供电电源快速切换原理及ETAP仿真策略研讨.doc

供电电源快速切换原理 及ETAP仿真策略 深圳市康必达控制技术有限公司 2016．2 1.导言 微机型电源快切装置最早应用于发电厂厂用电电源快速切换上面，其对厂用电系统在失电后快速恢复供电，保证电厂正常生产起着巨大作用。近年来，快切装置也逐渐被应用于工矿企业的供电电源的快速切换上，以取代常规备用电源自投装置。 2.切换方式 供电电源切换的方式可按开关动作顺序分类，也可按启动原因分类，还可按切换速度进行分类。尽管绝大多数情况下，采用相同的切换方式，如正常切换采用并联方式，事故切换采用串联方式，但以下所述的其他所有方式都有实际应用的场合和应用的原因和理由。 2.1 按开关动作顺序分类（动作顺序以工作电源切向备用电源为例） . 并联切换：先合上备用电源，再跳开工作电源。这种方式多用于正常切换，如起、 停机。并联方式另再分为并联自动和并联半自动两种，并联自动指由快切装置先合 上备用开关，经短时并联后，再跳开工作电源；并联半自动指快切装置仅完成合备 用，跳工作由人工完成。并联切换母线不断电。 . 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 时间约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。先发跳工作命令，经短延时后 再发合备用命令，短延时的目的是保证工作电源先断开、备用电源后合上。母线断电时间大于0而小于备用开关合闸时间。这种方式既可用于正常切换，也可用于事故切换。 2.2 按启动原因分类 . 手动切换：由运行人员手动操作启动，快切装置按事先设定的手动切换方式（并联、同时、串联）进行分合闸操作。 . 事故切换：由保护出口启动，快切装置按事先设定的自动切换方式（串联或同时）进行分合闸操作。 . 不正常情况自动切换：有两种不正常情况，一是母线失压。母线电压低于整定电压且进线无流达整定延时后，装置自行启动，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启动切换，在合闸条件满足时合上备用电源。 2.3 按切换速度或合闸条件分类 . 快速切换 . 同期捕捉切换 . 残压切换 . 长延时切换 下节将重点说明这四种切换的原理，这是本文重点和核心内容。 3 四种快切切换原理 市场上所用微机快切装置主要应用下面四种快切方式：快速切换、同期捕捉切换、残压切换、长延时切换。 3.1 快速切换 假设有图1所示的供电系统，正常运行时1DL和2DL合，3DL分。#1进线和#2进线互为备用。当＃1进线发生故障后，必须先跳开1DL，然后合3DL，反之亦然。以#1进线到#2进线切换为例，跳开1DL后#1母线失电，电动机将惰行。由于负荷多为异步电动机，对单台电动机而言，电源切断后电动机定子电流变为零，转子电流逐渐衰减，由于机械惯性，转子转速将从额定值逐渐减速，转子电流磁场将在定子绕组中反向感应电势，形成反馈电压。多台异步电机联结于同一母线时，由于各电机容量、负载等情况不同，在惰行过程中，部分异步电动机将呈异步发电机特征，而另一些呈异步电动机特征。母线电压即为众多电动机的合成反馈电压，俗称残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。通常，电动机总容量越大，残压频率和幅值衰减的速度越慢。 图1一次系统简图 以极坐标形式绘出母线残压相量变化轨迹如图2所示。 图2 母线残压特性示意图 图中VD 为母线残压，VS 为备用电源电压，△U 为备用电源电压与母线残压间的差压。为了分析的方便，我们取一个电源系统与单台电动机为例，将备用电源系统和电动机等值电路按暂态分析模型作充分简化，忽略绕组电阻、励磁阻抗等，以等值电势VS 和等值电抗XS代表备用电源系统，以等值电势VM 和等值电抗XM来表示电动机，如图3所示： 图3 单台电动机切换分析模型 由于单台电机在断电后定子电路开路，因此其电势VM就等于机端电压，在备用电压合上前，VM ＝ VD 。备用电源合上后，电动机绕组承受的电压UM 为： UM = XM /（XS ＋XM）×（VS －VM ） 因VM ＝ VD ， 则（VS －VM ）＝（VS －VD ）＝△U 所以，UM = XM /（XS ＋XM）×△U （1） 令 K＝ XM /（XS ＋XM），则 UM＝K△U （2） 为保证电动机安全，UM 应小于电动机的允许启动电压，设为1.1 倍额定电压UDe，则有： K△U ＜1.1 UDe