PMA800快切微機廠用電快速切換裝置說明書

1、pma-800型微機廠用電快速切換裝置技 術(shù) 說 明 書中國電力科學研究院二三年五月pma-800型微機廠用電快速切換裝置 技術(shù)說明書目 錄1、用途32、主要功能33、主要技術(shù)參數(shù)34、硬件說明55、切換原理76、切換功能97、閉鎖及報警功能118、事件記錄、事故記錄、錄波、打印、通信129、組屏與安裝1210、附圖1419前言廠用電的安全可靠關(guān)系到發(fā)電機組、電廠乃至整個電力系統(tǒng)的安全運行。廠用電切換過程是一個復雜的機電動態(tài)過程，特別在事故切換過程中電流、電壓、頻率、相角、轉(zhuǎn)矩等將發(fā)生快速變化，如果切換不當，將造成切換失敗或設備損壞。以往廠用電切換采用工作開關(guān)輔助接點直接（或經(jīng)低壓繼電器、延時

2、繼電器）起動備用電源投入。因切換時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行方式、故障性質(zhì)等因素，不能可靠保證躲過反相點合閘，甚至接近180，將對電動機造成很大的合閘沖擊。如殘壓啟動切換，則由于斷電時間過長，母線電壓和電動機的轉(zhuǎn)速都下降很大，不僅部分輔機勢必退出運行，而且備用電源合上后，由于電動機成組自起動電流很大，母線電壓將可能難以恢復，從而導致自起動困難，甚至被迫停機停爐。pma-800型微機型廠用電快速切換裝置是中國電力科學院專門為解決廠用電的安全運行而研制的。采用該裝置后，可避免母線電壓（殘壓）與備用電源電壓差壓過大合閘而對電機造成沖擊；盡量縮短斷電時間，可采用快速切換，如失去快速切換的機會，則裝置自動轉(zhuǎn)換為同期

3、判別或殘壓判別的慢速切換，同時在電壓衰減的過程中，可分段切除部分非重要負荷，以利于重要輔機的自起動。不僅提高了廠用電切換的成功率，而且確保發(fā)電廠設備安全。近年來由于新建機組容量越來越大，國內(nèi)對廠用電源的安全可靠運行越來越重視，隨著真空及sf6快速開關(guān)的廣泛使用，廠用電快速切換越來越被廣泛應用。本產(chǎn)品具有以下特點：n 采用雙cpu架構(gòu)，主要完成模擬量及開關(guān)量測量、計算判斷、出口動作等主要功能，以及完成液晶顯示、鍵盤操作、通信、打印等功能，主從cpu進行數(shù)據(jù)交換。n 采用320240點陣超大液晶顯示屏，中文菜單，能實時顯示主接線、開關(guān)狀態(tài)、母線電壓、分支電流、頻率差、相位差等各種運行參數(shù)和狀態(tài)。n

4、 大容量存儲芯片，可記錄裝置在切換過程中包括分支電壓、電流波形等全部信息，可通過打印機輸出，同時也可將數(shù)據(jù)下載到計算機中進行顯示或打印分支電流、電壓錄波曲線，并作分析。n 裝置提供正常手動切換、事故及非正常情況的切換功能；有快速切換、同期捕捉和殘壓切換功能；有并聯(lián)、串聯(lián)和同時切換功能。n 裝置配置兩段式定時限低壓減載功能n 裝置具有硬件gps對時功能n 裝置提供一對起動后加速的接點n 抗干擾能力強，采用先進的總線隔離技術(shù)，外部模入、開入、開出均與內(nèi)部電路隔離，分板間采用背板式連接，省工、少錯、抗干擾。n 靈活的通訊方式，配有rs485、rs-232通訊接口，可方便接入dcs系統(tǒng)或電氣監(jiān)控系統(tǒng)，

5、實現(xiàn)遠方操作和信息上送，同時也將數(shù)據(jù)下載到計算機中進行顯示或打印電流電壓錄波曲線，并作分析。n 安全可靠，裝置主要部件的自檢，操作整定由密碼鎖管理，軟硬件冗余，有很強的容錯糾錯能力。n 采用標準西門子機箱，大面板結(jié)構(gòu)，整潔美觀，背插式模塊，調(diào)試維護方便。裝置切換功能簡表：裝置切換功能簡表1. 用途pma-800型微機廠用電快速切換裝置，適用于發(fā)電廠或其它工業(yè)部門，如化工、煤炭和冶金等有較多高壓電動機負荷的場合的電源快速切換。采用該裝置能夠提高廠用電切換的成功率，避免在電源切換時不能造成運行中斷或設備沖擊損壞，簡化切換操作并減少誤操作，提高機組的安全運行和自動控制水平。2. 主要功能l 正常情況

6、下實現(xiàn)工作、備用電源之間的人工雙向切換l 故障情況下實現(xiàn)工作至備用電源的快速、同期判別、殘壓單向切換。l 串聯(lián)、并聯(lián)、同時三種切換方式可供選擇l 低電壓、殘壓、開關(guān)偷跳、保護起動等其它開關(guān)量引起的事故切換l 兩段式定時限低壓減載l 事故切換時起動備用分支后加速保護功能l pt斷線報警l 多種閉鎖功能l 事故記錄、打印及完善的錄波功能l 支持多種通訊方式和硬件gps對時功能3. 主要技術(shù)參數(shù)3.1. 裝置直流電源n 額定電壓：dc220v20%或dc110v20%（定貨時需說明）n 紋波系數(shù)：不大于5%3.2. 額定交流輸入n 交流電流：5an 交流電壓：100 v 或 57.7 vn 頻率：5

7、0hz3.3. 功率消耗n 交流電流回路：當i=5a時，每相不大于0.3van 交流電壓回路：當u=100v時，每相不大于0.3van 直流電源回路：當正常工作時，不大于20w，切換時，不大于30w。3.4. 過載能力n 交流電流回路：2倍額定電流下裝置可連續(xù)工作10倍額定電流下裝置可連續(xù)運行10s40倍額定電流下裝置可連續(xù)運行1s。n 交流電壓回路：1.5倍額定電壓下裝置可連續(xù)工作3.5. 測量精度n 電壓電流：2%n 頻率：0.1hzn 相角：0.5n 延時：2ms3.6. 輸出接點容量n 跳合閘出口：dc220v、5an 信號：dc220v 5a3.7. 時鐘精度裝置不僅自身時鐘，還可通

8、過通信進行對時，而且有g(shù)ps天文時鐘硬件同步接口，與gps進行精確對時，誤差1ms。3.8. 快速切換時間n 事故同時切換： 11ms用戶設定延時備用開關(guān)合閘時間n 事故串聯(lián)切換： 11ms工作開關(guān)跳開時間+備用開關(guān)合閘時間3.9. 絕緣性能n 絕緣電阻裝置帶電部分和非帶電部分及外殼之間以及電氣上無關(guān)聯(lián)的各電路之間開路電壓500v的兆歐表測量其絕緣電阻值，正常試驗大氣條件下，各等級的回路電阻不小于100m。n 介質(zhì)強度在正常試驗大氣條件下，裝置能承受頻率50hz，電壓2000v歷時1分鐘的工頻耐壓試驗而無擊穿閃絡及元件損壞現(xiàn)象。試驗過程中，任一被試回路施加電壓時，其余回路等電位互聯(lián)接地。n 沖

9、擊電壓各輸入輸出端子對地，交流回路與直流回路間，交流電流與交流電壓間能承受標準雷電沖擊波試驗。3.10. 抗干擾性能n 能承受gb/t14598.14-1998(idt iec255-22-2)標準規(guī)定的嚴酷等級的靜電放電試驗。n 能承受gb/t14598.9-1995(idt iec255-22-3)標準規(guī)定的嚴酷等級的輻射電磁場干擾試驗。n 能承受gb/t14598.13-1998(idt iec255-22-1)標準規(guī)定的嚴酷等級的1mhz脈沖群干擾試驗。n 能承受gb/t14598.10-1996(idt iec255-22-4)標準規(guī)定的嚴酷等級的快速瞬變干擾試驗。3.11. 工作環(huán)

10、境條件n 環(huán)境溫度：-30+70n 相對濕度：5%95%n 大氣壓力：80110kpa3.12. 其他指標滿足dl478-92靜態(tài)繼電保護及安全自動裝置通用技術(shù)條件。3.13. 外形尺寸標準西門子插箱：482.6（w）177.8（h）300（d）mm3.14. 重量約15kg。4. 硬件說明pma-800型廠用電快速切換裝置采用雙cpu，分別完成測量、邏輯和切換等主要功能，以及完成顯示、通信、打印等輔助功能，主從cpu間進行數(shù)據(jù)交換。主從cpu分工協(xié)調(diào)，既保證了切換可靠性和切換速度，又保證了配置的靈活性。同時采用了大容量的存儲芯片以及可編程邏輯芯片，同時裝置采用了整棉板、整背板新型結(jié)構(gòu)設計，交

11、、直流分開，開關(guān)量輸入和輸出部分均采用光電隔離技術(shù)，提高了裝置的整體可靠性和安全性。 裝置主要由cpu模件、電源模件、開關(guān)量模件、交流量模件、出口模件、信號模件、管理模件等組成。見示意圖1。圖1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.1. cpu模件主要完成模擬量及開關(guān)量測量、計算判斷，處理結(jié)果經(jīng)光耦隔離輸出。4.2. 電源模件輸出+5v，15v和+24v電源，供裝置內(nèi)部使用。電源為交/直流兩用。4.3. 開關(guān)量模件各種開關(guān)量信號（空接點）經(jīng)繼電器和光電兩級隔離轉(zhuǎn)換為小信號供cpu使用。4.4. 交流量模件將從現(xiàn)場pt、 ct來的電壓、電流信號經(jīng)過高精度電流輸出型電壓、電流互感器隔離、濾波轉(zhuǎn)換為小信號供cpu

12、使用。4.5. 信號模件各種信號以繼電器空接點方式輸出，可接光字牌、dcs系統(tǒng)或其它設備。4.6. 出口模件由cpu發(fā)出的出口跳合閘指令由邏輯組合并經(jīng)光電隔離和中間繼電器隔離放大后由干簧繼電器空接點輸出。4.7. 管理模件包括顯示模塊、打印模塊、通訊模塊等，以實現(xiàn)各種模擬量、開關(guān)狀態(tài)及操作信息、事件記錄、事故記錄的顯示、打印、通訊。5. 切換原理由圖2所示的廠用電系統(tǒng)，正常運行時，廠用工作電源由發(fā)電機端經(jīng)廠用高壓工作變壓器提供，備用電源由電廠高壓母線或由系統(tǒng)經(jīng)起動/備用變提供。當工作電源側(cè)發(fā)生故障時，工作電源開關(guān)1dl被跳開，此時，廠用母線失電，由于慣性及存儲的磁場能量，電動機在短時間內(nèi)將繼續(xù)

13、旋轉(zhuǎn)，并將磁場能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｓ捎诟麟妱訖C的容量、參數(shù)不一致，電動機之間將有電磁能與動能的交換，此時部分異步電動機實際上已轉(zhuǎn)入異步發(fā)電機運行工況，因此廠用母線的電壓即是多臺異步發(fā)電機發(fā)出的反饋電壓的合成，稱為母線殘壓。由于不存在原動力和勵磁，因此殘壓的幅值和頻率將隨時間逐漸衰減，殘壓與備用電源電壓間的相位差將逐漸增大。如圖3所示，以極坐標形式給出了母線殘壓相量變化特性。圖中vd-母線殘壓，vs-備用電源電壓，xm -母線上電動機組和低壓負荷折算到高壓廠用電壓后的等值電抗，xs -電源的等值電抗，u-備用電源電壓與母線殘壓間的差拍電壓。 圖2廠用電一次系統(tǒng)（一段）簡圖 圖3母線殘壓特性示意圖合上備

14、用電源后，電動機承受的電壓um 為：um = xm / (xs xm) u （5-1）令um 應小于電動機的允許起動電壓, 設為1.1 倍額定電壓ude ，確保電動機安全自起動。則：um = xm / (xs xm) u1.1 ude （5-2）令：k xm /（xs xm）u（）1.1 / k （5-3）設k0.67，則u（）1.64。圖3中，以a為圓心，以1.64為半徑繪出弧線aa，則aa的右側(cè)為備用電源允許合閘的安全區(qū)域，左側(cè)則為不安全區(qū)域。根據(jù)資料顯示，k=0.67為允許極限值，一般k值取較大值。如在ab段內(nèi)合上備用電源，則既能保證電動機安全，時間短，即“快速切換”；如在cd段內(nèi)合上備

15、用電源，進行同期判別切換，則既能保證電動機安全，又使電動機轉(zhuǎn)速下降不太多，即“同期切換”；當殘壓衰減到2040額定電壓后實現(xiàn)的切換，通常稱為“殘壓切換”。5.1. 快速切換由于一般k值取較大值，切換的安全區(qū)a-a”曲線右側(cè)移動，如圖中的b-b”曲線，如圖3中顯示，快速切換時間應小于0.2s，因而普遍采用快速開關(guān)切換。同時試驗表明，母線電壓和頻率衰減的時間、速度，主要取決于該段母線的負載。負載越多，電壓、頻率、下降得越慢。而相同負載容量下，負荷電流越大，則電壓、頻率下降得越快。因而，實際應用時，b點通常由相角來界定，如55，如果開關(guān)的固有合閘時間為100ms，則合閘命令發(fā)出時的角度約需提前35，

16、即可以實現(xiàn)備用電源電壓與母線殘壓向量夾角20以內(nèi)快速切換，同時對于電機是安全的。如果開關(guān)的固有合閘時間比較長為150ms，則合閘命令發(fā)出時的角度需提前接近55，即難以實現(xiàn)備用電源電壓與母線殘壓向量夾角以內(nèi)快速切換，同時對于電機也是不安全的。目前國產(chǎn)真空開關(guān)通常都能滿足。系統(tǒng)結(jié)線方式和運行方式?jīng)Q定了正常運行時廠用母線電壓與備用電源電壓間的初始相角，若該初始相角較大，如大于20（例如：工作電源和備用電源來自兩個獨立的系統(tǒng)），則不僅事故切換時難以保證快速切換成功，連正常并聯(lián)切換也將因環(huán)流太大而失敗或造成設備損壞事故。故障性質(zhì)則決定了從故障發(fā)生到工作開關(guān)跳開這一期間廠用母線電壓和備用電源電壓的頻率、相

17、角和幅值變化?？焖偾袚Q能否實現(xiàn)，不僅取決于開關(guān)條件，還取決于系統(tǒng)結(jié)線、運行方式和故障性質(zhì)。由于廠用電切換是一個復雜的動態(tài)過程，如：事故時，發(fā)電機或主變出口先于廠用開關(guān)跳開引起的母線電壓頻率升高、相位超前；開關(guān)跳開時，開關(guān)滅弧造成的母線電壓波形畸變；開關(guān)量變位時的發(fā)生抖動等。對于這些裝置都需一定的固有動作時間在軟、硬件方面進行特別計算處理，從而保證裝置動作的準確性和可靠性。過分追求快速對快切裝置是危險的。5.2. 同期捕捉切換如圖3中顯示，在c-d段廠母電壓衰減到6570左右，電動機轉(zhuǎn)速下降不是很大，如能較精確地實現(xiàn)過零點合閘，備用電源合上時沖擊最小，且對電動機的自起動很有利。但是由于廠用母線殘

18、壓隨著頻率的下降，電壓幅值和相角的變化越來越快，線性模型和簡單的加速度模型已經(jīng)難以準確地表達電壓幅值和相角的變化。mpa-800型微機廠用電快速切換裝置采用了頻率自動跟蹤技術(shù)和根據(jù)頻率的大小分段建立數(shù)學模型的方法，準確地表達了頻率、相角、幅值變化的規(guī)律。即完全根據(jù)實時的頻率、相角、幅值的變化規(guī)律，計算出在反饋殘壓與備用電源電壓向量第一次相位重合時的時間，當該時間接近合閘回路總時間時，發(fā)出合閘命令。實現(xiàn)精確地過零點同期捕捉，且不受負荷變化影響，對電動機的自起動很有利。 同期捕捉切換如下情況作為快速切換的后備功能：n 系統(tǒng)接線或運行方式造成初始角大，快速切換無法實現(xiàn)時；n 開關(guān)合閘時間長，快速切換

19、無法實現(xiàn)時；n 某些故障情況下，工作電源斷開時，相位已不滿足快速切換條件時；n 工作電源和備用電源來自兩個獨立的系統(tǒng)，兩系統(tǒng)間不僅存在相位差，而且存在頻差時。5.3. 殘壓切換指當殘壓衰減到2040額定電壓后實現(xiàn)的切換。殘壓切換作為快速切換及同期切換的后備功能。殘壓切換雖能保證電動機安全，但由于停電時間過長，電動機自起動成功與否、自起動時間等都將受到較大限制。6. 切換功能6.1. 正常切換正常切換指電廠正常工作時，人工切換工作電源與備用電源。正常切換是雙向的，可以由工作電源切向備用電源，也可以由備用電源切向工作電源。該功能由人工起動，在控制臺、dcs系統(tǒng)或裝置面板上均可進行。正常切換可分為并

20、聯(lián)切換和同時切換。6.1.1. 正常并聯(lián)切換（切換邏輯示意圖見附圖2）n 并聯(lián)自動由人工起動，若并聯(lián)切換條件滿足，裝置將先合備用（工作）開關(guān)，再自動跳開工作（備用）開關(guān)。若起動后并聯(lián)切換條件不滿足、備用（工作）開關(guān)未合上、工作（備用）開關(guān)未跳開，裝置將閉鎖同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號。n 并聯(lián)半自動由人工起動，若并聯(lián)切換條件滿足，合上備用（工作）開關(guān)，而跳開工作（備用）開關(guān)的操作由人工完成，若在整定的時間內(nèi)，人工仍未跳開工作（備用），裝置將將閉鎖同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號。若起動后并聯(lián)切換條件不滿足、備用（工作）開關(guān)未合上，裝置將閉鎖同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號。6.1.2. 正常同時切換（

21、切換邏輯示意圖見附圖3）正常同時切換指人工起動切換，先跳工作（備用）開關(guān)，在滿足切換判別條件后，合上備用（工作）開關(guān)。正常同時有切換，快速、同期捕捉、殘壓三種切換判別條件，快切不成功時自動轉(zhuǎn)入同期捕捉或殘壓切換。若起動后備用（工作）開關(guān)未合上，裝置將閉鎖同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號6.2. 事故切換事故切換指工作電源保護接點起動，只能由工作電源單向切換至備用電源。事故切換分為事故串聯(lián)和事故同時切換。n 事故同時切換（切換邏輯示意圖見附圖4）由保護起動，先跳工作電源開關(guān)，在滿足切換判別條件時，合上備用電源開關(guān)。串聯(lián)切換有：快速、同期捕捉、殘壓三種切換判別條件，快切不成功時自動轉(zhuǎn)入同期捕捉或殘壓切

22、換。若起動后備用開關(guān)未合上，裝置將閉鎖同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號。若起動工作開關(guān)未跳開，裝置將去耦同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號。n 事故串聯(lián)切換（切換邏輯示意圖見附圖5）由保護起動，先跳開工作電源開關(guān)，在滿足切換判別條件時，合上備用電源開關(guān)。串聯(lián)切換有：快速、同期捕捉、殘壓三種切換判別條件，快切不成功時自動轉(zhuǎn)入同期捕捉或殘壓切換。若起動后工作開關(guān)未跳開、備用開關(guān)未合上，裝置將閉鎖同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號。6.3. 非正常工況切換非正常工況切換由裝置檢測到非正常情況后自行起動，只能由工作電源單向切換至備用電源。非正常情況指廠用母線失電和工作電源開關(guān)誤跳兩種工況。n 廠用母線失電（切換邏輯示

23、意圖分別見附圖4、附圖5）當廠用母線三相線電壓均低于整定值且時間大于整定值，則裝置分為同時切換或串聯(lián)切換。其切換條件和切換邏輯與保護起動的事故切換相同。n 工作電源開關(guān)誤跳（切換邏輯示意圖見附圖6）因各種原因（包括人為誤操作）造成工作電源開關(guān)誤跳開，裝置在滿足切換判別條件后，合上備用電源開關(guān)。該串聯(lián)切換有：快速、同期捕捉、殘壓三種切換判別條件，快切不成功時自動轉(zhuǎn)入同期捕捉或殘壓切換。若起動后備用開關(guān)未合上，裝置將閉鎖同時發(fā)切換失敗和裝置閉鎖信號。6.4. 低壓減載功能該功能主要為了在進行切換過程中廠用母線電壓降低時，先切除部分不重要輔機，將有利于重要輔機的自起動。本裝置提供兩段定時限低壓減載出

24、口功能，兩段可分別設定延時。6.5. 起動后加速保護功能裝置切換至備用電源開關(guān)時，同時輸出一對空接點，用于投入備用電源分支保護裝置的后加速保護功能，接點閉合持續(xù)時間為5秒。7. 閉鎖及報警功能7.1. 保護閉鎖為防止備用電源誤投入故障母線，裝置提供了保護閉鎖開入量接口回路，當某些保護動作時（如分支過流、廠用母差等），裝置將閉鎖出口回路，同時給出“保護閉鎖”信號并等待復歸。7.2. 出口閉鎖當裝置因軟壓板退出或控制臺（或dcs）閉鎖裝置投入時，裝置將閉鎖出口并給出出口閉鎖信號，如裝置軟壓板投入或控制臺（或dcs）解除閉鎖時，裝置將自動解除閉鎖，恢復運行。裝置軟壓板包括出口投退退出或裝置快切、越前

25、相角、越前時間、殘壓切換全部退出。7.3. 開關(guān)位置異常及去耦合裝置在正常運行時，不停地對工作和備用開關(guān)的狀態(tài)進行檢查，裝置在正常運行時，工作、備用開關(guān)應一個在合位，另一個在分位，同時pt隔離開關(guān)必須在合位。如檢測到開關(guān)位置異常，裝置將閉鎖出口，同時發(fā)開關(guān)位置異常。（工作開關(guān)誤跳除外）切換過程中如發(fā)現(xiàn)一定時間內(nèi)該跳的開關(guān)未跳開或該合的開關(guān)未合上，裝置將根據(jù)不同的切換方式分別處理并給出位置異常閉鎖信號。如：同時切換或并聯(lián)切換中，若該跳開的開關(guān)未能跳開，將造成兩電源并列，此時裝置將執(zhí)行去耦合功能，跳開剛合上的開關(guān)。7.4. 裝置異常裝置投入后即始終對某些重要部件如cpu、ram、nvram、eeprom、ad等進行動態(tài)自檢，一旦有故障將閉鎖裝置，同時發(fā)“裝置異?！敝锌匦盘枴?.5. pt斷線廠用母線pt斷線時，裝置將閉鎖出口，同時給出pt斷弦報警。7.6. 后備電源失電監(jiān)測若工作電源或備用電源失電低于整定值時，裝置將自動閉鎖出口，同時給出報警信號。考慮備用段pt檢修的情況，可選擇“后備失電閉鎖”功能退出后實現(xiàn)殘壓切換。7.7. 裝置閉鎖在以下幾種情況下，需對裝置進行復歸操作，以備進行下一次操作：n 進行了一次切換操作后；n 發(fā)出開