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摘要：切换装置设计的基本原则是尽量减小切换过程产生的冲击电流，因此最主要且最理想的是快速切换，所以机组正常起停的切换以及故障时的切换必须首先采用快速切换，除非快切失败，才继续执行备用切换模式。
关键词：厂用快速切换装置；发电厂；应用
【分类号】：TD353.5
引言
一般电厂厂用电系统设有工作电源及备用电源，正常运行时由工作电源供电，停机及事故时由备用电源供电。 由正常工作电源到备用电源的切换，装设电源切换装置，由于快切装置在启动方式及切换时间上具备明显的优势，使得厂用电快切装置在供配电系统中得到广泛应用。
1、厂用电快速切换的准则
大容量火电机组的特点之一是采用机、炉 、电单元集控方式 ，其厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运行的安全、可靠有着非常重要的影响， 而厂用电切换则是整个厂用系统的一个重要环节 ，其目的是在厂用工作电源失去时，能及时投入备用电源 ，以维持电能生产过程不致中断，特点之二是大容量电动机多， 正常运行中转动的数量也多， 厂用母线电源消失后有一个复杂的残压衰减过程 ， 转动中的电动机容量越大， 数量越多 ，厂用母线失电后衰减越慢 。根据以上特点 ，厂用电切换成功有以下两条准则：
（1）厂用系统的任何设备不能由于电源切换而承受不必要的过载和冲击 ；
（2）在厂用电切换过程中， 必须保证机组的稳定运行和安全停机。基于这两条准则 ，厂用电切换成功的关键在于速度和角度，而要选择合适的速度和角度，在于如何进行准确的定值计算和选择合适的切换逻辑， 使快切装置与电源开关进行准确的配合 。
2、电源快速切换装置功能
正常情况下实现馈线一、母联开关、馈线二之间的人工切换；故障情况下实现主馈线、备用馈线之间的快速、首次同相、残压和长延时切换；低电压、高低压侧联跳，开关偷跳，保护启动等其它开关量引起的事故切换；两段PT断线报警，装置提供保护闭锁、故障闭锁、开位异常闭锁等事故记录，打印及完善的录波功能。
3、切换装置原理
手动正常切换是指在系统正常工况时，由于运行需要厂用母线从一个电源切换到另一个电源，这种方式可由工作电源切换至备用电源，也可由备用电源切换至工作电源。它主要用于发电机起、停机时的厂用电切换。手动切换分为并联切换及串联切换，切换速度没有特殊要求，只需满足两个电源并联的条件就可以实施。事故切换指由发变组、厂变保护接点起动，单向操作，只能由工作电源切向备用电源。事故切换有两种方式可供选择，即事故串联切换和事故同时切换。串联切换和同时切换的共同点都是由保护接点起动，所不同的是串联切换是先断开工作电源开关，在确认工作电源开关已断开且切换条件满足时，合上备用电源开关。
快速切换是当母线电源中断后， 立刻同时发出断路器的闭合指令，若快切的逻辑条件满足要求，立即执行快切功能，跳开工作电源，同时合上备用电源。厂用电快速切换时，母线残压和备用电源电压之间的相位差拉开不超过30 °，快速切换时间极短，切换全过程一般不超过 100 ms，实际应用中，快速切换的成功率很高，完全能满足系统对冲击电流的要求，安全性好。快速切换的录波图如图1所示。
4、 快切存在不确定因素
4.1 快速切换的成功率存在不确定性。在前面的原理分析过程中， 使用过两个假设条件， 一是备用电源电压与工作电源电压同相位， 二是电源等值电抗X s 与电动机等值电抗X m 之比为安全区域。但实际工程中这两个条件都不一定成立。对于前者来说， 为了确保两路电源不会同时消失， 一般要求工作电源和备用电源是相互独立的， 既然它们相互独立，就很难保证它们同相位， 如果备用电源电压相量与工作电源电压相量存在一个超前的初始的相位角则快速切换的安全性就会减小。对于后者来说， Xm值是随着负荷母线上运行电动机的数量增减而变化， 也即K值在0～ 1 的范围内变化， 快速切换的安全区域也随之变化。除此之外， 电动机负载性质不同， 其转动惯量也不同， 母线上的残压的衰减规律也相应变化， 即极坐标中残压螺旋线也不是一成不变的。上述三者的不确定， 导致了快速切换的成功率存在着不确定性， 而这不管是基于捕捉同期点准则还是捕捉电动机耐受电压点准则， 都有这样的问题存在。
4.2 快速切换时备用电源的稳定与安全存在不确定性。此问题包含两个方面， 一方面是备用电源侧变压器富余容量是否足够， 如果变压器容量不够大， 一旦备用电源投入成功， 负荷母线与备用母线上的负荷之和超出变压器的负荷能力， 则会影响备用变压器的正常工作。另一方面， 备用电源投入时， 负荷母线上的电动机群同时再加速， 再加速冲击电流对备用电源的保护电器会产生较大的影响。如果继电保护整定值没有考虑躲过这一冲击电流， 则可能导致保护动作， 备用电源跳闸， 反而扩大了停电范围。
4.3 快速切换时电动机的安全存在不确定性。尽管快速切换的重要判据之一是捕捉电动机耐受电压点准则， 但在负荷母线上电动机数量较多的场所， 各类电动机的参数和驱动机械的惯量特性存在着差异， 因而合成母线残压特性曲线与分类的电动机的残压特性曲线差异较大， 按母线残压曲线为基准确定的快切投入点， 并不能确保每类电动机都是安全的， 仍然存在某台或某几台电动机因过压而损坏的风险。
4.4 快速切换时两回电源间是否出现环流存在不确定性。为了能在极窄的安全区域内完成切换， 快切装置一般采用同时切换（ 另两种切换方式为相继切换- 串联切换和搭接切换- 并联切换） ， 所谓同时切换， 就是切换命令同时发给负荷母线进线断路器（ QF1 ） 和接入备用电源的母联断路器（ QF0 ） ， 正常情况下， 断路器的分闸快于断路器的合闸， 即QF1 先分闸， QF0 后合闸， 不会有两回电源并联并出现环流的情况， 但断路器分、合闸时间差距不大， 如真空断路器分合闸时间差只有10～ 30 ms。在工程实际中考虑到断路器分、合闸机构机械特性的分散性，
5、解决方法和实际运用
快速切换和在同一时间歧视的目标是在工厂的总线供电电源或电源故障可以可靠，快速切换到备用电源厂使用总线，并从以往的快速切割设备的反馈信息，经常快速切割设备操作准确，和备份电源的快速中断或过流保护动作和跳闸，在这个时候的开关是失败的。其主要原因是备份电源的设置值和过电流保护的基础是避免了负载的励磁涌流和电动机的最大起动电流。根据经验，快速切换，同时标准开关一般在0.5秒左右完成，如果残压衰减迅速在总线开关，带负荷的非重要的辅助可能还没有足够的时间来退出，如此接近的备用电源，所有辅助设备将从最开始的工作，初始相位角，在手动并联切换时，将有一个循环，环通过大，变压器是非常有害的，如在事故自动切换和初始相位角将增加之间的备用电源电压和剩余压力角实现快速切换更困难。初始相位角为200，循环的幅度约等于变压器的额定电流，在短时间内的開关和循环不对变压器的危害。因此，当与启动/备用变压器切换可能会导致它们之间的角度超过200，这是建议采用串联开关的手动模式。
6、结束语
对于现代的化工生产装置的安全性、稳定性要求越来越高的条件下，电气系统采用电源快速切换装置是十分重要的，尤其是新改扩建的各种化工装置应做全面长远思考。则装置自动转为同期判别或判残压及长延时的慢速切换，同时在电压跌落过程中，可按延时甩去部分非重要负荷，以利于重要辅机的自起动。提高厂用电切换的成功率。
参考文献
[1]《TIWI系列万能式断路器使用说明书》TCL集团股份有限公司，2007年7月第1版
[2]《继电保护及自动化系统》朱海万力达电气股份有限公司，2006年3月第4版
关键词：厂用快速切换装置；发电厂；应用
【分类号】：TD353.5
引言
一般电厂厂用电系统设有工作电源及备用电源，正常运行时由工作电源供电，停机及事故时由备用电源供电。 由正常工作电源到备用电源的切换，装设电源切换装置，由于快切装置在启动方式及切换时间上具备明显的优势，使得厂用电快切装置在供配电系统中得到广泛应用。
1、厂用电快速切换的准则
大容量火电机组的特点之一是采用机、炉 、电单元集控方式 ，其厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运行的安全、可靠有着非常重要的影响， 而厂用电切换则是整个厂用系统的一个重要环节 ，其目的是在厂用工作电源失去时，能及时投入备用电源 ，以维持电能生产过程不致中断，特点之二是大容量电动机多， 正常运行中转动的数量也多， 厂用母线电源消失后有一个复杂的残压衰减过程 ， 转动中的电动机容量越大， 数量越多 ，厂用母线失电后衰减越慢 。根据以上特点 ，厂用电切换成功有以下两条准则：
（1）厂用系统的任何设备不能由于电源切换而承受不必要的过载和冲击 ；
（2）在厂用电切换过程中， 必须保证机组的稳定运行和安全停机。基于这两条准则 ，厂用电切换成功的关键在于速度和角度，而要选择合适的速度和角度，在于如何进行准确的定值计算和选择合适的切换逻辑， 使快切装置与电源开关进行准确的配合 。
2、电源快速切换装置功能
正常情况下实现馈线一、母联开关、馈线二之间的人工切换；故障情况下实现主馈线、备用馈线之间的快速、首次同相、残压和长延时切换；低电压、高低压侧联跳，开关偷跳，保护启动等其它开关量引起的事故切换；两段PT断线报警，装置提供保护闭锁、故障闭锁、开位异常闭锁等事故记录，打印及完善的录波功能。
3、切换装置原理
手动正常切换是指在系统正常工况时，由于运行需要厂用母线从一个电源切换到另一个电源，这种方式可由工作电源切换至备用电源，也可由备用电源切换至工作电源。它主要用于发电机起、停机时的厂用电切换。手动切换分为并联切换及串联切换，切换速度没有特殊要求，只需满足两个电源并联的条件就可以实施。事故切换指由发变组、厂变保护接点起动，单向操作，只能由工作电源切向备用电源。事故切换有两种方式可供选择，即事故串联切换和事故同时切换。串联切换和同时切换的共同点都是由保护接点起动，所不同的是串联切换是先断开工作电源开关，在确认工作电源开关已断开且切换条件满足时，合上备用电源开关。
快速切换是当母线电源中断后， 立刻同时发出断路器的闭合指令，若快切的逻辑条件满足要求，立即执行快切功能，跳开工作电源，同时合上备用电源。厂用电快速切换时，母线残压和备用电源电压之间的相位差拉开不超过30 °，快速切换时间极短，切换全过程一般不超过 100 ms，实际应用中，快速切换的成功率很高，完全能满足系统对冲击电流的要求，安全性好。快速切换的录波图如图1所示。
4、 快切存在不确定因素
4.1 快速切换的成功率存在不确定性。在前面的原理分析过程中， 使用过两个假设条件， 一是备用电源电压与工作电源电压同相位， 二是电源等值电抗X s 与电动机等值电抗X m 之比为安全区域。但实际工程中这两个条件都不一定成立。对于前者来说， 为了确保两路电源不会同时消失， 一般要求工作电源和备用电源是相互独立的， 既然它们相互独立，就很难保证它们同相位， 如果备用电源电压相量与工作电源电压相量存在一个超前的初始的相位角则快速切换的安全性就会减小。对于后者来说， Xm值是随着负荷母线上运行电动机的数量增减而变化， 也即K值在0～ 1 的范围内变化， 快速切换的安全区域也随之变化。除此之外， 电动机负载性质不同， 其转动惯量也不同， 母线上的残压的衰减规律也相应变化， 即极坐标中残压螺旋线也不是一成不变的。上述三者的不确定， 导致了快速切换的成功率存在着不确定性， 而这不管是基于捕捉同期点准则还是捕捉电动机耐受电压点准则， 都有这样的问题存在。
4.2 快速切换时备用电源的稳定与安全存在不确定性。此问题包含两个方面， 一方面是备用电源侧变压器富余容量是否足够， 如果变压器容量不够大， 一旦备用电源投入成功， 负荷母线与备用母线上的负荷之和超出变压器的负荷能力， 则会影响备用变压器的正常工作。另一方面， 备用电源投入时， 负荷母线上的电动机群同时再加速， 再加速冲击电流对备用电源的保护电器会产生较大的影响。如果继电保护整定值没有考虑躲过这一冲击电流， 则可能导致保护动作， 备用电源跳闸， 反而扩大了停电范围。
4.3 快速切换时电动机的安全存在不确定性。尽管快速切换的重要判据之一是捕捉电动机耐受电压点准则， 但在负荷母线上电动机数量较多的场所， 各类电动机的参数和驱动机械的惯量特性存在着差异， 因而合成母线残压特性曲线与分类的电动机的残压特性曲线差异较大， 按母线残压曲线为基准确定的快切投入点， 并不能确保每类电动机都是安全的， 仍然存在某台或某几台电动机因过压而损坏的风险。
4.4 快速切换时两回电源间是否出现环流存在不确定性。为了能在极窄的安全区域内完成切换， 快切装置一般采用同时切换（ 另两种切换方式为相继切换- 串联切换和搭接切换- 并联切换） ， 所谓同时切换， 就是切换命令同时发给负荷母线进线断路器（ QF1 ） 和接入备用电源的母联断路器（ QF0 ） ， 正常情况下， 断路器的分闸快于断路器的合闸， 即QF1 先分闸， QF0 后合闸， 不会有两回电源并联并出现环流的情况， 但断路器分、合闸时间差距不大， 如真空断路器分合闸时间差只有10～ 30 ms。在工程实际中考虑到断路器分、合闸机构机械特性的分散性，
5、解决方法和实际运用
快速切换和在同一时间歧视的目标是在工厂的总线供电电源或电源故障可以可靠，快速切换到备用电源厂使用总线，并从以往的快速切割设备的反馈信息，经常快速切割设备操作准确，和备份电源的快速中断或过流保护动作和跳闸，在这个时候的开关是失败的。其主要原因是备份电源的设置值和过电流保护的基础是避免了负载的励磁涌流和电动机的最大起动电流。根据经验，快速切换，同时标准开关一般在0.5秒左右完成，如果残压衰减迅速在总线开关，带负荷的非重要的辅助可能还没有足够的时间来退出，如此接近的备用电源，所有辅助设备将从最开始的工作，初始相位角，在手动并联切换时，将有一个循环，环通过大，变压器是非常有害的，如在事故自动切换和初始相位角将增加之间的备用电源电压和剩余压力角实现快速切换更困难。初始相位角为200，循环的幅度约等于变压器的额定电流，在短时间内的開关和循环不对变压器的危害。因此，当与启动/备用变压器切换可能会导致它们之间的角度超过200，这是建议采用串联开关的手动模式。
6、结束语
对于现代的化工生产装置的安全性、稳定性要求越来越高的条件下，电气系统采用电源快速切换装置是十分重要的，尤其是新改扩建的各种化工装置应做全面长远思考。则装置自动转为同期判别或判残压及长延时的慢速切换，同时在电压跌落过程中，可按延时甩去部分非重要负荷，以利于重要辅机的自起动。提高厂用电切换的成功率。
参考文献
[1]《TIWI系列万能式断路器使用说明书》TCL集团股份有限公司，2007年7月第1版
[2]《继电保护及自动化系统》朱海万力达电气股份有限公司，2006年3月第4版