MFC-2000型微机厂用电快切装置.ppt

概述 MFC2000型微机厂用电快切装置，适用 于发电厂厂用电切换，或其它工业 部门，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。 1.厂用电切换方式 1.1按开关动作顺序分类(动作顺序以工作电 源切向备用电源为例） 并联切换 串联切换 同时切换 并联切换。先合上备用电源，两电源短 时并联，再跳开工作电源。这种方式多 用于正常切换，如起、停机。 串联切换。先跳开工作电源，在确认工 作开关跳开后，再合上备用电源。母线 断电时间至少为备用开关合闸时间。此 种方式多用于事故切换。 同时切换。这种方式介于并联切换和串 联切换之间。合备用命令在跳工作命令 发出之后、工作开关跳开之前发出。母 线断电时间大于0ms而小于备用开关合闸 时间，可设置延时来调整。这种方式既 可用于正常切换，也可用于事故切换。 1.2按起动原因分类 正常手动切换。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（并联、同 时）进行分合闸操作。 事故自动切换。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 。 不正常情况自动切换。有两种不正常情 况，一是母线失压。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。二是工作电源开 关误跳，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。 1.3按切换速度分类 快速切换 短延时切换 同期捕捉切换 残压切换 1.3.1快速切换 来自高厂变A分支 来自起备变A分支 6KV5A段 DL1DL2 VD 为母线残压，VS 为 备用电源电压，U为备 用电源电压与母线残压 间的差拍电压。合上备 用电源后，电动机承受 的电压UM 为： UM = XM / (XS XM) U 母线残压特性示意图 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 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。图中， 以A为圆心，以1.64为半径绘出弧线AA ，则AA的右侧为备用电源允许合闸的 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。 假定正常运行时工作电源与备用电源同相 ，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段内合上备用电源，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”。 1.3.2同期捕捉切换 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”。前面已分析过，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”。同期捕捉切换时间 约为0.6S。 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 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。 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。 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 ）。 1.3.3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。 2.装置软硬件介绍 2.1装置硬件介绍 MFC2000-2型快切装置采用2片INTEL 80C196 KC CPU，主CPU完成测量、逻辑和切换等 主要功能，从CPU完成显示、通信、打印 等辅助功能，主从CPU间通过双口RAM进 行数据交换。 MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置硬 件介绍： 大面板 内部插件 背板端子 2.1.1大面板 指示灯 指示灯共有8个，分别为： 运行：装置处于正常运行状态时，约每秒钟闪 亮3次，当处于闭锁状态时，约每2秒钟闪亮1次 。 就地：亮时，表明手动切换操作只能在就地进 行，否则，手动切换操作只能在远方进行。 工作：工作电源开关合时亮。 备用：备用电源开关合时亮。 动作：表明装置刚进行过切换操作，复归后熄 灭。 闭锁：表明装置处于闭锁状态，含装置闭锁及 出口闭锁。 通信1：通信发送灯。用于装置与便携式电脑通 信或与DCS通信。 通信2：通信接收灯。用于装置与便携式电脑通 信或与DCS通信。 2.1.2内部插件 CPUB 辅CPU插件，主要完成液晶显示、键盘操作、通信、打印等功能 。 CPUA 主CPU插件，主要完成模拟量及开关量测量、计算判断、出口动 作等主要功能，主CPU与辅CPU间通过双口RAM进行数据交换。 KIN 开关量输入转换板。将来自控制台、保护回路和其它控制设备的 开关量（空接点）经继电器和光电两级隔离后供CPU板测量判断 。 ADF 模拟量调理板。将经PT/CT插件转换后的电压电流信号调理整形， 一部分送AD作电压电流幅值采样计算，另一部分送HSI测量频率、 相位等。 PT/CT 电压电流隔离转换板。将现场PT二次输出电压和CT二次输出电流 隔离变换成小信号送ADF插件。PT、CT均为高精度电流输出型。 KOUT1、KOUT2 开关量输出插件。开关量以空接点方式输出，可接光字牌、DCS 系统或其它设备。接点保持。 COK 出口转换插件。CPU发出的出口跳合闸指令由该插件逻辑组合并 经光电隔离和中间继电器隔离放大后送至出口继电器插件。该插 件的出口命令通常保持0.5秒左右。 OUT1、OUT2 出口继电器插件。将COK插件送出的出口命令转换成跳合闸信号 ，空接点形式输出，接点接通电流可达5A以上，并由接点回路电 流自保持。 TEST 试验插件。内置模拟断路器、模拟断路器跳合按钮、试验回路接 通/断开开关等。另外，装置的开关电源输出电压监视电路也在该 插件上，开关电源输出的+5V，15V和+24V任一路电压消失时将立 即报警。 PWR 开关电源插件，将DC220V或DC110V电压转换成+5V，15V和+24V电 源，供装置内部使用。插件内特制的电压延时电路能保证在装置 上下电过程中不会引起误动作或误发信。开关电源为交/直流两用 。 2.1.3背板端子 2.1.3.1背板端子图 2.1.3.2 端子接线简介 1，2：直流电源，1为-，2为+。 3：装置内开关电源输出的24V地，该端子不外接，主要为调 试方便而设。 4：装置内开关电源输出的+24V，作为开关量输入的公共端 ，为所有输入开关量提供+24V电源。因此，外部开关量应输 入无源接点。 5，6：保护起动。接发电机、变压器或发-变组保护出口接 点。应将所有需要进行厂用电切换的出口接点并接。接通方 式为闭合短脉冲。 7，8：保护闭锁：接6KV母线保护（若有的话）、工作电源 分支保护、高厂变后备保护等保护的出口接点，在这些保护 动作时，应闭锁快切装置。接通方式为闭合短脉冲。 916 9，10：厂高变分支电源开关（工作电源开关） 辅助常开接点。 11，12：备用分支电源开关（备用电源开关） 辅助常开接点。 13，14：厂用母线PT隔离开关辅助常开接点（ 或抽屉式开关插头） 15，16：手动切换起动接点，接通方式为不小 于50ms闭合短脉冲。只有当装置控制方式设定 为“远方”时，该信号才有效。 1722 17，18：手动切换方式并联/同时选择接点。接通方式 为长期保持，断开为并联方式，接通为同时方式。只 有当装置控制方式设定为“远方”时，该信号才有效。 19，20：人工投入闭锁装置接点。接通方式为长期保持 ，断开为投入，接通为闭锁。当为闭锁状态时，装置 将发出相应的“出口闭锁”信号（63，64接点闭合）以警 示运行人员。 21，22：复归信号接点。接通方式为不小于50ms闭合短 脉冲。在装置切换动作后或装置检测到故障、异常情 况自行闭锁后，应先排除故障或异常情况，然后按复 归解除闭锁并清信号。 2338 23，24：予留开入1。 25，26：予留开入2。 27，28：工作电源电压（厂用分支或发电机端PT电压）。可 取线电压或相电压。 29，30，31，32：厂用母线电压，可输入Ua，Ub，Uc或Ua， Ub，Uc，Un。 33，34：备用电源电压（备用段、备用分支或备变高压侧PT 电压）。可取线电压或相电压。但该电压必须与工作电源电 压（27，28端子）在6KV侧同相位。 35，36，37，38：备用分支三相电流（备用分支CT二次电流 ）。该电流只起录波作用，不接或只接一相或两相电流均不 影响装置工作。 4150 41，42：跳工作电源开关出口接点。41接+KM。该接点为电 流自保持型，接通0.5秒后且跳闸回路由工作电源开关辅助 接点断开后自动释放。 43，44：合工作电源开关出口接点。43接+KM。接通方式同 上。 45，46：跳备用电源开关出口接点。45接+KM。接通方式同 上。 47，48：合备用电源开关出口接点。47接+KM。接通方式同 上。 49，50：予留合备用变高压侧开关或低压侧另一开关出口接 点。49接+KM。接通方式同上。 5160 51，52：予留出口1。当需要低压切辅机功能时，可作为第 一段切辅机出口。 53，54：予留出口2。当需要低压切辅机功能时，可作为第 二段切辅机出口。 55，56：予留出口3。 57，58：切换完毕信号。当该跳开的开关已跳开、该合上的 开关已合上后，装置即发出此信号。空接点方式输出，保持 至复归。 59，60：切换失败信号。切换过程中该跳开的开关未跳开或 该合上的开关未合上或起动切换后设定时间（如5秒）内仍 无法满足切换条件，装置将发出此信号。空接点方式输出， 保持至复归。 6162 61，62：装置闭锁信号。当装置出现以下 任意一种情况时，装置将自行闭锁，并 发出此信号。空接点方式输出，保持至 闭锁情况排除并复归后该信号方可解除 。 出现PT断线、后备电源失电、开关位置异常 、装置内部故障、外部保护闭锁之一 装置进行了一次动作后 6364 63，64：出口闭锁信号。当装置出现以下任意一种情况 时，装置将发出此信号，同时，装置不能进行切换操 作。空接点方式输出。“出口闭锁”时，装置不发“装置 闭锁”中控信号，一旦下列条件均不满足，装置“出口闭 锁”信号自动将解除，同时装置可以进行切换操作，即 装置“出口闭锁”可往复投退而不必复归。 装置输入量“出口闭锁”设定在闭锁（接点闭合） 装置内方式设置“出口闭锁投退”设定为退出 切换功能之快速切换、越前相角、越前时间切换、 残压切换均被设定为退出 6568 65，66：PT断线信号。装置检测到厂用母线PT一相或 两相发生断线时，将自行闭锁并发出此信号。空接点 方式输出，保持至故障解除并复归。 67，68：后备失电信号。厂用母线由工作电源供电时， 备用电源即为后备电源，而厂用母线由备用电源供电 时工作电源即为后备电源。当后备电源电压低于整定 值时装置将自行闭锁并发出此信号。空接点方式输出 ，保持至情况解除并复归。 提示：在备用PT检修时，可通过“方式设置”菜单，暂时将“后备失电闭锁” 功能退出，此时装置仍能进行切换，但切换方式与正常方式有所不同： 在后备不失电情况下，装置仍然可以进行正常切换，而在后备失电情况 下，只能实现残压切换。 6970 69，70：开关位置异常信号。以下情况下装置将自行闭锁并发此 信号，空接点方式输出，保持至情况解除并复归： 上电或复位、复归后发现工作、备用两开关均合上或均断开， 装置无法确定切换方向。 工作开关合着，即厂用电由工作电源供电，此时运行人员未通 过装置又将备用进线开关合上，造成两电源并联运行。 备用开关合着，即厂用电由备用电源供电，如开机时情况，此 时若运行人员未通过本装置而合上了工作进线开关，造成两电 源并联运行。 备用开关合着，即厂用电由备用电源供电，此时若因故障或其 它原因造成备用电源开关跳开，装置不能起动切换，但将发出 此信号。 厂用母线PT隔离开关未合上。 7176 71，72：投入后加速保护：装置起动切换的同时，将闭 合该接点以起动分支保护的后加速保护功能。闭合时 间以备用开关合上起计时约1.5秒。即总的闭合时间为 1.5秒加上从装置起动切换到备用开关合上的时间。 73，74：装置异常信号。装置若自检发现异常，将自行 闭锁并发出此信号。在故障报告中可详细检查出错情 况。空接点方式输出，保持至故障解除并复归。 75，76：装置失电信号。开关电源输出电压监视回路常 闭接点，+5、+15、-15、+24V四路输出接点并接。 7784 77，78：予留开出1。 79，80：予留开出2。 81，82：485通信接口。 83，84：GPS对时接口。 2.1.4硬件系统构成 硬件系统构成示意图 取自PT二次侧的电压 和CT二次侧的电流 经装置内小PT和小 CT隔离变换后经调 理整形，一部分进入 12位高速A/D转换器 测量幅值，另一部分 经再经整形后进入主 CPU的高速输入口 HIS测量频率和相位 。 2.2软件介绍 MFC2000-2型快切装置采用双CPU系统，其软件 有两大部分，分别由主CPU和从CPU完成。 主CPU的软件包括开关量输入检测、电流电压 计算、切换动作、试验、信号、自检等模块， 及包含采样、频率相角计算的中断服务程序。 从CPU软件包括液晶显示、打印、通信、GPS对 时等模块。 3.功能简介 3.1监测、显示功能 液晶显示屏显示以下运行参数或状态： 厂用母线三相电压Ua、Ub、Uc或Uab，Ubc， Uca。 工作电源（厂变分支或发电机端）电压Ugz（任 一相电压或任一线电压）。 备用电源（备变高压侧或低压侧）电压Uby（任 一相电压或任一线电压）。 厂用母线Ua（或Uab）及后备电源电压（Ugz或Uby）的频率 。 厂用母线Ua（或Uab）与后备电源电压（Ugz或Uby）间的频 率差。 厂用母线Ua（或Uab）及后备电源电压（Ugz或Uby）间的相 位差。 备用分支三相电流Ia，Ib，Ic。 工作、备用开关及厂用母线PT隔离开关分合闸状态。 所有整定参数。 所有外部投退或内部软压板投退状态。 3.2切换功能 3.2.1正常切换 正常切换由手动起动，在控制台、DCS系统 或装置面板上均可进行。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。正常 切换有以下几种方式： 3.2.1.1并联切换 并联自动：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，如在这段延时 内，刚合上的备用（工作）开关被跳开，则装 置不再自动跳工作（备用）。若起动后并联切 换条件不满足，装置将闭锁发信，并进入等待 复归状态。 并联半自动：手动起动，若并联切换条 件满足，合上备用（工作）开关，而跳 开工作（备用）开关的操作由人工完成 ，若在规定的时间内，操作人员仍未跳 开工作（备用），装置将发出告警信号 。若起动后并联切换条件不满足，装置 将闭锁发信，并进入等待复归状态。 3.2.1.2正常同时切换 手动起动，先发跳工作（备用）开关命令，在 切换条件满足时，发合备用（工作）开关命令 。若要保证先分后合，可在合闸命令前加一定 延时。 正常同时切换可有三种切换条件，快速、同期 捕捉、残压，快切不成功时自动转入同期捕捉 或残压。 我厂采用正常同时切换方式 3.2.2事故切换 事故切换由保护出口起动，单向，只能由 工作电源切向备用电源。事故切换有两 种方式。 3.2.2.1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、同期捕捉、残压。 3.2.2.2事故同时切换。保护起动，先发跳工作电 源开关命令，在切换条件满足时即（或经用户 延时）发合备用电源开关命令。事故同时切换 也有三种切换条件：快速、同期捕捉、残压。 我 厂采用事故串联切换 3.2.3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。 3.2.3.1厂用母线失电。当厂用母线三相电压均低 于整定值，时间超过整定延时，则装置根据选 择方式进行串联或同时切换。切换条件：快速 、同期捕捉、残压。 3.2.3.2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、同期捕捉、残压。 3.3低压减载功能 本装置低压减载只在装置进行切换时才会起作 用。 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，备用电源合上后电动机成组自 起动成功与否将主要取决于厂用母线电压。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。 3.4闭锁报警、故障处理功 能 中控信号中有关信号定义如下 ： 装置闭锁：闭锁A中有任意一条满足，或装置 动作一次以后 出口闭锁：闭锁B中有任意一条满足 开位异常：位置闭锁的三个条件中有任意一条 满足 装置异常：同闭锁A中装置异常 闭锁结构图 而面板中“闭锁”灯在以下情况下将点亮： 装置动作一次以后 有闭锁A 有闭锁B 3.4.1开关位置异常（位置闭锁/去耦合） 装置起动切换的必要条件之一是工作、 备用开关一个合着，另一个打开，同时 PT隔离开关必须合上，若正常监测时发 现这一条件不满足（工作开关误跳除外 ），将闭锁出口，发“装置闭锁”中控信号 ，并进入等待复归状态。 另外，切换过程中如发现一定时间内该 跳的开关未跳开或该合的开关未合上， 装置将根据不同的切换方式分别处理并 给出位置异常闭锁信号。如：同时切换 或并联切换中，若该跳开的开关未能跳 开，将造成两电源并列，此时装置将执 行去耦合功能，跳开刚合上的开关。 3.4.2装置异常 装置投入后即始终对某些重要部件如CPU、 RAM、EEPROM、AD等进行自检，一旦有 故障将发“装置异常”中控