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摘要：本文通过对备自投等设备的技术的介绍，分析了6.3KV工作段安装备自投的可行性及存在问题。并依托霍林河电厂脱硫6.3KV工作段的设计，阐述使用备自投的要点。
关键词：备自投；6.3KV工作段
中图分类号： TM6 文献标识码： A
一、厂用电切换概述
1、厂用电切换存在的问题
厂用电切换则是整个厂用电系统的一个重要环节。厂用电切换不当引起的问题有些是明显的、突发的，有些是渐变的。如电动机机或备用变压器受一兩次冲击并不一定马上就损坏。发电机组对厂用电切换的基本要求是安全可靠。其安全性体现为切换过程中不能造成设备损坏，而可靠性则体现为提高切换成功率，减少备用变压器过流或辅机跳闸造成锅炉汽机停运的事故。
厂用电切换一般采用工作开关辅助接点直接起动备用电源投入。这种方式合闸瞬间厂用母线反馈电压与备用电源电压间相角差较大，或可能接近180，将对电动机造成很大的合闸冲击。对加固定延时的切换方式，也因切换时系统运行方式、厂用负荷、故障类型等因素，不能可靠保证躲过反相点合闸。待残压衰减到一定幅值后投入备用电源，则由于断电时间过长，母线电压和电动机的转速都下降很大，造成自启动困难，将严重影响机、炉运行工况，在这种情况下，一方面有些辅机有可能因低电压保护将退出运行，另一方面，备用电源合上后，由于电动机成组自起动电流很大，母线电压将有可能恢复困难，严重时造成电压崩溃，被迫停机、停炉。
2、快速切换事项
由于厂用母线上电动机的特性有较大差异，合成的母线残压特性曲线与电动机相角、残压曲线的差异也较大，试验证明，母线电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间，主要取决于试验前该段母线的负载。负载越多，电压、频率、下降得越慢，达到首次反相和再次同相的时间越长。而相同负载容量下，负荷电流越大，则电压、频率下降得越快，达到最初反相和同相的时间越短。
真空开关的合闸时间一般在40ms-70ms左右，假定事故发生前工作电源与备用电源同相，并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间，两电源仍同相，则若采用同时方式切换，且分合闸错开时间（断电时间）整定得很小（如10ms），则备用电源合上时相角差也很小，冲击电流和自起动电流均很小。若采用串联切换，则断电时间至少为合闸时间，假定为70ms，相角差约为20－30左右，备用电源合闸时的冲击电流也不很大，一般不会造成设备损坏或快切失败。
快速切换能否实现，不仅取决于开关条件，还取决于系统结线、运行方式和故障类型。系统结线方式和运行方式决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电压间的初始相角，若该初始相角较大，如大于20，则事故切换时难以保证快速切换成功，正常并联切换也将因环流太大而失败或造成设备损坏事故。故障类型则决定了从故障发生到工作开关跳开这一期间厂用母线电压和备用电源电压的频率、相角和幅值变化，此外，保护动作时间和各其它有关开关的动作时间及顺序也将影响频率、相角等的变化。
因此，实际情况下，可能出现这样的情况，一是客观条件上无法实现快速切换；二是有的机组有时快速切换成功，有时快速切换不成功。
快速切换不成功时最佳的后备方案是同期捕捉切换。反相后第一个同期点时间约为0.4-0.6秒，残压衰减到允许值（如20%-40%）为1－2秒，而长延时则要经现场试验后根据残压曲线整定，一般为几秒，以保证自起动电流在4～6倍内。可见，同期捕捉切换，较之残压切换和长延时切换有明显的好处。
3、快速切换时间
快速切换时间有两个方面，一是开关固有跳合闸时间，二是快切装置本身的动作时间。
就开关固有跳、合闸时间而言，越短越好，特别是备用电源开关的固有合闸时间越短越好。从实际要求来说，固有合闸时间以不超过3-4周波为好，真空开关都能满足。若切换前工作电源与备用电源同相，快切装置以串联方式实现快速切换时，母线断电时间在100ms以内，母线反馈电压与备用电源电压间的相位差在备用电源开关合闸瞬间一般不会超过20-30，这种情况下，冲击电流、自启动电流、母线电压的下降及电动机转速的下降等因素对机炉的运行带来的影响均不大。
快切装置本身的固有动作时间包括其硬件固有动作时间和软件最小运行时间。装置硬件固有时间主要包括开关量输入、开关量输出两部分的光隔及继电器动作时间，再加上出口跳合闸继电器的动作时间。软件最小运行时间指完成测量、判断、执行等的时间。从硬件来说，进一步提高速度意味着减少或取消继电器隔离环节，仅采用光藕隔离，从现场实际应用情况来说，采用继电器-光藕两级隔离的技术更为成熟可靠。从软件来说，针对开关断开时灭弧引起的暂态所需进行的一些特别计算处理以及开关量输入测量时的去抖动处理等都是保证装置动作的准确性和可靠性所必不可少的。
二、坑口电厂1、2号机组10.5KV、6.3KV工作段快速切换的方式及特点
1．基本配置
配置了WBKQ快切装置，正常运行时厂用变工作进线带10.5KV、6.3KV母线段工作，装置引入了工作进线电压、母线电压、备用进线电压。倒母线时可进行工作、备用双向切换。在发生故障时快切装置动作跳开工作电源，投入备用电源，保证厂用电可靠运行。同时也引入了备用分支过流保护功能，一旦备用电源投入出现过流时跳开备用开关。
2.工作原理
1）正常切换
正常切换由手动起动，在DCS系统上进行。正常切换是双向的，可以由工作电源切向备用电源，也可以由备用电源切向工作电源。我厂采用并联自动方式：手动起动，若并联切换条件满足，装置将先合备用（工作）开关，经一定延时后再自动跳开工作（备用）开关。
2）事故切换
事故切换由保护出口起动，只能由工作电源切向备用电源。我厂采用事故串联切换。保护起动，先跳工作电源开关，在确认工作开关已跳开且切换条件满足时，合上备用电源。串联切换有三种切换条件：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。
3）不正常情况切换
不正常情况切换由装置检测到不正常情况后自行起动，单向，只能由工作电源切向备用电源。不正常情况指以下两种情况：
厂用段母线失电。当厂用段母线三相电压均低于整定值，时间超过整定延时，则装置根据选择方式进行串联切换。切换条件：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。
工作电源开关误跳。因各种原因（包括人为误操作）造成工作电源开关误跳开，装置将在切换条件满足时合上备用电源。切换条件：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。
3.实践证明
快切装置在正常切换时使用并联自动方式在工作、备用双向切换时，先合上备用电源开关再跳开工作电源开关，保证厂用负荷无扰动切换，保证供电可靠性并对厂用负荷无冲击。
在事故和不正常切换下使用串联切换方式，在保护启动、低电压启动、工作开关误跳方式下跳开工作进线开关、合上备用开关，基本上快切装置由“快速切换”方式动作，由于快速切换在第一时间内判断相角差和频差，所以快速切换软件完成时间在20-30ms之间，全部完成时间经验证明一般在100ms左右，保证了厂用电切换的可靠性。
“快速切换”不成功时进行“同期捕捉切换”。经验数据表明：“快速切换”不成功时“同期捕捉切换”的软件完成时间在80-100ms之间，全部完成时间经验证明一般在150-200ms之间，也能保证厂用电系统的供电可靠性。
当电压衰减到20％－40％额定电压后实现的切换通常称为“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（1S以上），电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。而且会造成电动机的低电压保护跳闸（部分低电压整定为0.5S）。
三、坑口电厂6.3KV脱硫母线段备自投装置的特性
1.基本配置
配置了DCAP-3230备自投装置，系统示意图如下。正常运行时，两段母线分裂运行，为暗备用方式，机组6.3KVA、B段母线分别带脱硫6.3KVA、B段母线运行。
2、工作原理
装置引入两段母线电压，用于有电压、无电压判别。有电压定值为备用母线电压定值整定为70﹪，无电压定值为工作母线电压定值整定为30﹪。
为防止PT三相断线后造成分段开关误投，每个进线开关各引入一相电流，判断电流是否为PT断线。
装置引入工作进线1DL、工作进线2DL、备用（母联）进线3DL开关位置接点，作为运行方式判别、自动投入充电选择。
1）工作方式一
1DL为工作进线开關，3DL（母联）为备用进线开关，动作时间的定值为0.05S，方式为投入。
工作条件：
Ⅰ母线、Ⅱ母线均三相有电压。1DL工作进线开关、2DL在合位，3DL（母联）备用进线开关在跳位。在上述条件全部满足15S后，完成充电。
放电条件：
3DL（母联）备用进线开关在合位。Ⅰ母线、Ⅱ母线均无电压。有外部闭锁信号。控制回路断线。上述条件有其一满足，则放电。
动作条件：
充电完成后，Ⅰ母线无电压，#1进线无电流，Ⅱ母线有电压。
动作过程：
经0.05S延时后跳开1DL工作进线开关，确认1DL跳开后合上3DL（母联）备用进线开关。
2）工作方式二
2DL为工作进线开关，3DL（母联）为备用进线开关，动作时间的定值为0.05S，方式为投入。
工作条件：
Ⅰ母线、Ⅱ母线均三相有电压。1DL、2DL为工作进线开关在合位，3DL（母联）为备用进线开关在跳位。在上述条件全部满足15S后，完成充电。
放电条件：
3DL（母联）为备用进线开关在合位。Ⅰ母线、Ⅱ母线均无电压。有外部闭锁信号。控制回路断线。上述条件有其一满足，则放电。
动作条件：
充电完成后，Ⅱ母线无电压，#2进线无电流，Ⅰ母线有电压。
动作过程：
经延时后跳开2DL工作进线开关，确认2DL跳开后合上3DL（母联）为备用进线开关。
3.实践证明
采用DCAP-3230备自投装置，不具备手动双向切换功能，只能采取瞬间停电进行工作电源、备用电源切换，运行方式复杂。不具备“同期捕捉”功能，更不具备“快速切换”功能，自投方式时间按0.05S延时整定，防止电压瞬间有干扰造成装置误动。电源电压低整定在70﹪Ue时，检测动作电压为63﹪Ue时动作全部完成，一次电压为3.969KV，切换时间较短，动作时间在0.2S-0.3S左右。电动机低电压保护未动作（低电压时间为0.5S）。但实际切换试验证明，电源段与失压母线段合闸时且相位角在180°时或相差较大时，冲击电流大，尤其对带“差动保护”的电动机影响其“差动保护”动作可靠性，造成了电动机“差动保护”误动作。且冲击电流对高压电动机本身和变压器影响很大。
电源电压低整定在30﹪Ue时，检测动作电压为25﹪Ue时动作全部完成，一次电压为1.575KV，切换时间较长，动作时间在1S左右。电动机低电压保护动作（低电压时间为0.5S），母线段所带高、低压电机低电压保护动作跳闸。
电源电压整定在30﹪Ue，将母线段所带电动机低电压保护时间整定在9S，运行中做试验拉开1DL工作进线开关，3DL（母联）备用进线开关联投；电动机低电压保护未动作，6.3KV母线段所带增压风机“差动保护”未动作，电机自启动正常，可以保证电机自启动工作正常。但存在自启动电流大、对设备冲击大，严重时会造成系统电压崩溃现象。
四、总结
快切装置与备自投装置比较来看，快切装置的安全、可靠性优越，在6.3KV系统的母线段工作与备用之间安装备自投装置会存在不安全情况，对厂用设备造成不必要的冲击。只能利用降低低电压保护定值、延长低电压保护时间来解决，从而保证带“差动保护”的电动机“差动保护”不动作，电动机“低电压保护”不动作。但由于自投合闸角度相差较大，或多或少会造成电动机的损害，且电动机自启动困难。同时给厂用变压器带来冲击。如果要从根本上解决自投合闸带来的危害，保证相角在一定范围内合闸，且母线电压不会下降很多，在资金允许情况下进行改造加装快切装置，保障设备安全稳定运行。
[参考文献]
1、《电力系统继电保护规定汇编》
2、《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》 高春如编著
关键词：备自投；6.3KV工作段
中图分类号： TM6 文献标识码： A
一、厂用电切换概述
1、厂用电切换存在的问题
厂用电切换则是整个厂用电系统的一个重要环节。厂用电切换不当引起的问题有些是明显的、突发的，有些是渐变的。如电动机机或备用变压器受一兩次冲击并不一定马上就损坏。发电机组对厂用电切换的基本要求是安全可靠。其安全性体现为切换过程中不能造成设备损坏，而可靠性则体现为提高切换成功率，减少备用变压器过流或辅机跳闸造成锅炉汽机停运的事故。
厂用电切换一般采用工作开关辅助接点直接起动备用电源投入。这种方式合闸瞬间厂用母线反馈电压与备用电源电压间相角差较大，或可能接近180，将对电动机造成很大的合闸冲击。对加固定延时的切换方式，也因切换时系统运行方式、厂用负荷、故障类型等因素，不能可靠保证躲过反相点合闸。待残压衰减到一定幅值后投入备用电源，则由于断电时间过长，母线电压和电动机的转速都下降很大，造成自启动困难，将严重影响机、炉运行工况，在这种情况下，一方面有些辅机有可能因低电压保护将退出运行，另一方面，备用电源合上后，由于电动机成组自起动电流很大，母线电压将有可能恢复困难，严重时造成电压崩溃，被迫停机、停炉。
2、快速切换事项
由于厂用母线上电动机的特性有较大差异，合成的母线残压特性曲线与电动机相角、残压曲线的差异也较大，试验证明，母线电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间，主要取决于试验前该段母线的负载。负载越多，电压、频率、下降得越慢，达到首次反相和再次同相的时间越长。而相同负载容量下，负荷电流越大，则电压、频率下降得越快，达到最初反相和同相的时间越短。
真空开关的合闸时间一般在40ms-70ms左右，假定事故发生前工作电源与备用电源同相，并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间，两电源仍同相，则若采用同时方式切换，且分合闸错开时间（断电时间）整定得很小（如10ms），则备用电源合上时相角差也很小，冲击电流和自起动电流均很小。若采用串联切换，则断电时间至少为合闸时间，假定为70ms，相角差约为20－30左右，备用电源合闸时的冲击电流也不很大，一般不会造成设备损坏或快切失败。
快速切换能否实现，不仅取决于开关条件，还取决于系统结线、运行方式和故障类型。系统结线方式和运行方式决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电压间的初始相角，若该初始相角较大，如大于20，则事故切换时难以保证快速切换成功，正常并联切换也将因环流太大而失败或造成设备损坏事故。故障类型则决定了从故障发生到工作开关跳开这一期间厂用母线电压和备用电源电压的频率、相角和幅值变化，此外，保护动作时间和各其它有关开关的动作时间及顺序也将影响频率、相角等的变化。
因此，实际情况下，可能出现这样的情况，一是客观条件上无法实现快速切换；二是有的机组有时快速切换成功，有时快速切换不成功。
快速切换不成功时最佳的后备方案是同期捕捉切换。反相后第一个同期点时间约为0.4-0.6秒，残压衰减到允许值（如20%-40%）为1－2秒，而长延时则要经现场试验后根据残压曲线整定，一般为几秒，以保证自起动电流在4～6倍内。可见，同期捕捉切换，较之残压切换和长延时切换有明显的好处。
3、快速切换时间
快速切换时间有两个方面，一是开关固有跳合闸时间，二是快切装置本身的动作时间。
就开关固有跳、合闸时间而言，越短越好，特别是备用电源开关的固有合闸时间越短越好。从实际要求来说，固有合闸时间以不超过3-4周波为好，真空开关都能满足。若切换前工作电源与备用电源同相，快切装置以串联方式实现快速切换时，母线断电时间在100ms以内，母线反馈电压与备用电源电压间的相位差在备用电源开关合闸瞬间一般不会超过20-30，这种情况下，冲击电流、自启动电流、母线电压的下降及电动机转速的下降等因素对机炉的运行带来的影响均不大。
快切装置本身的固有动作时间包括其硬件固有动作时间和软件最小运行时间。装置硬件固有时间主要包括开关量输入、开关量输出两部分的光隔及继电器动作时间，再加上出口跳合闸继电器的动作时间。软件最小运行时间指完成测量、判断、执行等的时间。从硬件来说，进一步提高速度意味着减少或取消继电器隔离环节，仅采用光藕隔离，从现场实际应用情况来说，采用继电器-光藕两级隔离的技术更为成熟可靠。从软件来说，针对开关断开时灭弧引起的暂态所需进行的一些特别计算处理以及开关量输入测量时的去抖动处理等都是保证装置动作的准确性和可靠性所必不可少的。
二、坑口电厂1、2号机组10.5KV、6.3KV工作段快速切换的方式及特点
1．基本配置
配置了WBKQ快切装置，正常运行时厂用变工作进线带10.5KV、6.3KV母线段工作，装置引入了工作进线电压、母线电压、备用进线电压。倒母线时可进行工作、备用双向切换。在发生故障时快切装置动作跳开工作电源，投入备用电源，保证厂用电可靠运行。同时也引入了备用分支过流保护功能，一旦备用电源投入出现过流时跳开备用开关。
2.工作原理
1）正常切换
正常切换由手动起动，在DCS系统上进行。正常切换是双向的，可以由工作电源切向备用电源，也可以由备用电源切向工作电源。我厂采用并联自动方式：手动起动，若并联切换条件满足，装置将先合备用（工作）开关，经一定延时后再自动跳开工作（备用）开关。
2）事故切换
事故切换由保护出口起动，只能由工作电源切向备用电源。我厂采用事故串联切换。保护起动，先跳工作电源开关，在确认工作开关已跳开且切换条件满足时，合上备用电源。串联切换有三种切换条件：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。
3）不正常情况切换
不正常情况切换由装置检测到不正常情况后自行起动，单向，只能由工作电源切向备用电源。不正常情况指以下两种情况：
厂用段母线失电。当厂用段母线三相电压均低于整定值，时间超过整定延时，则装置根据选择方式进行串联切换。切换条件：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。
工作电源开关误跳。因各种原因（包括人为误操作）造成工作电源开关误跳开，装置将在切换条件满足时合上备用电源。切换条件：快速切换、同期捕捉切换、残压切换。
3.实践证明
快切装置在正常切换时使用并联自动方式在工作、备用双向切换时，先合上备用电源开关再跳开工作电源开关，保证厂用负荷无扰动切换，保证供电可靠性并对厂用负荷无冲击。
在事故和不正常切换下使用串联切换方式，在保护启动、低电压启动、工作开关误跳方式下跳开工作进线开关、合上备用开关，基本上快切装置由“快速切换”方式动作，由于快速切换在第一时间内判断相角差和频差，所以快速切换软件完成时间在20-30ms之间，全部完成时间经验证明一般在100ms左右，保证了厂用电切换的可靠性。
“快速切换”不成功时进行“同期捕捉切换”。经验数据表明：“快速切换”不成功时“同期捕捉切换”的软件完成时间在80-100ms之间，全部完成时间经验证明一般在150-200ms之间，也能保证厂用电系统的供电可靠性。
当电压衰减到20％－40％额定电压后实现的切换通常称为“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（1S以上），电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。而且会造成电动机的低电压保护跳闸（部分低电压整定为0.5S）。
三、坑口电厂6.3KV脱硫母线段备自投装置的特性
1.基本配置
配置了DCAP-3230备自投装置，系统示意图如下。正常运行时，两段母线分裂运行，为暗备用方式，机组6.3KVA、B段母线分别带脱硫6.3KVA、B段母线运行。
2、工作原理
装置引入两段母线电压，用于有电压、无电压判别。有电压定值为备用母线电压定值整定为70﹪，无电压定值为工作母线电压定值整定为30﹪。
为防止PT三相断线后造成分段开关误投，每个进线开关各引入一相电流，判断电流是否为PT断线。
装置引入工作进线1DL、工作进线2DL、备用（母联）进线3DL开关位置接点，作为运行方式判别、自动投入充电选择。
1）工作方式一
1DL为工作进线开關，3DL（母联）为备用进线开关，动作时间的定值为0.05S，方式为投入。
工作条件：
Ⅰ母线、Ⅱ母线均三相有电压。1DL工作进线开关、2DL在合位，3DL（母联）备用进线开关在跳位。在上述条件全部满足15S后，完成充电。
放电条件：
3DL（母联）备用进线开关在合位。Ⅰ母线、Ⅱ母线均无电压。有外部闭锁信号。控制回路断线。上述条件有其一满足，则放电。
动作条件：
充电完成后，Ⅰ母线无电压，#1进线无电流，Ⅱ母线有电压。
动作过程：
经0.05S延时后跳开1DL工作进线开关，确认1DL跳开后合上3DL（母联）备用进线开关。
2）工作方式二
2DL为工作进线开关，3DL（母联）为备用进线开关，动作时间的定值为0.05S，方式为投入。
工作条件：
Ⅰ母线、Ⅱ母线均三相有电压。1DL、2DL为工作进线开关在合位，3DL（母联）为备用进线开关在跳位。在上述条件全部满足15S后，完成充电。
放电条件：
3DL（母联）为备用进线开关在合位。Ⅰ母线、Ⅱ母线均无电压。有外部闭锁信号。控制回路断线。上述条件有其一满足，则放电。
动作条件：
充电完成后，Ⅱ母线无电压，#2进线无电流，Ⅰ母线有电压。
动作过程：
经延时后跳开2DL工作进线开关，确认2DL跳开后合上3DL（母联）为备用进线开关。
3.实践证明
采用DCAP-3230备自投装置，不具备手动双向切换功能，只能采取瞬间停电进行工作电源、备用电源切换，运行方式复杂。不具备“同期捕捉”功能，更不具备“快速切换”功能，自投方式时间按0.05S延时整定，防止电压瞬间有干扰造成装置误动。电源电压低整定在70﹪Ue时，检测动作电压为63﹪Ue时动作全部完成，一次电压为3.969KV，切换时间较短，动作时间在0.2S-0.3S左右。电动机低电压保护未动作（低电压时间为0.5S）。但实际切换试验证明，电源段与失压母线段合闸时且相位角在180°时或相差较大时，冲击电流大，尤其对带“差动保护”的电动机影响其“差动保护”动作可靠性，造成了电动机“差动保护”误动作。且冲击电流对高压电动机本身和变压器影响很大。
电源电压低整定在30﹪Ue时，检测动作电压为25﹪Ue时动作全部完成，一次电压为1.575KV，切换时间较长，动作时间在1S左右。电动机低电压保护动作（低电压时间为0.5S），母线段所带高、低压电机低电压保护动作跳闸。
电源电压整定在30﹪Ue，将母线段所带电动机低电压保护时间整定在9S，运行中做试验拉开1DL工作进线开关，3DL（母联）备用进线开关联投；电动机低电压保护未动作，6.3KV母线段所带增压风机“差动保护”未动作，电机自启动正常，可以保证电机自启动工作正常。但存在自启动电流大、对设备冲击大，严重时会造成系统电压崩溃现象。
四、总结
快切装置与备自投装置比较来看，快切装置的安全、可靠性优越，在6.3KV系统的母线段工作与备用之间安装备自投装置会存在不安全情况，对厂用设备造成不必要的冲击。只能利用降低低电压保护定值、延长低电压保护时间来解决，从而保证带“差动保护”的电动机“差动保护”不动作，电动机“低电压保护”不动作。但由于自投合闸角度相差较大，或多或少会造成电动机的损害，且电动机自启动困难。同时给厂用变压器带来冲击。如果要从根本上解决自投合闸带来的危害，保证相角在一定范围内合闸，且母线电压不会下降很多，在资金允许情况下进行改造加装快切装置，保障设备安全稳定运行。
[参考文献]
1、《电力系统继电保护规定汇编》
2、《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》 高春如编著