備用電源自動投入裝置介紹

隨著現(xiàn)代電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度也越來越高，為了確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要裝設(shè)各種安全自動裝置。備用電源自動投入裝置就是其中最常見的一種，該裝置動作的正確可靠與否將直接影響到火力發(fā)電廠和生產(chǎn)裝置區(qū)變電所供電的可靠性。

備用電源自動投入裝置是當(dāng)工作電源因故障斷開以后，能夠自動而迅速地將備用電源投入工作或?qū)⒂脩羟袚Q到備用電源上去，從而使用戶不致于被停電的一種裝置，簡稱“BZT裝置” 。

同繼電保護裝置一樣，BZT裝置經(jīng)歷了從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型到微機型的發(fā)展歷程。電磁型BZT裝置主要由低電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、開關(guān)輔助接點等組成，接線簡單，維護方便，容易掌握，一定范圍內(nèi)能夠滿足控制要求，因而在20世紀(jì)80年代得到了廣泛的應(yīng)用。但是，電磁型BZT裝置也有著明顯的缺點：設(shè)備體積大，壽命短，動作速度慢，功能少，程序不可調(diào)。20世紀(jì)80年代中期到90年代初期，出現(xiàn)了整流型和晶體管型BZT裝置，具有體積小、功率消耗小和防震性能好的優(yōu)點，但功能與電磁型BZT裝置基本相同。集成電路型BZT裝置作為向微機型BZT裝置過渡的產(chǎn)品，還沒有來得及大面積推廣應(yīng)用，就被性能更為優(yōu)越的微機型BZT裝置所取代。

1.電磁型BZT 裝置

電磁型BZT 裝置的應(yīng)用比較普遍，均采用帶時限的低電壓起動方式。對電磁型BZT裝置，有以下基本要求：

（1）工作電源電壓，除了因手動斷開或進線開關(guān)保護動作而消

失外，在其他原因造成電壓消失時，BZT裝置都應(yīng)動作；

（2）應(yīng)保證在工作電源斷開后，備用電源有足夠高的電壓時，才投入備用電源；

（3）應(yīng)保證BZT裝置延時動作，并且只動作一次；

（4）當(dāng)發(fā)生PT斷線時，BZT裝置的起動元件不應(yīng)動作；

（5）若BZT裝置投入穩(wěn)定性故障，必要時應(yīng)該使投入斷路器的保護加速動作。

使用電磁型BZT裝置時，除了因為電氣元件，如電壓繼電器和時間繼電器等的不穩(wěn)定性會影響到正常電源和備用電源之間的切換之外，還存在以下問題：

（1）切換時間長：時間繼電器的整定時間t要求躲過工作電源進線開關(guān)的動作時限t1，以避免工作電源進線保護動作時，備用電源投入故障母線段；同時，還應(yīng)該比工作電源母線段引出線短路保護的最長動作時間大一個時限階段t2。一般情況下，t1=0.7～0.9s，t2=0.5～0.7s，電磁型BZT裝置的動作時間t=t1 t2=1.2～1.6s；

（2）沖擊電流大：切換時間長導(dǎo)致電動機電源電壓嚴(yán)重下降，當(dāng)備用電源投入時，電動機自啟動成功與否、自啟動時間等都將受到較大的限制，同時，由于電動機的轉(zhuǎn)速嚴(yán)重下降，自啟動過程中將會給電源母線帶來非常大的沖擊電流；

（3）自投可靠性差：工作電源母線失電后，異步電動機將惰行。對單臺電動機而言，電源切斷后電動機的定子電流變?yōu)榱?，轉(zhuǎn)子電流逐漸衰減，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也將從額定值逐漸降低，轉(zhuǎn)子電流磁場將在定子繞組中感應(yīng)反向電勢，形成反饋電壓；對多臺異步電動機而言，由于各電動機的容量、負(fù)載等情況不同，在惰行過程中，一部分電動機將繼續(xù)保持異步電動機的特征，而另一部分將呈現(xiàn)異步發(fā)電機的特征，此時的母線電壓即為眾多異步電動機的合成反饋電壓，俗稱“殘壓”。通常，電動機總?cè)萘吭酱?，殘壓的頻率和幅值衰減的速度越慢。由于電磁型BZT 裝置沒有檢測母線的殘壓，也沒有檢測備用電源和母線殘壓之間的差壓，所以備用電源能否成功自投具有一定的不確定性。當(dāng)備用電源和母線殘壓之間的相位差超過20°時，在備用電源進線開關(guān)的合閘過程中將形成很大的沖擊電流，可能會導(dǎo)致后加速保護動作，造成自投不成功。

2.整流型和晶體管型BZT裝置

整流型和晶體管型BZT裝置的功能與電磁型BZT裝置相比，沒有得到明顯的改進，實際使用過程中仍然存在上述問題。后來由于各種原因，整流型和晶體管型BZT裝置并沒有得到廣泛應(yīng)用。

3.集成電路型BZT裝置

作為過渡產(chǎn)品，集成電路型BZT裝置具備了微機型BZT裝置的某些功能，但是，由于集成電路型BZT裝置采用整流、積分等模擬方法來“計算”備用電源和母線殘壓之間的相位差和頻差，在動態(tài)條件下，其“計算”速度和精度與微機型BZT裝置相比均有一定的差距。隨著微處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，集成電路型BZT裝置被微機型BZT裝置取代。

4.微機型BZT裝置

現(xiàn)行工程設(shè)計中，BZT裝置均采用微機型。微機型BZT裝置有如下特點和優(yōu)點：

（1）裝置直觀簡便：外部接線少，占據(jù)空間小，可以在線查看全部輸入量、保護整定值、預(yù)設(shè)值、瞬時采樣數(shù)據(jù)和事故分析記錄，顯示屏能實時顯示相關(guān)運行數(shù)據(jù)；

（2）可靠性高：采用了先進的電磁兼容（EMC）技術(shù)、新型抗電磁和尖脈沖干擾器件以及MPC 器件，軟件上采用了冗余、容錯、數(shù)字濾波等技術(shù)；

（3）精度高，免校驗：精度均可由軟件調(diào)整，全數(shù)字化處理和接點信號系統(tǒng)；

（4）智能化程度高，自適應(yīng)能力強：通過面板或軟件可設(shè)置和修改PT、CT 的變比、保護整定值、定值越限觸發(fā)等參數(shù)，保護功能均設(shè)有軟壓板，可根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)置投退，出口繼電器均為可編程輸出；

（5）綜合功能強：具有串行通信功能，可進行遠(yuǎn)方監(jiān)控，也可以脫離網(wǎng)絡(luò)獨立完成各項功能，任一裝置發(fā)生故障均不會影響到其他設(shè)備，從而保證了整個系統(tǒng)的高可靠性 。

1.廠用電切換對鍋爐燃燒的影響

鍋爐是一個多輸入多輸出、非線性的動態(tài)對象，諸多調(diào)節(jié)量和被調(diào)量之間存在著一定的耦合通道。若廠用電備用電源切換時間過長，會導(dǎo)致鍋爐輔機設(shè)備的電動機轉(zhuǎn)速明顯降低，例如當(dāng)磨煤機和給粉機的轉(zhuǎn)速下降到一定的程度時，風(fēng)粉比就不能維持鍋爐的正常燃燒，可能會引起熱工保護動作，導(dǎo)致停爐、停機，嚴(yán)重情況下，甚至可能造成鍋爐爆炸事故。

2.影響廠用電切換的主要因素

影響火力發(fā)電廠廠用電切換的主要因素包括開關(guān)條件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行方式、故障性質(zhì)、切換方式和切換裝置。

少油開關(guān)逐漸被真空開關(guān)所代替，大大縮短了切換時間，對快速切換的實現(xiàn)起到了決定性作用；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式取決于電氣主接線，廠用電切換只能在既定的情況下進行，不可能按照廠用電切換的需要來改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式；故障的發(fā)生往往是不可預(yù)見的，所以其性質(zhì)不可預(yù)測。可見，只有通過對切換方式和切換裝置的優(yōu)化選擇來解決傳統(tǒng)備用電源自動投入過程中出現(xiàn)的問題。

3.廠用電的切換方式

（1）按照起動原因分類，廠用電切換可分為如下3 種方式：

1）正常切換：由運行人員手動操作起動，常用于發(fā)電廠機組的開、停車過程；

2）非正常切換：用于工作電源母線非正常電壓下降或失電，以及人為誤操作或工作電源進線開關(guān)誤動作而導(dǎo)致的工作電源被切除；

3）事故切換：由BZT 裝置保護出口起動，用于事故情況下的工作電源電壓下降或失電。

（2）按照開關(guān)的動作順序分類（動作順序以工作電源切向備用電源為例），廠用電切換可分為如下3種方式：

1）并聯(lián)切換：先合上備用電源，再跳開工作電源，多用于正常切換。并聯(lián)切換又可分為并聯(lián)自動和并聯(lián)非自動兩種方式，并聯(lián)自動方式指由切換裝置先合上備用電源，經(jīng)短時并聯(lián)后，再跳開工作電源；并聯(lián)半自動方式指快切裝置僅完成備用電源的合閘，工作電源的跳閘由運行人員完成。并聯(lián)切換過程中，母線不會斷電；

2）串聯(lián)切換：先跳開工作電源，確認(rèn)工作電源進線開關(guān)跳開后，再合上備用電源，多用于事故切換。串聯(lián)切換過程中，母線的斷電時間約為備用電源進線開關(guān)的合閘時間；

3）同時切換：介于并聯(lián)切換和串聯(lián)切換之間，先跳開工作電源，經(jīng)短延時后再合上備用電源，短延時的目的是保證工作電源先斷開、備用電源后合上，這種方式可用于正常切換、非正常切換和事故切換。同時切換過程中，母線的斷電時間大于0而小于備用電源進線開關(guān)的合閘時間。

（3）按照切換的速度或合閘的條件分類，廠用電切換可分為如下4 種方式：

1）快速切換：當(dāng)工作電源發(fā)生故障，進線開關(guān)跳閘后，母線殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減。所謂的“快速切換”就是切換裝置能在安全合閘區(qū)域AB段合上備用電源，則既能保證電動機安全，又不使電動機轉(zhuǎn)速下降得太多。當(dāng)AB段不能實現(xiàn)快切時，母線殘壓和備用電源之間的相位差將繼續(xù)增大，切換裝置將自動轉(zhuǎn)入同期捕捉切換；

2）同期捕捉切換：由于不同的運行工況下頻率或相位差的變化速度相差很大，因此用固定延時的辦法很不可靠，已不再采用。利用微機型快速切換裝置的功能，實時跟蹤頻差和相位差變化，實現(xiàn)CD段的切換，特別是捕捉母線殘壓與備用電源的第一次相位重合點，以便實現(xiàn)合閘，這就是“同期捕捉切換”。實際工程應(yīng)用時，可以做到在過零點附近很小的范圍內(nèi)合閘。同期捕捉切換時母線電壓為65%～70%的額定電壓，電動機轉(zhuǎn)速不致下降得很大，通常能夠順利的自啟動。另外，由于兩電壓同相，備用電源合上時沖擊電流比較小，不會對電氣設(shè)備及系統(tǒng)造成危害；

3）殘壓切換：當(dāng)母線電壓衰減到20%～40%的額定電壓后實現(xiàn)的切換通常稱為“殘壓切換”。殘壓切換雖能保證電動機安全，但由于母線失電時間過長，電動機自啟動成功與否以及自啟動時間等都將受到較大限制。

4）長延時切換：當(dāng)備用電源的容量不能承擔(dān)廠用電全部用電負(fù)荷，或者不能滿足殘壓切換情況下電動機的自啟動需要時，機組停車過程中的正常切換只能考慮長延時切換。

工作電源失電情況下，為了確?；鹆Πl(fā)電廠能夠迅速恢復(fù)正常運行或安全停爐停機，確保裝置的生產(chǎn)連續(xù)性，應(yīng)該選用可靠的備用電源自動投入裝置。工程設(shè)計中，火力發(fā)電廠應(yīng)優(yōu)先選用微機型廠用電快速切換裝置，生產(chǎn)裝置區(qū)變電所應(yīng)選用微機型BZT裝置。隨著微處理技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，備用電源自動投入裝置將進一步向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通訊將趨于一體化 。