电源快速切换装置在煤化工企业电气系统中的应用_李二恩.pdf

其他收稿日期 修稿日期 作者简介 李二恩（），男，河南三门峡人，工程师，主要从事煤化工生产高压电气技术管理工作。电源快速切换装置在煤化工企业电气系统中的应用李二恩（河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城）摘 要 煤化工企业需要保证装置生产的连续性，而煤化工企业目前普遍采用的备自投装置已无法满足电气系统安全稳定供电的要求。河南龙宇煤化工有限公司针对其 动力站母联备自投装置的运行状况，提出在其 电气系统中进行电源快速切换装置应用改造的方案。电气系统电源快速切换装置应用改造实施后，在进线电源失压、无流、主保护动作分闸的不同故障情况下，电源快速切换装置可有效避免因母线失电导致的本段母线中 低压电气设备停机以及整个生产装置停车，可实现备用电源的快速、安全投入，确保生产装置的稳定运行。关键词 电气系统；备自投装置；电源快速切换装置应用；可行性研究；技改方案；改造效果中图分类号.文献标志码 文章编号 （）电气系统母联备自投装置的运行状况煤化工企业需要保证装置生产的连续性，而煤化工企业电气系统目前普遍采用的备自投装置已无法满足其安全稳定供电的要求。河南龙宇煤化工有限公司（简称龙宇煤化工）动力站主要为热电装置（台 热电锅炉）的负荷供电，动力站采用单母线分段接线方式（见图），自上一级变电站经两回联络电缆提供电源 、进线电源引自上一级 系统经联络电缆为动力站负荷供电，其正常运行方式为、进线开关合闸运行、母联开关热备用；、进线电源柜继电保护装置配置有光纤差动保护作为主保护、复压过流保护（闭锁低电压、负序电压）作为后备保护；母线联络柜继电保护装置配置有定时限过电流保护为主保护。龙宇煤化工 动力站原 母联开关采用备自投保护装置，实际运行过程中当出现动力站 段或段母线失电时，母联备自投装置会在 后发出母联开关合闸命令使得失电母线恢复送电，但此时失电母线上的 中压电动机（“低电压保护”动作时限设置最长 ）和低压.设备均已停机，锅炉系统已停炉，甚至整个生产装置已停车。因此，为了保证 段或段母线失电后母联开关能够瞬间合闸恢复送电且对该段母线上的中 低压电气设备无大的冲击，保证锅炉系统和整个生产装置的连续稳定运行以及电气系统供电的可靠性与稳定性，在 电气系统中实施电源快速切换装置应用改造势在必行。图 动力站单母线分段接线示意图 电源快速切换装置应用改造可行性研究.中压电动机设置低电压保护的必要性在 段或段母线失电或 个线电压都低于“低电压保护”设定保护定值且大于其整定的动作时限后，“低电压保护”动作开关跳闸；为避免三相 断线造成“低电压保护”动作跳闸，需增加中压电动机有运行电流且 个线电压都低于设定电压值（可取 ）则判断第 期 年 月中 氮 肥 .DOI:10.16612/ki.issn1004-9932.2023.02.006为三相 断线的逻辑功能，并且闭锁“低电压保护”功能。根据 中压电动机对生产系统联锁的影响程度，对中压电动机设置“低电压保护”，并且对其保护动作时限进行分批整定设置，以避免因外网系统晃电导致中压电动机失电停机后同一瞬间全部启动，因中压电机启动电流过大引起进线开关过流保护动作跳闸而造成停电范围扩大，进而导致供电系统全部失电甚至生产装置停车。以龙宇煤化工锅炉系统为例，其 中压电动机“低电压保护”动作时限整定原则为：关键设备电动机 一次风机配套电动机的“低电压保护”动作时限设置为 ；重要设备电动机 二次风机配套电动机的“低电压保护”动作时限设置为.；次重要设备电动机 空气压缩机配套电动机的“低电压保护”动作时限设置为；一般设备电动机 脱硫浆液循环泵配套电动机的“低电压保护”动作时限设置为.。.低压电机配置抗晃电继电器的必要性外网系统发生晃电时，抗晃电继电器利用自保持、储能及延时继电器的接点采用转频率电势比较箝位电路技术，使得采样精度达到.、电压采样响应时间小于 ，能够保证低压电动机交流接触器接点自保持，在此期间电动机处于惰转特性运行状态，在电动机上电自启动之后则断开此自保持接点，外网系统恢复正常后低压电动机恢复正常运行。龙宇煤化工根据低压电动机对生产系统联锁的影响程度，其抗晃电继电器允许“晃电”失压时间设定原则为：关键设备电动机 激冷气压缩机油泵配套电动机的允许“晃电”失压时间为 ；重要设备电动机 气化调和水泵配套电动机的允许“晃电”失压时间为.；关键低压变频器 液氧泵变频器的允许“晃电”失压时间为 。.电源快速切换装置应用改造的必要性母联备自投装置的电源自投逻辑条件中设计有类似于线路自动重合闸的充电要求，需满足在备自投装置充电完成后才能启动自投程序，并发出母联开关合闸命令。因备自投装置中“备自投充电”的整定时间不小于 ，“分段充电保护投入”的整定时间不小于 ，在外网系统发生“晃电”或某一段母线进线电源开关故障跳闸时，整定设置“低电压保护”最长动作时限 的锅炉一次风机和抗晃电改造的气化炉激冷气压缩机油泵等配套关键中 低压电气设备均已失电跳闸停机，备自投装置在此之后才发出母联开关合闸命令，母联开关合闸使失电母线恢复供电，而此时锅炉系统已停炉和生产装置已停车。因此，龙宇煤化工备自投装置已无法满足生产装置不间断供电的使用要求，需实施母联开关的电源快速切换装置技术改造工作，以提高电力系统供电的可靠性与稳定性。.电源快速切换装置应用改造的可行性新型电源快速切换装置可有效解决备自投装置充电延时启动等问题，能够实时跟踪分段母线的三相电压、频率及相位，电压精度达到.级、频率精度达到.、相角精度 达 到.，可使事故状态下的电源切换最短断电时间不大于电源快速切换装置投入时间（即 切换启动延时 备用电源开关合闸时间），保证在某一母线进线开关故障跳闸时，配合 中压电动机“低电压保护”功能闭锁和.低压电动机抗晃电继电器自保持功能，电源快速切换装置可在 后发出母联电源开关合闸命令，母联电源开关与故障进线开关实现无扰动切换，母联电源开关合闸且失电母线恢复供电，母线上的 中压电动机和.低压电动机运行不受影响，生产装置运行不受影响。电源快速切换装置应用技改方案.电源快速切换装置应用改造方案（）原、进线电源柜继电保护装置和母线联络柜继电保护装置均不更换，仅取消母线联络柜继电保护装置中的“备自投保护”功能。（）在原控制屏上增加 台电源快速切换装置，完成电源快速切换装置与 和 进线电源柜、母线联络柜的二次回路接线与调试。.电源快速切换装置选型电源快速切换装置必须实现快速、安全地投入备用电源，同时对中 低压电动机不造成大的冲击，其应具备以下特点：备用电源开关投入时间 ；切换启动功能齐全，具备保护启动、手动启动、误跳启动和失压启动等切换启动方式；抗干扰设计功能齐全，具备较高的抗电磁干扰能力；时钟同步功能齐全，具第 期李二恩：电源快速切换装置在煤化工企业电气系统中的应用 备硬件对时和软件对时功能，对时误差；故障录波功能齐全，能据实记录电力系统的异常状态及故障状态下的电压、电流数据，能记录系统异常运行状态和故障状态下的电气量变化过程；信息记录功能齐全，能全面记录告警事件、开关动作事件、开关变位信息、运行事件等信息。鉴于电源快速切换装置 可实现电源开关的快速自动切换，保证切换过程中的中 低压电动机转速下降不多且能可靠安全运行，装置投入时间 切换启动延时 备用电源开关合闸时间，能够实现任一段母线失电瞬间电源快速切换装置立即投入母联开关且切除失电母线进线开关，从而保证母线不失电，对该母线上的电动机负载无大的冲击，最终龙宇煤化工 动力站确定选择 型电源快速切换装置。.型电源快速切换装置的功能.多种启动方式 型电源快速切换装置可提供保护启动、手动启动、误跳启动和失压启动等多种启动方式，以单母线分段接线的龙宇煤化工 动力站（如图）为例，其多种启动方式说明如下。（）保护启动。将 动力站 进线、进线、母联开关的光纤差动保护或复压过流保护接点接入电源快速切换装置上，当电源快速切换装置检测到动力站 进线或 进线开关主保护或后备保护动作时，电源快速切换装置立即自动启动电源切换功能，断开故障线路电源开关，投入母联开关。（）手动启动。通过人工手动操作切换旋钮开关实现 进线、进线、母联开关的相互切换，主要用于母线、电源开关等检修或者故障排除后的恢复正常供电时。（）误跳启动。误跳启动须同时满足“进线电源开关跳闸”和“进线电源开关无流（实际运行电流 无流保护设定值）”两个条件，这时电源快速切换装置立即自动启动电源切换功能，投入母联开关，经 进线电源开关由母线为母线供电。（）失压启动。失压启动须同时满足“母线电压 失压启动电压设定值”和“进线电源开关无流（实际运行电流 无流保护设定值）”两个条件，这时电源快速切换装置立即自动启动电源切换功能，投入母联开关，经 进线电源开关由母线为母线供电。.多种切换方式电源快速切换装置在发出启动方式命令后，须按照特定的操作顺序切除或投入电源开关和母联开关，包括串联切换方式、并联切换方式、同时切换方式。改造实施.电压回路接线为实现系统的同期并列运行，同期装置、检定继电器、表计等需接入两侧电源的电压互感器完成电压相位差的比较（须设定 个公共点以实现两侧电压的准确比较），将电压互感器的 相接地。但是，电压互感器回路接线（见图）中 接线的 相接地方式，因 相接地 对地电压降为 、对地相电压升为 ，无法满足电源快速切换装置的母线电压输入接线要求 母线电压、分别接入电源快速切换装置的、，为保证电源快速切换装置能正常采集母线三相电压，将、分别接入电源快速切换装置的、。图 电压互感器回路接线示意图.电源开关断路器辅助触点扩展龙宇煤化工 动力站 和 进线电源柜、母联开关柜内断路器辅助触点数量不足，不能满足电源快速切换装置应用改造需求，为此，在 和 进线电源柜、母联开关柜内各增加 个中间继电器，将原高压柜上的断路器合闸指示辅助触点（断路器 常开触点）扩容为 个常中 氮 肥第 期开触点和 个常闭触点 个常开触点分别用于电源快速切换装置的电源开关合位输入信号、电源开关运行指示信号、高压柜合闸指示信号；个常闭触点分别用于电源快速切换装置的电源开关跳位输入信号、电源开关停机指示信号。电源开关断路器辅助触点的扩展应用，可有效解决电源开关柜内断路器辅助触点数量不足的问题，配合电源快速切换装置的启动切换功能，可实现运行电源与备用电源的无扰动切换。.母线联络柜继电保护装置退出“备自投保护”功能 母线联络柜继电保护装置保留“速断过电流保护”功能，作为母联开关的主保护，将母线联络柜继电保护装置中的“备自投保护”控制字和软压板均置“”，保护功能退出，且该保护的所有自投方式全部退出，即退出“备自投保护”全部保护功能。.电源快速切换装置保护功能配置电源快速切换装置保护功能配置见表。表 电源快速切换装置保护功能配置表保护功能 整定范围整定值并联切换压差.并联切换频差.并联切换相差.并联跳闸延时.快速合闸频差.快速合闸相差.母联开关合闸时间.残压合闸定值.长延时定值.失压启动定值.失压启动延时.无流启动频率.无流定值（二次值）.无流启动延时.保护启动辅判据（退出）（投入）（）手动切换时使用并联的电源切换方式保护功能，即首先合母联开关、然后分进线开关；故障切换时使用串联的电源切换方式保护功能，即首先分故障进线开关、然后合母联开关。（）进线开关母联开关切换启动和 进线开关母联开关切换启动的保护功能。（）快速合闸、同捕合闸、残压合闸的电源合闸方式保护功能。（）失压启动、无流启动、保护启动的启动方式保护功能。改造效果龙宇煤化工 动力站 型电源快速切换装置选用失压启动、无流启动、保护启动等 种启动方式保护功能，投入实际应用后，其应用效果如下。失压启动保护功能：电源快速切换装置在检测到“进线电压 ”且“进线电流.”时，失压启动逻辑执行，分 进线开关，经失压启动延时合母联开关，故障串联切换断电时间（失压启动延时 母联开关合闸时间）。无流启动保护功能：电源快速切换装置在检测到“进线电流 .”且“段母线频率.”时，无流启动逻辑执行，分进线开关，经无流启动延时合母联开关，故障串联切换断电时间（无流启动延时 母联开关合闸时间）。保护启动保护功能：电源快