快切装置的应用原理及试验分析

胡吉恩

摘要：电力供应的不间断是石油石化企业装置连续可靠运行的重要保障。随着传统备自投逐渐无法满足生产装置连续供电的要求，快切装置在石油石化企业的应用越来越广泛。在分析快切装置应用原理的基础上，针对深圳智能SID-40B快切装置编制了一套新的试验方案，并在柴氢配快切试验过程中对其原理及各项数据进行验证、分析。

0 引言

提高供电可靠性的前提是要有不少于两个的供电电源，在其中一个电源因各种原因丢失后，备用电源能够在不影响电力系统稳定的情况下快速投入。而随着石油石化企业对电力供应要求的越来越高，不仅要保证电力供应不间断，而且要使绝大部分乃至所有的负荷不停运。传统的备自投装置显然无法做到这一点，而快切装置的优势就是在不影响正常运行系统的前提下以毫秒级的速度投入备用电源。

1 快切装置的原理

快切装置是在备自投装置的基础上开发出来的，不同的是快切装置具有更强大的数据处理能力和逻辑判断能力，它通过快速地扫描以及建立复杂的数学模型提前模拟出电压、频率的变化曲线，分析出最佳合闸点，结合预算断路器动作的时间提前发出动作信号，能使真正的合闸时刻与数学模型分析出的合闸时刻大致相吻合，从而达到不影响正常运行系统、不断电切换的目的。

2 快切装置的启动条件

2.1事故切换

事故切换的启动条件：保护启动或模拟量启动。保护启动是配合快切的最佳启动方式，保护启动一般是直接接入纵差保护、变压器本体保护等信号接点，是实现毫秒级切换成功率最高的启动方式。模拟量启动包括频差启动、频差无流启动、逆功率启动等，当设置多级快切时一般只在第一层级配置模拟量启动；但是模拟量启动配合容易出现紊乱，而且发生过频差无流误动的事例，故在实际使用中不建议配置这种启动方式。

2.2 非正常工况切换

非正常工况的启动条件：母线失压启动或开关误跳启动。母线失压启动动作原理类似传统备自投，只是实现方式不同。开关误跳启动即人为或开关问题误分闸导致电源丢失，和备自投原理也基本一样。

2.3手动切换

手动切换是人为操作启动快切，使用快切装置实现电源互切，正在逐渐地代替人工倒闸操作。

3 快切装置的切换方式

快切装置有三种切换方式，分别为串联切换、并联切换和同时切换。

串联切换是指经上述启动条件启动快切后，先跳开故障电源开关，在确认故障电源开关已经跳开后，若满足切换条件（下一章节详述），则合上母分开关。而并联切换是指先合母分开关，再跳开故障电源开关，正常的倒闸操作一般采用并联切换方式。

同时切换是指经启动条件启动快切后，快切装置先发出跳开故障电源开关的指令，不等确认开关是否已经跳开，在满足切换条件下马上合母分开关。目前我们在故障状态下采用的是同时切换方式，此切换方式的优势就是在保证不影响正常运行母线的前提下，最快速度地合上母分，使故障段母线不失电、负荷不停运，但需要一些闭锁条件防止事故扩大。

4 快切装置的切换准则（切换条件）

目前使用的SID-40B快切装置有5种切换准则，在任何启动条件（保护启动、模拟量启动、失压启动等）启动快切后，快切装置都会依次判断五种切换准则，符合切换条件则动作于开关。

4.1快速切换准则

在启动快切时，若正常段母线和故障段母线的频差、角差在设定值范围内，且故障段母线电压不低于快切低电压闭锁值，则进行快速切换，马上分进线、合母分（同时切换），所以说快速切换和同时切换配合是最优的切换方式，可以在130ms左右合上母分开关，恢复故障母线供电。必须注意的是要设置闭锁条件，防止母分合到故障点导致事故扩大。

快速切换需要两个重要的条件：有纵差等主保护接点接入快切装置；进线、母分配置快速开关。

4.2捕捉耐受电压点切换准则

在故障段母线被切除后，故障段母线上所带的电动机依靠原来的惯性和转子剩磁转入异步发电机状态，在故障段母线上将出现一个电压和频率逐渐下降的残压，直至衰减到零。以前普遍上会担心这个残压的存在会损坏在用设备，事实上一般电动机都可以承受1.2倍额定电压，因此只要在合上母分开关时电压不超过这个值，在用电机是安全的。

捕捉耐受电压点准则切换的一个重要条件是：母线所带负荷中没有同步机，同步机的存在可能导致失步。

4.3 捕捉首次同相点切换准则

捕捉首次同相点切换是指故障电源被切除后，故障段母线上的残压向量将绕正常段母线电压向量向滞后方向旋转，在首次出现相角差为零时完成母分开关的投入。

理想情况下实现首次过零合母分，电动机出力下降不是很大，且对正常段母线的冲击比较小。通过快切装置精确的计算，如果能保证首次过零合母分时故障段母线的电压下降到60%左右，那么在实际应用中也可以做到供电不间断。

4.4 残压切换准则

残压切换一般是在上述三种切换条件都无法满足，只能等到故障段母线电压下降到30%以下，经过一个残压切换延时后合上母分开关。此时，故障段母线所带设备已基本失电，和传统备自投没有什么区别。

4.5 长延时切换准则

如果在给定的时间（整定值）结束之前无法进行上述的任何一种切换方式，可执行长延时切换，因此，长延时切换方式仅作为一种备用切换方式。在正常情况下是不可能会发生这种切换方式的。

5 快切试验分析

柴氢配配置了深圳国立智能SID-40B快切，此次重新编制了快切试验方案，相比于以往的试验方案，此次试验方案增加项目：切换允许最长时间校验，模拟单相及两项低电压试验、快速切换允许频差试验、快速切换允许角差试验、同期判别切换允许频差试验等。下面对具有典型性的几个试验点做分析说明。

保护启动快速切换动作时间校验：启动快切到故障段进线开关分用时59ms，进线开关分到母分开关合用时71ms，总共用时130ms左右（断路器固有分、合闸时间加滤波时间），基本符合理论上的快切时间。一般来说经过130ms大多数负荷还是可以保住的，进一步说明了保护启动快速切换是最优方案。

母线失压启动快速切换动作时间校验：母线电压异常（下降到75V失压定值）到母分开关合共用497ms，其中失压确认延时加失压启动延时共375ms（与定值相符），断路器固有分合时间加装置防抖时间共122ms。证明了失压启动的快速切换动作时间比保护启动的快速切换动作时间多350ms的理论。

残压切换延时1s（定值）的定义：检测到母线电压异常（U<30%Un）延时1s发合母分的命令；按此定义，整个残压切换的时间约为1.1s（而我们之前理解为“进线分后延时1s去合母分”，整个动作时间约1.5s）；从时间来看对残压切换动作没有太大影响，不需更改定值。

动作时序：U<30%Un  370ms  失压启动  6ms 发分进线命令   发合母分命令

 

                                  1040ms

6 结束语

快切装置的应用将会成为电力系统的主流，对其原理的掌握将为今后的应用打下理论基础。通过本次试验，我们收集了各项试验数据，验证了快切装置的工作原理，为我们将来使用快切装置提供了试验依据。当然，对于快切的研究不会止步，实现电力供应不间断是每一位电气工程师研究的持久课题。

参考文献

以电流为判据的厂用电源快切原理及实现（艾德胜），电力自动化设备第26卷第6期，2006年6月

石化企业110kV供电系统的快切装置应用及分析（唐海东），电气技术2015年第9期