关于厂用电备用电源切换准则的的分析
罗三汉
（电力工程师，广东深圳，xiaochahu119@）
摘要：在电力系统里，备用电源投入的日益受到大家的重视，快切领域里的产品也比较多，但是其效果就千差万别，本文结合现场的实际录波图，简单地介绍几种比较成熟可靠的切换准则。

关键字：近年来，工业、钢铁、化工、石化领域的厂用电用电事故屡出不鲜，重要负荷的大面积的停电事故所造成的损失重大，因此，当正常电源发生故障后，备用电源的快速地、安全地投入已经受到大家的日益重视。

目地为了追求速度把3DL合上，合上瞬间的冲击会危及到厂用母线上的负荷的安全，同时保护也会相应地动作导致备用电源投入失败。

所以在合3DL的时候，我们必须要采用相应的“安全切换准则”，所谓的“安全切换准则”，就是根据当前的厂用母线和备用电源之间的的电压幅值、角度、频率的特点所采用的策略。

当今市场上的国内外厂用电备用电源快切装置所采取的切换准则普遍主要为快速切换策略、捕捉同期切换策略、残压切换策略、短延时切换策略、长延时切换策略等。

快速切换策略：在切换启动瞬间，若母线与备用电源进线的角差、频差在定值范围之内，且母线电压不低于快切低压闭锁定值，则可以在启动瞬间进行“快速切换”，立刻合闸出口。

现场试验数据表明，母线电压和频率衰减的时间、速度主要和该段母线所带的负载有关，负载越多，电压、频率下降的越慢，而且下
降的速率随着时间的推移不断成加速下滑趋势。

在最初0.3S 之内，电压、频率下降的幅度较小，相角差在60°内对于用电设备是安全的，因而若在此区间快速合闸，无疑是最佳选择。

在频差平均为1Hz 时，以开关固有合闸时间为100ms 计算，母线与备用进线相量间夹角增大36°，因而为确保快速切换成功，宜采用快速开关进行切换，且装置发合闸出口命令时，即时测得的角差应小于20°，即快速切换角差定值设置为20°。

图2-1 工作母线失电后母线反馈电压U G 及
断路器2DL两端压差ΔU的变化轨迹
D
A
如图2.1所示，图中U G 为母线电压，ΔU 为U G 与备用电源电压U B 的电压相量差，即..U U =∆G -.U B 。

假设母线断电前的电压U G 与备用电压之初相角差（功角）为某一个初始相角，断电后，U G 的频率及电压不断下降，U G 开始向滞后U B 方向（顺时针）旋转，即相继出现U G1、U G2、U G3、U G4、U G5、U G6（U G 与U B 的同
相点），与之对应的压差为ΔU1、ΔU2、ΔU3、ΔU4、ΔU5、ΔU6，相角差为Φ1、Φ2、Φ3、Φ4、Φ5、Φ6。

捕捉首次同相点：捕捉首次同相点切换是指出现工作电源因事故被切除后，母线上残压相量将绕备用电压相量向滞后方向旋转，在首次出现相角差为零时完成备用电源切换。

条件因子取决于备用电源开关的合闸时间和相角差Ψ的变化速度。

切换过程相量图如图6示。

图 1 首次同相切换的相量图
Uby: 备用电压
U: 母线电压
Ψ: 母线电压与备用电压角差
dΨ/dt: 母线电压对备用电压相对运动的角速度
首次同相点切换作为耐受电压准则切换的备用切换常用于如下情况：
（1）因系统接线或系统运行方式造成母线电压与备用电源初始角（功角）较大，无法实现快速切换准则点切换；
（2）工作电源和备用电源来自两个独立的系统，两系统之间不仅存在相位差，而且存在频差时；
（3）工作母线上存在大容量电源，投备用电源时会出现同期问题，因此此时采用同期方式（同相）合闸是合理的切换方式。

残压切换策略：残压切换指当母线三个线电压均衰减至小于或等于残压切换电压定值（20~40%额定电压），且持续残压切换延时定值后实现的切换。

残压切换作为前述首次同相点切换的后备功能。

当工作电源被保护切除后，如果因某种原因未能实施前述切换，则当母线电压衰减到某个允许值（整定值）时，再合上备用分支开关。

其合闸时无须判断相角和频率差，这是一种后备切换方式，但是切换后的情况比较被动。

残压切换虽能保证备用分支电源投入，但是由于停电时间过长，很多设备已自动或被低压保护被切除，其他设备自启动条件恶化，生产工艺过程等都将受到较大影响。

长延时切换：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最后的备用切换方式。

在正常情况下是不可能会发生这种切换方式的。

通常只有当短时间内同时发生多次故障时才可能发生这种切换方式。

综上所述，如果现场能实现快速切换准则的无疑是最好的，此时的切换由于电压差、频率差和相位差都相对比较小，切换是快速安全可靠的。

图1是广州石化公司采用深圳智能公司的快切装置在现场事故切换时所录得的一个切换录波图，从图上可以看出，整个切换过程相对的快，在切换结束时，工作母线（1母）和备用电源（2母）之间的相位差只有16度，电压基本没有什么下降，工作母线的频率下降到49.160HZ，图2是录得切换过程中的电流图，图上可以看出，切换过程非常的平稳，在合母联开关过程中，几乎没有什么冲击电流，母线上的负荷也是没有什么异常情况。

图3-1
图3-2
图4-1和图4-2是同样的广州石化现场捕捉首次同相点切换所录得的一组波形图，
图4-1
图4-2
从图4-1和图4-2可以看出，这一次的捕捉首次同相点切换也相对比较平稳，从图4的电流的可以看出切换在合母联开关时也没有发生大的冲击电流，可是，在合母联开关时候，工作母线的电压幅值已经下降比较多了，已经下降到额定值的65%左右，虽然切换没有冲击，但是电压的下降对母线上的大型负荷比较不利，所以捕捉首次同相点相比快速切换准则逊色一点。

结束语：厂用电备用电源的投入要求是速度和安全性能的相结合，不能一味地追求速度而忽略其安全，如果在合备用开关时相位角度过大，会导致备用电源投入失败甚至引发其他的保护动作，产生严重的安全事故。

本文通过深圳国立智能公司的快切装置40B和广州石化实际试验情况来分析，简单地阐述了几种可靠的快切装置安全准则。

参考文献
SID-40B产品说明书叶念国，深圳国立智能电力科技有限公司
SID-8BT产品说明书叶念国，深圳国立智能电力科技有限公司
电力系统机电保护张保会，中国电力出版社，2005。