論石油石化企業(yè)裝配電源快速切換裝置的必要性

李曉平

【摘要】電源備用電源自投由于可靠性和速動性達(dá)不到石化企業(yè)對電源的要求，快切裝置的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)引起廣泛的重視。

【關(guān)鍵詞】電源中斷；備用電源自投；快切

引言

石油化工企業(yè)的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，對電源可靠性要求很高，由兩路電源供電。

1、事故狀態(tài)下電源切換方式

1.1備用電源自投裝置

備用電源自動投入裝置，簡稱BZT， BZT裝置本身具有原理簡單、動作可靠的特點(diǎn)，成功率較高，廣泛應(yīng)用于我國的供配電系統(tǒng)。備自投啟動的條件是：1）母線無電壓（具體見整定值）；2）利用工作電源開關(guān)輔助接點(diǎn)判斷故障電源斷路器確已斷開；3）備用電源正常；4）無其他外部閉鎖量輸入。由此可見備自投并不需要檢同期，因?yàn)橛肋h(yuǎn)都是“先分后合”，兩個電源沒有并列運(yùn)行的機(jī)會，因此得到了普遍的認(rèn)可和使用。

1.2快切裝置

國內(nèi)目前常用的快切裝置技術(shù)大都來源于ABB有關(guān)母線殘壓的理論，圖1以極坐標(biāo)形式繪出的系統(tǒng)母線殘壓相量變化軌跡示意圖（殘壓衰減較慢的情況），圖中綠色曲線會出的是母線殘壓UD，由于石化變電所母線負(fù)荷類型較多，有同步電動機(jī)、異步電動機(jī)、電容器、電抗器等，有時還有發(fā)電機(jī)電源，母線電壓為眾多電動機(jī)的合成反饋電壓，因此殘壓由于設(shè)備的種類和數(shù)量的不同存在很大不同，但總的趨勢是以非線性的速度不迅速下降。備用電源電壓為US，Us相對于UD大小和方向是保持不變的，△U為備用電源電壓與母線殘壓間的差拍電壓。合上備用電源后，如果定義電動機(jī)承受的電壓為UM，則UM為：

UM=XM/（XS+XM）△U………………………………………（1）

式中，XM----母線上電動機(jī)組和低壓負(fù)荷折算到高壓廠用電壓后的等值電抗。

XS-----電源的等值電抗。

如果令K=XM/（XS十XM），則

UM=K.△U…………………………………………………………（2）

為保證電動機(jī)安全自起動，UM應(yīng)小于電動機(jī)的允許起動電壓，設(shè)為 1.1倍的額定電壓UDe，則有：

K.△U<1.1UDe……………………………………………………（3）

△U（%）<1.1/K……………………………………………………（4）

若取K=0.67，則△U（%）<1.64。圖1中，以A為圓心，以1.64為半徑繪出弧線M-N，則E-F的右側(cè)為備用電源允許合閘的安全區(qū)域，左側(cè)則為不安全區(qū)域。若取K=0.95，則△U（%）<1.15，圖1中M-N的左側(cè)均為不安全區(qū)域。假定正常運(yùn)行時工作電源與備用電源同相.其電壓相量端點(diǎn)為A，則母線失電后殘壓相量端點(diǎn)將沿殘壓曲線由A向B方向移動，如能在A—B段內(nèi)合上備用電源，則既能保證電動機(jī)安全，又不至于使電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降大多，這就是所謂的“快速切換”。

2、備自投與快切的優(yōu)劣比較

2.1備自投在石化企業(yè)適應(yīng)性分析：第一，石化企業(yè)電壓等級多，對供電可靠性要求高，備自投需要與線路的重合閘、補(bǔ)償電容器的保護(hù)、上下級備自投之間進(jìn)行配合，影響其可靠性。第二，石化企業(yè)的一個顯著特點(diǎn)是裝置大型化、集約化、精密化以后對供電高可靠性的要求，由于母線殘壓的幅值和頻率，受到眾多因素的影響，而石化企業(yè)運(yùn)行方式、負(fù)荷、運(yùn)行設(shè)備隨時可能發(fā)生改變，當(dāng)母線失壓時，電動機(jī)失去電動力后轉(zhuǎn)速下降，眾多電動機(jī)相當(dāng)于一個個電壓、頻率在以非線性的速度迅速衰減的電源和，產(chǎn)生的反電勢構(gòu)成的母線電壓的幅值和頻率會隨時間不斷變化因此如何選擇備自投裝置的設(shè)定值非常困難。第三，備自投不檢同期，備用電源投入工作段時，母線殘壓的相位與電源的相位相差較大時，其沖擊電流有可能達(dá)到電動機(jī)啟動電流的兩倍，不但會損壞電動機(jī)或縮短電動機(jī)使用壽命，這是一種隱性的，逐漸為人們所認(rèn)識的破壞力，而且可能會使繼電保護(hù)誤動作，造成自投失敗。

2.2快切裝置的快速性：利用開關(guān)合閘時間大于分閘時間這一特點(diǎn)，具體說來在運(yùn)行電源失電瞬間，快切瞬間啟動，在運(yùn)行電源和備用電源的相角差、頻差在定值范圍內(nèi)，同時發(fā)出斷開運(yùn)行電源斷路器、閉合備用電源的斷路器，由于斷路器固有動作時間，分閘的時間勢必在合閘之前完成，因此不必?fù)?dān)心會造成短路。

2.3快切裝置的可靠性：一般快切裝置按照動作的快慢，可以分為四種動作情況：快速切換，捕捉同期切換，殘壓切換和長延時切換。如果在啟動瞬間不能滿足同步條件，即無法進(jìn)行快速切換，此時可根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)入首次同相切換，也就是發(fā)出分閘命令后，等待運(yùn)行電源與備用電源的電壓差值達(dá)到第一個最小值之前發(fā)出合閘命令，提前發(fā)出命令目的是為了補(bǔ)償電力設(shè)備的固有響應(yīng)時間。整個切換過程中備用電源電壓向量始終跟隨運(yùn)行電壓的殘壓，在相角差為零時，實(shí)現(xiàn)切換。

2.4快切裝置的安全性：或許有人擔(dān)心在快切過程當(dāng)中，同時分合開關(guān)，一旦分閘命令未能執(zhí)行，即該分的開關(guān)因故未能如期分閘，發(fā)生非同期合閘，產(chǎn)生沖擊電壓，其實(shí)這種擔(dān)心是不必要的，因?yàn)榭烨醒b置的合閘是經(jīng)過同期檢測的，不可能產(chǎn)生危險的沖擊電壓。

2.5快切裝置的適用范圍：快切裝置的啟動分手動和自動，正常的倒負(fù)荷過程的可采用手動啟動方式，消除了人為倒閘所承受的事故風(fēng)險；事故情況下的切換采用光差保護(hù)啟動方式，后備保護(hù)閉鎖的方式實(shí)現(xiàn)快速切換。

3、結(jié)論

快切裝置相較于備用電源自投裝置，具有靈活、快速、對系統(tǒng)沖擊小、可靠等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠兼容備自投的功能，對于我們這樣對于電源可靠性要求高的企業(yè)，一次聯(lián)鎖停車的損失就非常巨大，因此雖然上快切的投入的確不小，但只要能在關(guān)鍵時刻發(fā)揮積極作用，初期投入是合理的，是在可接受范圍內(nèi)的，我們上快切裝置是非常有必要的。

參考文獻(xiàn)

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