FBZ-3079a母联快速切换装置1基本配置及规格1.1 基本配置FBZ-3079a母联快速切换装置适用于拥有大量电机设备的工矿企业，如化工、煤炭和冶金等有较多高压电动机负荷的场合的电源切换。这些场合对电源切换要求较高，在电源切换时不能造成运行中断或设备冲击损坏。可组屏安装，也可在开关柜就地安装。保护方面的主要功能有：1）就地切换，（分串联、同时、并联自动、并联半自动四种方式）；2）事故切换，（分串联、同时两种方式）；3）失压切换，（分串联、同时两种方式）；4）偷跳切换；5）两段低压减载保护；6）一段后加速保护；7）独立的操作回路及故障录波。注：同期切换判别分快速切换、越前时间切换、越前相角切换、残压切换、长延时切换五种切换方式；测控方面的主要功能有：1） 12路自定义遥信开入；2） 两路三相电流IA、IB、IC、UAB、UBC、UCA、UGZ、UBY、Fmx、Fgz、Fby等模拟量的遥测；3） 事件SOE记录等。1.2 技术参数1.2.1 额定参数 装置电源： AC/DC 220V、DC110V 允许偏差 +15，-20 交流电压： 100/V，100V 交流电流： 5A，1A 频 率： 50Hz1.2.2 功耗： 交流电压： 0.5VA/相 交流电流： 1VA/相 (In =5A) 0.5VA/相 (In =1A) 直流： 正常 15W 跳闸 25W1.2.3 主要技术指标并联切换压差定值：2.010.0V，误差不超过1%整定值或0.3V；频差定值：0.10.5Hz，误差不超过0.03Hz；相差定值：520，误差不超过1；并联跳闸延时：0.15S，误差不超过1%整定值或20ms；同时切换合闸延时：10500ms，误差不超过20ms。失压切换低压定值：40.080.0V，误差不超过0.3V；时间定值：0.105.00s，误差不超过1%整定值或+20ms。快速切换频差定值：0.205.00Hz,误差不超过0.02Hz;相差定值：560，误差不超过1；同捕切换频差定值：0.5010.00Hz，误差不超过0.02Hz；越前相角：-120-30，误差不超过40；越前时间：20150ms，对应相角的误差不超过40；残压切换：电压定值：20.060.0V，误差不超过1%整定值或0.3V。长延时切换：延时定值：0.5010.00S，误差不超过1%整定值或20ms。两段低压减载：电压定值：20.080.0V，误差不超过1%整定值或0.3V；时间定值：0.1020.00S，误差不超过1%整定值或0.3V。后加速：电流定值：0.5090.00A，误差不超过1%整定值或0.05A；时间定值：03.00S，误差不超过1%整定值或20ms。1.2.4遥测量计量等级： 电流： 0.2级其他： 0.5级2装置原理2.1 模拟输入 外部电压、电流输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU经采样数字处理后，组成各种继电器并判断计算各种遥信遥测量。工作IA、IB、IC、备用IA、IB、IC、母线电压UA、UB、UC、工作电压Ugz、备用电压Uby在本装置中除作为保护用输入，母线频率从电压A相上采集、工作频率在Ugz上采集、备用频率在Uby上采集。工作电压和备用电压可进行以30为单位的软件转角，转角范围为（011）*30。2.2 保护原理切换功能简单说明如下表：切换类型起动方式切换方式切换判定条件正常手动切换通过手动就地起动并联自动切换并联切换并联半自动切换串联切换快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换同时切换事故切换保护接点起动串联切换快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换同时切换非正常切换母线失压起动串联切换快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换同时切换开关偷跳起动快速切换、越前相角切换、越前时间切换、残压切换、长延时切换2.2.1 就地切换本装置设四种切换方式：0串联切换，1同时切换，2并联自动切换，3并联半自动切换。软压板投入后，由运行人员手动操作起动，快切装置按事先设定的手动切换方式进行分合闸操作。注：手动启动信号需保持至切换完毕方可复归。2.2.2 事故切换由保护接点起动，发变组、厂变和其它保护出口跳工作电源开关的同时，起动快切装置进行切换，快切装置按事先设定的自动切换方式（串联、同时）进行分合闸操作。注：保护启动信号可以是脉冲信号；当进线电流发生突变时视为进线侧故障，闭锁快切保护。2.2.3 失压切换母线电压低于整定电压达整定延时后，装置自行起动，并按自动方式进行切换。2.2.4 偷跳切换由工作开关辅助接点起动装置，在切换条件满足时合上备用电源。2.2.5 快速切换假设有图1所示的供电系统，电源1由进线1经变压器1引入，电源2由进线2经变压器2引入。正常运行时，系统分列运行，当电源1失电时，跳开开关1DL，合3DL，跳开1DL时母线1失电，由于负荷多为异步电动机，电动机将惰行，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，称其为残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。以极坐标形式绘出的某6KV母线残压相量变化轨迹(残压衰减较慢的情况)如图2所示。图一次系统图 图母线残压特性示意图图中VD 为母线残压，VS 为电源2电压，U为电源2电压与母线残压间的差拍电压。合上电源2后，电动机承受的电压UM 为：UM = XM / (XS XM) U （1）式中，XM -母线上电动机组和低压负荷折算到高压厂用电压后的等值电抗，XS -电源的等值电抗。令K XM /（XS XM），则UMKU（2）为保证电动机安全自起动, UM 应小于电动机的允许起动电压, 设为1.1 倍额定电压UDe ，则有： KU 1.1 UDe （3）U（）1.1 / K （4）设K0.67，则U（）1.64。图2中，以A为圆心，以1.64为半径绘出弧线AA，则AA的右侧为电源2允许合闸的安全区域，左侧则为不安全区域。若取K0.95，则U（）1.15，图中BB的左侧均为不安全区域。假定正常运行时电源1与电源2同相，其电压相量端点为A，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动，如能在AB段内合上电源2，则既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多，这就是所谓的“快速切换”。图2中，快速切换时间应小于0.2S，实际应用时，B点通常由相角来界定，如60，考虑到合闸回路固有时间，合闸命令发出时的角度应小于60，即应有一定的提前量，提前量的大小取决于频差和合闸时间，如在合闸固有时间内平均频差为1Hz，合闸时间为100ms，则提前量约为36。快速切换的整定值有两个，即频差和相角差，在装置发出合闸命令前瞬间将实测值与整定值进行比较，判断是否满足合闸条件。由于快速切换总是在起动后瞬间进行，因此频差和相差整定可取较小值。2.2.6 同期捕捉切换同期捕捉切换原理概括如下：图2中，过B点后BC段为不安全区域，不允许切换。在C点后至CD段实现的切换以前通常称为“延时切换”或“短延时切换”。但是用固定延时的方法并不可靠。最好的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到在反馈电压与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸，这就是所谓的“同期捕捉切换”。以上图为例，同期捕捉切换时间约为0.6S, 对于残压衰减较快的情况，该时间要短得多。若能实现同期捕捉切换，特别是同相点合闸，对电动机的自起动也很有利，因此时厂母电压衰减到6570左右，电动机转速不至于下降很大，且电源2合上时冲击最小。需要说明的是，同期捕捉切换之“同期”与发电机同期并网之“同期”有很大不同，同期捕捉切换时，电动机相当于异步发电机，其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场，而转子不存在外加原动力和外加励磁电流。因此，备用电源合上时，若相角差不大，即使存在一些频差和压差，定子磁场也将很快恢复同步，电动机也很快恢复正常异步运行。所以，此处同期指在相角差零点附近一定范围内合闸（合上）。在实现手段上，同期捕捉切换有两种基本方法：一种基于“恒定越前相角”原理，即根据正常厂用负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度（取决于该时的频差）和合闸回路的总时间，计算并整定出合闸提前角，快切装置实时跟踪频差和相差，当相差达到整定值，且频差不超过整定范围时，即发合闸命令，当频差超范围时，放弃合闸，转入残压切换。这种方法缺点是合闸角精确度不高，且合闸角随厂用负载变化而变化。另一种基于“恒定越前时间”原理，即完全根据实时的频差、相差，依据一定的变化规律模型，计算出离相角差过零点的时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令。该方法从理论上讲，能较精确地实现过零点合闸，且不受负荷变化影响。但实用时，需解决不少困难：一是要准确地找出频差、相角差变化的规律并给出相应的数学模型，不能简单地利用线性模型；二是由于厂用电反馈电压频率变化的不完全连续性（有跳变）及频率测量的间断性（10ms一点）等，造成频差及相差测量的间断和偏差；另外，合闸回路的时间也有一定的离散性等。由于在同期捕捉阶段，相差的变化速度可达1-2/1ms，因此，任何一方面产生的误差都将大大降低合闸的准确性。FBZ-3079系列快切装置的“恒定越前时间”同期捕捉切换方法，采用动态分阶段二阶数学模型来模拟相角差的变化，并用最小二乘法来克服频率变化及测量的离散性及间断性，使得合闸准确度大大提高。如不计合闸回路的时间偏差，可使合闸角限制在40以内。同期捕捉切换整定值也有两个。当采用恒定越前相角方式时，为频差和相角差（越前角）；当采用恒定越前时间方式时，为频差和越前时间（合闸回路总时间）。同期捕捉方式下，频差整定可取较大值。2.2.7 残压切换当残压衰减到2040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，电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。如上图情况下，残压衰减到40的时间约为1秒，衰减到20的时间约为1.4秒。而对另一机组的试验结果表明，衰减到20的时间为2秒。2.2.8 长延时切换在母线失电过程中，有时候会发生电压迟迟降不到残压切换定值的情况，此时投入长延时切换，超过延时后不管电压、频率如何变化，直接合电源2。2.2.9 两段低压减载切换过程中的短时断电将使厂用母线电压和电动机转速下降，电源2合上后电动机成组自起动成功与否将主要取决于母线电压。此时若切除某些不重要辅机，将有利于重要辅机的自起动，本装置可有二段低压减载出口，二段可分别设定延时，以备用电源合上为延时起始时间。2.2.10 后加速为防止电源切换于故障母线，提