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【摘 要】 本文首先介绍了供电系统中备用自动投入装置的缺陷，提出了快切装置的优越性，并介绍了快切装置的工作原理，得出了将快切装置运用于供电系统中可以更好地保证系统高效运行这一结论。
【关键词】 供电系统；备自投；快切装置；切换方式
1.由于生产工艺、安全、环保等原因，现代企业对供电质量要求越来越高，尤其在石化、冶金等大中型工业企业。为提高供电可靠性，工企一次系统一般采用双路或多路供电，再辅以二次系统采用备自投装置，当检测到工作电源进线开关跳闸，工作段母线失压，经过延时，自动将备用段至工作段开关投入，恢复供电。对一般工业企业而言，备自投装置已经可以满足要求。但在对石化、冶金等要求连续供电的企业，备自投切换时间长可靠性低等缺陷将无法满足安全生产需要。
在失电后，母线上的电压、频差、和相角都会在短时间内不断衰减变化，为了避免备用电源合上时与母线残压反相或相位差大造成大的冲击电流，备自投采用失压电启动，在合闸（合备用电源）条件上采用延时和无压判据。在大型工业企业供电网络中存在大量的电动机负荷，由于电动机反馈电压的存在，母线从失电到失压进而无压，备自投完成动作的过程持续时间长达1-2秒，甚至更长，此时电动机已经被分批切除。即使是延迟时间较长的高压重要电动机没被切除，由于母线已经无压（一般无压定值为额定电压的20%-35%），转速已经严重下降，直接影响生产过程的连续性，并对产品质量造成不良影响。而且此时恢复供电将造成较大的电动机自起动电流，对供电网络产生冲击。因此只有采用快切装置才能很好的解决上述问题。[1]
2.快切装置工作原理和切换方式
快切装置是电源快速切换装置的简称，采用大规模集成电路的电脑芯板，在许多供电系统和一些工业、企业等场合经常见到。因为在这些用电系统中电压高、负荷大，需要运用到高效率的电源切换装置，以保证供电正常，避免出现设备冲击受损等情况。快切装置主要由启动逻辑、切换逻辑和实现逻辑等3个部分组成。所谓启动逻辑，就是电源快速切换装置启动电源切换的条件判据，主要有保护启动、无流启动、变位启动及失压启动等；切换逻辑是指跳开工作开关和合上备用开关的顺序，主要有串联切换、同时切换和并联切换；实现逻辑就是什么条件下发合备用开关命令的判据，主要有快速切换、同期捕捉等。电源快速切换装置之所以能够实现快速切换，先决条件就是要能够在第一时间捕捉到工作电源故障信息，然后启动切换逻辑，而不能等到工作母线电压低于70%才启动切换。工作电源在因故障切除后，工作母线残压的幅值和频率将随时间逐渐衰减，残压与备用电源电压间的相位将逐渐增大。而快切装置具有对母线电压、频率、相位实时跟踪功能，从而在这个极短过程中选择最佳时间点实现“快速切换”。[2]快切装置在这个短暂的变化过程中可以通过以下四种方式实现电源切换。
2.1快速切换
快速切换是最理想的一种切换方式，既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多。在并联切换方式下，实现快速切换条件为：母线和待并侧电源压差|du|<“并联切换压差”，且频差|df|<“并联切换频差”，且相差|dq|<“并联切换相差”。在串联或同时切换方式下，实现快速切换的条件为：母线和待并侧电源频差|df|<“快速切换频差”且相差|dq|<“快速切换相差”。快速切换是速度最快的合闸方式。
2.2同期捕捉切换
当快速切换不成功时，同期捕捉切换是一种最佳的后备切换方式。同期捕捉切换的原理是实时跟踪母线电压和备用电压的频差和角差变化，以同相点作为合闸目标点。以保证备用电源的电压和母线的电压二者的相位差大约为零，这种同期捕捉的切换方式可以使电动机的转速不会发生大的下降，使备用电源和母线的冲击较小。
2.3残压切换
当母线电压衰减到20%-40%实现的切换称为残压切换。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等会受到较大限制。残压切换的实现条件为：母线电压<“残压切换电压幅值”。
2.4长延时切换
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切换过去的负载的自起动，只能考虑长延时切换。长延时切换的实现条件为：装置起动后延时t>“长延时整定值”。
从以上四种切换方式的原理上分析，电源切换是以最大限度减小切换过程中发生的冲击电流，而快速切换能够达到最好的控制效果，所以在供电系统中采用快速切换方式是最有效，既能够满足正常供电需要，也能够在发生故障的情况下很好的控制系统的运行。
3.快切装置在供电系统中的应用分析
在工企变电站，大多数情况都是单母分段方式，而且运行方式多样，工作电源和备用电源不固定，一般都是2条进线互为备用。这就要求装置能自动适应各种运行方式，不管哪个电源发生故障，都能迅速将其所带负荷转到另一个电源。在供电系统中使用快速切换，需要具备几个硬件条件才能保证切换成功。首先供系统中必须有独立的工作电源和备用电源。在系统正常工作的时候，这两个独立的供电电源可以有一定的电压相角差，但是要控制相角差的范围小于20度。然后还需要在供电系统中配备快速断路器，供电系统的电源切换不能使用分合闸时间长的少油式断路器，目前市场上一般都是使用分合闸时间控制在80微秒以下的真空断路器。[3]最后还需要在供电系统中配备快速动作保护继电器，例如微机保护继电器就被广泛的使用。
我厂于2010年11月18日在35KV系统安装了金智科技MFC503快切装置，针对我厂带有发电机组及生产工艺等实际情况，快切装置只应采用快速切换和同期捕捉两种方式实现电源切换。应用保护、误跳、失压和失步等多种起动方式。图1为我厂一次系统主接线图。
图1
35KV系统正常运行方式：丙电Ⅰ进线24871开关带Ⅰ母线、丙电Ⅱ进线24872开关带Ⅱ母线运行，母联24850开关热备用，快切装置投入。2013年7月29日上级变电站失电，快切装置成功进行了切换，丙电1线24871开关跳闸，母联开关24850开关合闸，切换过程为对供电系统没正常运行产生扰动，系统正常。35KV快切動作切换记录如下：
切换动作
起动方式：失步起动
切换方向：1进线切至母联24850
切换方式：串联切换
实现方式：快速A
切换结果：切换成功
参考相：C相
4.结束语
快切装置克服了以往备自投装置的缺点，提高了电源切换的成功率，避免了因供电系统母线失电造成的影响，大大的提高了系统供电的可靠性。快切装置在供电系统的成功应用，极大的保证了用电负荷的连续运行，保证了安全稳定生产。快速切换装置在供电系统中必将得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1] MFC5103A工业企业电源快速切换装置说明书
[2] 23DLT_1073-2007_电厂厂用电快速切换装置通用技术条件
[3]马小娜，李广志，王澜.石化供电系统中快切装置技术特点及应用.自动化应用.2010（5）
【关键词】 供电系统；备自投；快切装置；切换方式
1.由于生产工艺、安全、环保等原因，现代企业对供电质量要求越来越高，尤其在石化、冶金等大中型工业企业。为提高供电可靠性，工企一次系统一般采用双路或多路供电，再辅以二次系统采用备自投装置，当检测到工作电源进线开关跳闸，工作段母线失压，经过延时，自动将备用段至工作段开关投入，恢复供电。对一般工业企业而言，备自投装置已经可以满足要求。但在对石化、冶金等要求连续供电的企业，备自投切换时间长可靠性低等缺陷将无法满足安全生产需要。
在失电后，母线上的电压、频差、和相角都会在短时间内不断衰减变化，为了避免备用电源合上时与母线残压反相或相位差大造成大的冲击电流，备自投采用失压电启动，在合闸（合备用电源）条件上采用延时和无压判据。在大型工业企业供电网络中存在大量的电动机负荷，由于电动机反馈电压的存在，母线从失电到失压进而无压，备自投完成动作的过程持续时间长达1-2秒，甚至更长，此时电动机已经被分批切除。即使是延迟时间较长的高压重要电动机没被切除，由于母线已经无压（一般无压定值为额定电压的20%-35%），转速已经严重下降，直接影响生产过程的连续性，并对产品质量造成不良影响。而且此时恢复供电将造成较大的电动机自起动电流，对供电网络产生冲击。因此只有采用快切装置才能很好的解决上述问题。[1]
2.快切装置工作原理和切换方式
快切装置是电源快速切换装置的简称，采用大规模集成电路的电脑芯板，在许多供电系统和一些工业、企业等场合经常见到。因为在这些用电系统中电压高、负荷大，需要运用到高效率的电源切换装置，以保证供电正常，避免出现设备冲击受损等情况。快切装置主要由启动逻辑、切换逻辑和实现逻辑等3个部分组成。所谓启动逻辑，就是电源快速切换装置启动电源切换的条件判据，主要有保护启动、无流启动、变位启动及失压启动等；切换逻辑是指跳开工作开关和合上备用开关的顺序，主要有串联切换、同时切换和并联切换；实现逻辑就是什么条件下发合备用开关命令的判据，主要有快速切换、同期捕捉等。电源快速切换装置之所以能够实现快速切换，先决条件就是要能够在第一时间捕捉到工作电源故障信息，然后启动切换逻辑，而不能等到工作母线电压低于70%才启动切换。工作电源在因故障切除后，工作母线残压的幅值和频率将随时间逐渐衰减，残压与备用电源电压间的相位将逐渐增大。而快切装置具有对母线电压、频率、相位实时跟踪功能，从而在这个极短过程中选择最佳时间点实现“快速切换”。[2]快切装置在这个短暂的变化过程中可以通过以下四种方式实现电源切换。
2.1快速切换
快速切换是最理想的一种切换方式，既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多。在并联切换方式下，实现快速切换条件为：母线和待并侧电源压差|du|<“并联切换压差”，且频差|df|<“并联切换频差”，且相差|dq|<“并联切换相差”。在串联或同时切换方式下，实现快速切换的条件为：母线和待并侧电源频差|df|<“快速切换频差”且相差|dq|<“快速切换相差”。快速切换是速度最快的合闸方式。
2.2同期捕捉切换
当快速切换不成功时，同期捕捉切换是一种最佳的后备切换方式。同期捕捉切换的原理是实时跟踪母线电压和备用电压的频差和角差变化，以同相点作为合闸目标点。以保证备用电源的电压和母线的电压二者的相位差大约为零，这种同期捕捉的切换方式可以使电动机的转速不会发生大的下降，使备用电源和母线的冲击较小。
2.3残压切换
当母线电压衰减到20%-40%实现的切换称为残压切换。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等会受到较大限制。残压切换的实现条件为：母线电压<“残压切换电压幅值”。
2.4长延时切换
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切换过去的负载的自起动，只能考虑长延时切换。长延时切换的实现条件为：装置起动后延时t>“长延时整定值”。
从以上四种切换方式的原理上分析，电源切换是以最大限度减小切换过程中发生的冲击电流，而快速切换能够达到最好的控制效果，所以在供电系统中采用快速切换方式是最有效，既能够满足正常供电需要，也能够在发生故障的情况下很好的控制系统的运行。
3.快切装置在供电系统中的应用分析
在工企变电站，大多数情况都是单母分段方式，而且运行方式多样，工作电源和备用电源不固定，一般都是2条进线互为备用。这就要求装置能自动适应各种运行方式，不管哪个电源发生故障，都能迅速将其所带负荷转到另一个电源。在供电系统中使用快速切换，需要具备几个硬件条件才能保证切换成功。首先供系统中必须有独立的工作电源和备用电源。在系统正常工作的时候，这两个独立的供电电源可以有一定的电压相角差，但是要控制相角差的范围小于20度。然后还需要在供电系统中配备快速断路器，供电系统的电源切换不能使用分合闸时间长的少油式断路器，目前市场上一般都是使用分合闸时间控制在80微秒以下的真空断路器。[3]最后还需要在供电系统中配备快速动作保护继电器，例如微机保护继电器就被广泛的使用。
我厂于2010年11月18日在35KV系统安装了金智科技MFC503快切装置，针对我厂带有发电机组及生产工艺等实际情况，快切装置只应采用快速切换和同期捕捉两种方式实现电源切换。应用保护、误跳、失压和失步等多种起动方式。图1为我厂一次系统主接线图。
图1
35KV系统正常运行方式：丙电Ⅰ进线24871开关带Ⅰ母线、丙电Ⅱ进线24872开关带Ⅱ母线运行，母联24850开关热备用，快切装置投入。2013年7月29日上级变电站失电，快切装置成功进行了切换，丙电1线24871开关跳闸，母联开关24850开关合闸，切换过程为对供电系统没正常运行产生扰动，系统正常。35KV快切動作切换记录如下：
切换动作
起动方式：失步起动
切换方向：1进线切至母联24850
切换方式：串联切换
实现方式：快速A
切换结果：切换成功
参考相：C相
4.结束语
快切装置克服了以往备自投装置的缺点，提高了电源切换的成功率，避免了因供电系统母线失电造成的影响，大大的提高了系统供电的可靠性。快切装置在供电系统的成功应用，极大的保证了用电负荷的连续运行，保证了安全稳定生产。快速切换装置在供电系统中必将得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1] MFC5103A工业企业电源快速切换装置说明书
[2] 23DLT_1073-2007_电厂厂用电快速切换装置通用技术条件
[3]马小娜，李广志，王澜.石化供电系统中快切装置技术特点及应用.自动化应用.2010（5）