双电源无扰动快切装置的原理以及应用

本文详细的讲述了双电源无扰动快切装置的原理以及应用，并以我公司的RSH-812型快切装置为例，结合该装置在电力系统中的应用，与传统的备自投做比较，概述了双电源无扰动快切装置在企业供电中的优越性以及重要性。

前言
目前许多的设备均装有低电压保护，当系统出现异常的时，即使系统的备自投准确动作，一般切换时间超过500毫秒，在运的高压电动机等设备已经低电压保护跳闸、或者说低压电动机接触器已经释放，重要设备失电将影响炼化企业的连续生产，同时系统中有大量成组自启动电机的时候，往往自启动电流特别大，使母线电压波动大，时间长，极有可能引起整个电力系统故障，从而扩大事故的范围。为了解决好这些问题，研究出了双电源无扰动快切装置融合了自动同捕技术、快速切换技术、涌流抑制技 术及负荷在线监控技术，确保实现电气系统无扰动切换，这样很多工业企业的电动机电源 接触器也不再会有因备用电源投入过慢而出现所谓“晃电”的问题，电动机就不会自动跳 闸，从根本上提高工业企业供电的可靠性。

2 硬件构成
采用全汉化 5 寸 854*480 分辨率 16.7M 彩色 IPS 液晶显示，人机界面清晰易懂，操作整定极为方便，同时采用 32 位 ARM Cortex-M4 内核，配备高精度的 A/D 芯片，使得装置性能稳定、运算速 度快、精度高；
2.1 工作原理
在详细介绍快切的工作原理之前，先对快切的工作过程做简单的介绍，主要弄清楚它的起动方式、切换方式、实现方式和闭锁情况等。

2.2 起动方式

快切通过对开入量及交流量采样并循环监测，发现异常情况后，就要立即起动快切装置，有五种起动方式，分别为：手动起动、保护起动、品质起动、低压起动和开关误跳起动。

手动起动即通过“一键操作”的方式来实现正常倒闸操作的目的，如合一段进线，跳母联的操作，免去了倒闸操作的繁琐步骤，快切装置将自动检同期合闸，有任何异常都将闭锁操作，减少了人为误操作的可能性。

保护起动即通过综保的保护动作输出接点起动快切装置，这种情况主要是指快切装置安装在变压器的低压侧，当变压器高压侧开关的综保保护动作跳闸后，从而相应的低压侧母线失压，这时通过综保的接点马上起动变压器低压侧的快切装置来实现跳变压器低压侧的进线开关，合母联的目的。当然并不是所有的综保保护都能起动快切装置的，像这种情况一般指变压器的差动保护，故障点在母线以外的区域，因为快切合母联与备自投一样，是要避免合到母线上的故障点。

品质起动即是检测到系统两母线电压的频差超出了正常范围（设定值为1HZ），从而起动快切装置，这种情况一般发生在上级电压等级故障引起的电压畸形。

低压起动即是检测到母线电压低于低电压的定值而起动快切，这是最常见的一种起动方式，工作原理上与传统备自投是一样的，只是实现的方式不同而已。

开关误跳起动即是开关（如进线）人为或其他正常情况下误跳闸而起动快切，这与手动跳进线，母联备自投是一样的。

这五种起动方式中，只有手动起动是正常状态下的切换，其他四种起动方式都是非正常状态下的切换，也可称为故障自动起动。

2.1.2 切换方式

双电源无扰动快切装置提供手动启动、保护启动、失压启动、误跳启动等多种启动方式。其 中手动启动支持并联和同时切换方式，保护启动、失压启动支持串联和同时切换方式，误 跳启动支持串联切换方式。其中串联和同时切换方式支持快速、同捕、残压和长延时四种
切换实现方式。具体流程如下：

（1）并联切换是经起动方式起动后，若条件满足（即频差、相位差在定值范围内），装置先合母联，再自动跳开二段进线开关（以将分段运行切换为一段进线带全所为例）。正常倒闸操作时一般采用并联切换方式。

（2）串联切换是经起动方式起动后，先跳开二段进线开关（以将分段运行切换为一段进线带全所为例），在确认开关已经跳开时，若满足切换判别条件（后面章节详述），再合上母联。故障状态下一般采用串联切换方式。

（3）同时切换是经起动方式起动后，先发跳开进线开关指令，不等确认开关是否在断位，在满足切换判别条件后，马上合上母联。正常倒闸操作在经手动起动后将自动采用到这种方式，故障状态下的切换不用这种方式。

2.3 实现方式

最终实现开关的切换有四种方式：快切、同相和残压、长延时。

2.3.1 快速切换

快速切换在切换起动瞬间，如母线残压和正常母线电压的参数在定值范围内则可进行快速切换，即两电压的相角差，频差在定值范围内，快速切换时间应小于100毫秒，因而普遍采用快速开关切换。试验表明，残压衰减的时间、速度，主要取决于该段母线的负载，负载越多，电压、频率下降的越慢，一旦进线跳闸后，残压将与正常电压的相角差越来越大，当残压还未下降太多（90%左右时），同时频差、相角差满足条件，这是切换的最佳时机，冲击电流小且压差对设备安全。因而在实际应用中，快速切换通常由相角来界定，通过对设备所能承受电压的计算，大概相角差为55度以内是安全的，如果开关的固有合闸时间为60毫秒，则合闸命令发出时的角度约需提前30度，即可实现正常电压与残压的向量夹角55度以内快速切换，这对于运行设备是安全的。这种情形下的无电流的切换时间只取决于断路器的分合闸的时间差，对现代断路器而言，这一时间差通常在毫秒级内，因此可认为切换在不断电的情况下实现的。

2.3.2 同相切换

同相切换当因开关合闸时间较长，或因运行方式造成初相角大，或因故障引起母线残压频率升高、相位超前等问题失去了快切的最佳时机后，装置将寻找下一个可能切换的时机，见图2，即为同相切换。首先，有故障的母线段进线立即分闸，残压按其固定的特性曲线衰减，其次，存在一系列可能满足同相切换判据的合闸时刻点。如能较精确的实现过零点合闸，母线电压衰减到65-70%左右，设备出力下降不是很大，这时合上正常电源冲击最小，且对设备起动很有利。根据实时的频率、相角、幅值的变化规律，通过数学建模的方法，计算出残压与正常电压向量相位重合时的时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令，实现精确过零点即同相合闸。

2.3.3 残压切换

残压切换只当母线残压衰减到20-40%额定电压实现的切换。起动和故障段分闸与同相切换方式相同，只是正常母线段的合闸条件与同相切换方式有所不同，只有当母线电压衰减到某个允许值时，才可合上备用馈线。合闸时无须判断相角和频率差，这是不同步的切换方式。残压切换虽能保证设备安全，但由于停电时间过长，设备能否成功起动都受到很大的影响。

2.3.4 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合闸冲击时，或在某些 情况下母线上残压可能不容易衰减到设定值，或残压切换参数设置不合理时，只能考虑长 延时切换，长延时作为合闸的最后保障，建议必须投入。当长延时切换没有投入时，若切换过程中其他实现方式均不满足，装置经 12S 后闭锁 装置，同时发闭锁信号，需手动复归。

3 无扰动快切装置实际应用中的注意事项

（1）双电源无扰动快切装置以其精密的逻辑运算对系统进行可靠的切换，但仍然不能完全取代倒闸操作，不是怀疑快切的可靠性，而是倒闸操作还需要其他的设备来共同完成，如断路器等，这就有可能出现快切动作信号已经发出，但合闸或跳闸回路有故障而导致该分的分不了，该合的合不了的情况。所以说用快切倒闸操作前，首先要检查快切装置本身有无闭锁情况，然后检查进线柜和母联柜上的综保有无合闸回路断线、跳闸回路断线的报警信息，同时检查断路器小车必须在运行位，只有当这些条件都满足时，或者说将这些条件都通过快切的开入量输入作为其必须满足的初始条件时（当然快切需要进一步改造升级），才能确保操作的万无一失。

（2）通过上面的阐述，快切装置实际上就是在备自投的基础上演变发展而来，其逻辑判断条件都可以与备自投找到相应的对应点，唯有不同的是快切具有更加强大的数据处理能力和逻辑运算能力，它通过快速的扫描以及建立复杂的数学模型提前知道电压变化的曲线，分析出最佳合闸的时刻点，提前发出信号，通过断路器动作的时间，能使真正的合闸时刻与数学模型分析出的合闸时刻相吻合，从而达到不断电切换的目的，快速性和灵敏性比备自投要更精确。

4 结束语

双电源无扰动快切装置以断电时间短，对系统冲击小的优点正得到广泛的普及和应用，其强大的逻辑运算功能确保了电力系统的准确切换，也减少了因电力的中断而使企业造成的损失。同样，要想进一步提高快切的灵敏性，唯有进一步完善各功能模块及逻辑运算和各种事故状态下的数学模型，使理论的模型与实际出现的故障更加接近，缩短判断的时间，但要想真正达到“零时间切换”，从客观上讲是不可能的，只能从提高保护装置的硬件和软件水平上向这个目标靠近。