整定值）；2）利用工作电源开关辅助接点判断故障电源断路器确已断开；3）备用电源正常；4）无其他外部闭锁量输入。由此可见备自投并不需要检同期，因为永远都是“先分后合”，两个电源没有并列运行的机会，因此得到了普遍的认可和使用。

1.2快切装置

国内目前常用的快切装置技术大都来源于ABB有关母线残压的理论，图1以极坐标形式绘出的系统母线残压相量变化轨迹示意图（残压衰减较慢的情况），图中绿色曲线会出的是母线残压UD，由于石化变电所母线负荷类型较多，有同步电动机、异步电动机、电容器、电抗器等，有时还有发电机电源，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，因此残压由于设备的种类和数量的不同存在很大不同，但总的趋势是以非线性的速度不迅速下降。备用电源电压为US，Us相对于UD大小和方向是保持不变的，△U为备用电源电压与母线残压间的差拍电压。合上备用电源后，如果定义电动机承受的电压为UM，则UM为：

UM=XM/（XS+XM）△U………………………………………（1）

式中，XM----母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗。

XS-----电源的等值电抗。

如果令K=XM/（XS十XM），则

UM=K.△U…………………………………………………………（2）

为保证电动机安全自起动，UM应小于电动机的允许起动电压，设为 1.1倍的额定电压UDe，则有：

K.△U<1.1UDe……………………………………………………（3）

△U（%）<1.1/K……………………………………………………（4）

若取K=0.67，则△U（%）<1.64。图1中，以A为圆心，以1.64为半径绘出弧线M-N，则E-F的右侧为备用电源允许合闸的安全区域，左侧则为不安全区域。若取K=0.95，则△U（%）<1.15，图1中M-N的左侧均为不安全区域。假定正常运行时工作电源与备用电源同相.其电压相量端点为A，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动，如能在A—B段内合上备用电源，则既能保证电动机安全，又不至于使电动机转速下降大多，这就是所谓的“快速切换”。

2、备自投与快切的优劣比较

2.1备自投在石化企业适应性分析：第一，石化企业电压等级多，对供电可靠性要求高，备自投需要与线路的重合闸、补偿电容器的保护、上下级备自投之间进行配合，影响其可靠性。第二，石化企业的一个显著特点是装置大型化、集约化、精密化以后对供电高可靠性的要求，由于母线残压的幅值和频率，受到众多因素的影响，而石化企业运行方式、负荷、運行设备随时可能发生改变，当母线失压时，电动机失去电动力后转速下降，众多电动机相当于一个个电压、频率在以非线性的速度迅速衰减的电源和，产生的反电势构成的母线电压的幅值和频率会随时间不断变化因此如何选择备自投装置的设定值非常困难。第三，备自投不检同期，备用电源投入工作段时，母线残压的相位与电源的相位相差较大时，其冲击电流有可能达到电动机启动电流的两倍，不但会损坏电动机或缩短电动机使用寿命，这是一种隐性的，逐渐为人们所认识的破坏力，而且可能会使继电保护误动作，造成自投失败。

2.2快切装置的快速性：利用开关合闸时间大于分闸时间这一特点，具体说来在运行电源失电瞬间，快切瞬间启动，在运行电源和备用电源的相角差、频差在定值范围内，同时发出断开运行电源断路器、闭合备用电源的断路器，由于断路器固有动作时间，分闸的时间势必在合闸之前完成，因此不必担心会造成短路。

2.3快切装置的可靠性：一般快切装置按照动作的快慢，可以分为四种动作情况：快速切换，捕捉同期切换，残压切换和长延时切换。如果在启动瞬间不能满足同步条件，即无法进行快速切换，此时可根据电网状态进入首次同相切换，也就是发出分闸命令后，等待运行电源与备用电源的电压差值达到第一个最小值之前发出合闸命令，提前发出命令目的是为了补偿电力设备的固有响应时间。整个切换过程中备用电源电压向量始终跟随运行电压的残压，在相角差为零时，实现切换。

2.4快切装置的安全性：或许有人担心在快切过程当中，同时分合开关，一旦分闸命令未能执行，即该分的开关因故未能如期分闸，发生非同期合闸，产生冲击电压，其实这种担心是不必要的，因为快切装置的合闸是经过同期检测的，不可能产生危险的冲击电压。

2.5快切装置的适用范围：快切装置的启动分手动和自动，正常的倒负荷过程的可采用手动启动方式，消除了人为倒闸所承受的事故风险；事故情况下的切换采用光差保护启动方式，后备保护闭锁的方式实现快速切换。

3、结论

快切装置相较于备用电源自投装置，具有灵活、快速、对系统冲击小、可靠等优点，并且能够兼容备自投的功能，对于我们这样对于电源可靠性要求高的企业，一次联锁停车的损失就非常巨大，因此虽然上快切的投入的确不小，但只要能在关键时刻发挥积极作用，初期投入是合理的，是在可接受范围内的，我们上快切装置是非常有必要的。

参考文献

[1]邬君波.备用电源可靠自动切换研究及复杂工况分析处置.浙江大学，2007.

[2]备用电源自投与厂用电快起诉切换装置.

[3]《电力工程电气设计手册》.能源部西北电力设计院编.中国电力出版社，1991.