MFC3AD技术说明书V10.docx
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MFC3AD技术说明书V10
MFC2000-3A型
微机厂用电快速切换装置
技术说明书
江苏金智科技股份有限公司
南京东大金智电气自动化有限公司
二〇〇七年十一月
MFC2000-3A-DV1.0版
本公司保留对产品更改的权利
版权所有，请勿翻印、复印
本版本发布时间：
2007年11月
目录
1概述1
2装置特点及主要技术规范2
2.1主要技术特点2
2.2主要技术指标3
2.2.1工作环境条件3
2.2.2装置工作电源3
2.2.3额定交流输入4
2.2.4精确工作范围4
2.2.5测量精度4
2.2.6开关量输入4
2.2.7跳合闸出口4
2.2.8信号输出4
2.2.9切换时间4
2.2.10主要硬件指标5
2.2.11录波指标5
2.2.12负载和功耗5
2.2.13过载能力5
2.2.14抗干扰性能5
2.2.15绝缘性能6
2.2.16机械性能6
2.2.17外形尺寸6
2.2.18重量6
3装置硬件、软件简介7
3.1装置硬件7
3.1.1机箱结构7
3.1.2电源模件7
3.1.3交流模件7
3.1.4开入模件7
3.1.5主CPU模件7
3.1.6从CPU模件8
3.1.7出口模件8
3.1.8信号模件8
3.1.9调试试验模件8
3.1.10接口8
3.2装置软件10
4切换功能12
4.1切换方式12
4.1.1正常切换13
4.1.2事故切换13
4.1.3不正常情况切换14
4.2去耦合14
4.3切换投/退、闭锁/解除14
4.3.1切换功能的投入/退出15
4.3.2装置自行闭锁切换功能15
4.3.3闭锁解除16
5单操功能16
5.1单合开关16
5.2单跳开关17
5.3单操投入/退出、闭锁/解除17
5.3.1单操功能的投/退17
5.3.2装置自行闭锁单操功能17
5.3.3单操闭锁解除17
5.4单操和切换间的相互关系17
6低压减载功能19
7启动后加速保护功能19
8其它功能19
8.1监测显示19
8.1.1模拟量测量显示19
8.1.2开关量测量显示19
8.1.3定值、软压板状态显示19
8.1.4录波信息显示20
8.2事件追忆、录波20
8.2.1追忆和录波总量20
8.2.2事件追忆的内容20
8.2.3录波内容21
8.3通信21
8.4GPS对时21
8.5打印21
8.6系统管理软件支持21
9设计说明22
9.1装置配置、组屏22
9.2输入输出端子说明22
9.3设计参考用图25
10定值一览表30
10.1整定定值30
10.2控制字、软压板31
11附件一：
切换方式原理说明32
11.1切换方式32
11.1.1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）32
11.1.2按启动原因分类32
11.1.3按切换速度或合闸条件分类32
11.2快速切换、同期捕捉切换、残压切换、长延时切换32
11.2.1快速切换32
11.2.2同期捕捉切换35
11.2.3残压切换36
11.2.4长延时切换37
12附件二：
几个问题的澄清38
12.1厂用电快速切换与发电机自动准同期38
12.2关于正常并联切换38
12.3关于实切过程中安全区域的控制39
12.4关于励磁涌流抑制41
12.5关于快速切换时间41
1产品概述
MFC2000系列微机厂用电快速切换装置，适用于大、中、小型发电厂厂用电切换，或其它工业用户，如化工、冶金、煤炭等有较多高低压电动机负荷场合的电源切换。
这些场合由于有较大的感性负载，切换过程中母线电压由于反馈电势的存在而衰减较慢，切换时必须考虑反馈电压与备用电源电压间的压差引起的电流电压冲击问题，避免造成电源跳闸、设备损坏或寿命缩短等后果。
厂用电快速切换装置是发电厂厂用电气系统的一个重要设备，与发变组保护、励磁调节器、同期装置一起，被合称为发电厂电气系统安全保障的“四大法宝”，对发电厂乃至整个电力系统的安全稳定运行有着重大影响。
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或人身伤害，而可靠性则体现为保障切换成功，避免保护跳闸、重要辅机跳闸等造成机炉停运的事故。
1997年8月5日，MFC2000型微机厂用电快速切换装置在南京通过了由原能源部华东电力集团公司主持的鉴定，标志着我国自行研发的第一台微机型发电厂厂用电快速切换装置的诞生。
该装置由东南大学东大集团电力自动化研究所（现江苏金智科技股份有限公司的前身）研发完成。
MFC2000型微机厂用电快速切换装置突破了此前由国外学者和ASEA、ABB、三菱等公司技术人员主导的厂用电切换原理，开创性地提出了厂用电切换的“同期捕捉”原理，通过对厂用电频率、相位和幅值的实时测量和动态跟踪、预测，实现了厂用电切换的“快速切换”、“同期捕捉切换”。
第一台MFC2000型快切装置于1997年1月在江苏望亭电厂＃11机组（300MW）首次成功投运；1997年4月，由华东电力试验研究院主持进行了望亭发电厂＃11机组MFC2000型快切装置实切试验，在机组带负荷情况下，先后进行快速切换、同期捕捉切换试验，试验取得完全成功，所有切换指标达到设计和运行要求；至1997年6月，装置在望亭电厂＃11机动作9次，成功率100％。
1998年度，MFC2000型微机厂用电快切装置荣获能源部电力科技进步三等奖、华东电力集团科技进步二等奖。
2000年，MFC2000升级为MFC2000-2型，为了便于区别，将MFC2000型更名为MFC2000-1型。
秉承MFC2000-1型的原理，MFC2000-2型快切装置总结了三年多来的运行经验和存在的问题，进行了全面的升级和完善，如：
采用了多CPU硬件架构，将测量和逻辑处理分开，进一步提高了装置的实时性能；采用大屏幕液晶显示和中文菜单操作，方便了用户使用。
2006年，随着用户对装置功能、性能及运行管理需求的进一步提高，MFC2000-2再次升级为MFC2000-3A。
MFC2000-3A补充了长延时切换、手动串联切换等功能；在切换功能的基础上，增加了检同期单合开关功能；大大加强了装置录波、状态和事件记录、在线试验、网络通信等功能；采用32位CPU＋DSP的高端平台，进一步提高了切换速度、可靠性等多项性能指标。
2007年1月6日，对MFC2000-3A型微机厂用电快切装置重新作了鉴定，由中国电力企业联合会组织，杨奇逊教授领衔的专家委员会一致认为：
MFC2000-3A微机厂用电快切装置，设计合理、功能完备、性能优异、切换速度快。
装置整体功能、性能达到国内领先水平。
MFC2000系列微机厂用电快切装置自1997年投入市场以来，彻底解决了以往发电厂厂用电切换速度慢、切换成功率低或根本无法实现快速切换等问题，并在实际工程中不断得到创新和完善，先后解决了正常切换时工作电源与备用电源间相位差大的问题；备用电源高压侧开关采用油开关的问题；两个差频电源间的正常切换和事故切换问题；备用电源采用冷备用方式问题等各种大大小小的问题，填补了国内空白。
其可靠性、可用性获得了用户的高度认可，至今已有近5000套装置运行在全国各省市的约70％以上的大中型发电机组中，包括单机最大的百万机组工程：
华能玉环、华电邹县、外高桥、北仑等。
此外，2002年以来，近百套MFC2000系列快切装置陆续出口至印度、伊朗、巴基斯坦、土耳其、越南等国，深得国外用户的好评。
MFC2000系列快切装置在核电工程中同样得到了成功应用，如秦山核电站、巴基斯坦恰希玛核电站等。
2装置特点及主要技术规范
2.1主要技术特点
MFC2000－3A型微机快切装置，在功能、性能上较MFC2000－2型装置有较大的补充、改进和提高，这些补充和改进，无一例外来自于用户的需求和现场的反馈。
主要特点如下：
✧实用完备的切换功能。
手动切换兼有并联切换、同时切换和串联切换功能；并联切换具有并联自动和并联半自动功能；自动切换包含事故切换和不正常情况切换两种，并兼有串联和同时切换功能；切换实现方式兼有快速切换、同期捕捉、残压切换和长延时切换功能，其中同期捕捉切换可选恒定越前时间和恒定越前相角两种方法。
✧具有单操功能。
具有同期或无压单合厂用电源开关的功能。
✧适用于冷、热备用电源方式。
能适应备用电源采用冷、热备用运行方式下的厂用电切换。
✧先进的多CPU结构。
多CPU协同工作，在增加更多功能的同时，进一步提高逻辑判断、冗余等可靠性指标。
✧先进的DSP技术。
高速DSP、高性能14位A/D转换器，实现自动频率跟踪采样计算，幅值、相位、频率测量快速准确。
✧调试方便。
交流量测量精度调整、装置的整定和调试、以及开入/开出量试验等均可通过操作专用调试软件菜单、观察面板显示及背板专用调试指示灯闭环完成，整个装置的使用调试十分简便。
✧更友善的人机界面。
320×240大屏幕液晶，采用图形界面显示，菜单等显示画面丰富：
能显示与现场一致的接线图，可显示切换过程录波瞬时值曲线，显示动作过程记录等。
✧强大、完善的事件记录和录波功能。
多达252组事件记录，7×5秒采样录波，可以为事故或异常情况分析提供客观、充分的依据。
所有记录信息均可以掉电保持。
波形以标准COMTRADE格式存储，可以用通用分析软件进行录波分析。
✧双网通信功能。
支持双网通信，支持MODBUS等多种协议，可方便接入DCS系统及ECS系统。
✧GPS对时功能。
兼有硬（脉冲）和软（通信）对时功能。
✧先进的硬件工艺。
主要模件采用大规模可编程逻辑器件，简化电路设计。
SMT表贴工艺，多层印制板。
✧先进的机箱结构。
采用背插式、母板联结结构，强弱电分离，提高整体抗干扰能力。
✧外观工艺更加美观。
✧强大的PC系统管理软件。
装置配有PC辅助软件，主要功能包括：
装置画面组态、波形读取及COMTRADE录波分析、定值读取修改、各种事件记录读取、打印等。
2.2主要技术指标
2.2.1工作环境条件
✧正常工作温度：
-10～+55℃。
✧极限工作温度：
-25～+70℃。
✧湿度：
5%～90%，（无凝结）。
✧大气压力：
80KPa～110Kpa。
✧高度：
海拔4000m以下。
2.2.2装置工作电源
✧额定电压：
DC220V/DC110V，或AC220V。
✧允许偏差：
-20%～+10%。
✧纹波系数：
不大于5%。
2.2.3额定交流输入
✧交流电流：
5A。
✧交流电压：
100V或57.7V。
✧频率：
50Hz。
2.2.4精确工作范围
✧电流：
0.2A～20A。
✧电压：
1.0V～130V（线电压）。
✧频率：
30Hz～60Hz。
✧相角：
-180º～+180º。
2.2.5测量精度
✧电压：
0.5级。
✧电流：
0.5级。
✧频率：
≦0.02Hz。
✧相角：
≦0.2。
✧GPS对时：
1ms。
2.2.6开关量输入
✧开关量形式：
空接点。
✧内部信号电平：
24VDC。
2.2.7跳合闸出口
✧出口形式：
空接点，电流自保持。
✧接点容量：
DC220（110）V、8A（接通）。
2.2.8信号输出
✧输出形式：
空接点。
✧接点容量：
DC220（110）V、5A（接通）。
2.2.9切换时间
✧事故同时切换最小断电时间：
≦10ms＋用户设定延时＋备用开关合闸时间－工作开关跳闸时间。
✧事故串联切换断电时间：
≦10ms＋工作开关跳开时间+备用开关合闸时间。
2.2.10主要硬件指标
✧CPU数量：
2
✧CPU位数：
32位
✧DSP数量：
1
✧A/D采样位数：
14位
✧AI：
9
✧DI：
14
✧DO（出口）：
12
✧DO（信号）：
20
✧通信接口：
双网，485，MODBUS等协议
✧GPS：
1路对时脉冲
✧液晶显示屏：
320×240
2.2.11录波指标
✧切换或单操动作事件：
36组。
✧开关量变位事件：
72组。
✧PT断线等异常事件：
72组。
✧运行事件：
72组。
✧带采样数据录波的切换或单操动作记录：
7组。
✧每组采样数据录波的长度：
5秒。
2.2.12负载和功耗
✧交流电压回路：
每相不大于0.5VA。
✧交流电流回路：
每相不大于0.5VA。
✧装置工作电源：
正常运行时，总功耗不大于50W，切换动作时，总功耗不大于60W。
2.2.13过载能力
✧交流电流回路：
2倍额定电流，连续工作；10倍额定电流，允许10s；40倍额定电流，允许1s。
✧交流电压回路：
1.5倍额定电压，连续工作。
✧直流电源回路：
80%～115%额定电压，连续工作。
2.2.14抗干扰性能
✧能承受GB/T14598.14标准规定的严酷等级Ⅲ的静电放电试验。
✧能承受GB/T14598.9标准规定的严酷等级Ⅲ的辐射电磁场干扰试验。
✧能承受GB/T14598.13标准规定的严酷等级Ⅲ的1MHz脉冲群干扰试验。
✧能承受GB/T14598.10标准规定的严酷等级Ⅲ的快速瞬变干扰试验。
2.2.15绝缘性能
✧能承受GB7261第19章规定的介质强度试验。
✧能承受GB7261第19章规定的绝缘电阻试验。
✧能承受GB7261第21章规定的湿热试验。
2.2.16机械性能
✧振动：
能承受GB7261中16.3规定的严酷等级为I级的振动耐久性能试验。
✧冲击：
能承受GB7261中7.5规定的严酷等级为I级的冲击耐久性能试验。
✧碰撞：
能承受GB7261中第18章规定的严酷等级为I级的碰撞耐久性能试验。
2.2.17外形尺寸
✧标准4U插箱：
442（W）×177.8（H）×300（D）mm。
2.2.18重量
✧约15Kg。
3
装置硬件、软件简介
3.1装置硬件
MFC2000－3A型快切装置采用2片32位单片机加高速浮点DSP结构，主从CPU间通过通信交换数据。
装置采用了先进的总线隔离技术，CPU板总线不外引，模件之间的连接采用强弱电分离的方案，大大提高了装置的抗干扰能力。
3.1.1机箱结构
本装置外形结构为19英寸4U标准机箱，采用整面板、背插式结构：
装置前面板包括320×240大屏幕液晶显示器、常规功能键及快捷方式键、信号指示灯、调试通信接口等，运行、操作、试验、巡视可通过前面板进行。
装置内部模件从装置背后插入机箱，通过母板联结各模件。
模件前端为针式接插件，后端为接线端子、信号指示灯等。
这种背插式结构能使母板上只有弱电连接，而强电集中于外部端子，使强弱电完全分开，大大减少电磁干扰，增强装置的抗干扰能力，提高其可靠性和安全性。
本装置主要模件有：
电源模件，交流模件，开入模件，主CPU模件，从CPU模件，出口模件，信号模件，调试试验模件等。
见图3.1所示。
3.1.2电源模件
采用先进的模块化电源。
输入220V/110V直流/交流电源，输出＋5V、±15V、＋24V装置内部工作电源。
3.1.3交流模件
将现场CT、PT来的电流、电压信号通过装置内的高精度CT、PT进行二次隔离、滤波、变换，转换为小电流、小电压信号。
本模件具有5路PT输入、4路CT输入电路。
3.1.4开入模件
将外部各种开关量输入信号（DI）通过内部光电隔离、变换，转换为CPU可测量的电平信号。
本模件具有最多14路DI输入电路。
3.1.5主CPU模件
对变换后的模拟量及开关量进行检测、计算、逻辑运算等处理，完成装置的各种判断、计算、分析、逻辑组合、输出等功能。
其中DSP对输入的交流量信号进行硬件高速处理，直接转换为数字信号，并传送给主CPU。
本模件含32位微处理器、DSP及其他外围芯片。
3.1.6从CPU模件
完成人机交互界面，显示各种模拟量、开关状态量、信号量、动作信息、事件信息等，并完成装置对外的通讯功能。
本模件含1片32位微处理器及其他外围芯片。
3.1.7出口模件
将CPU发出的各种跳合闸指令转换为出口继电器空接点输出。
本模件含最多12路出口。
3.1.8信号模件
将CPU发出的各种信号转换为信号继电器空接点输出。
本模件含最多20路DO信号。
3.1.9调试试验模件
为了用户调试试验的方便，装置设计了专用的调试试验模件，模件中包括模拟断路器、控制按钮、信号指示灯等器件，可以不实际操作厂用电源开关试验装置内部输入输出回路及动作逻辑的完好性。
该模件设置了专用的硬件开关，在正常运行时可将试验回路切断，在试验时将试验回路接通。
3.1.10接口
本装置提供的主要接口有：
✧一个标准并行打印接口。
✧两个RS485对外通信接口，最大通信速率115.2kbps。
通信规约采用MODBUS规约，或本公司的MFC通讯规约。
✧1个GPS对时信号接口，要求外部接入24V秒脉冲信号。
✧两个调试接口。
一个主CPU调试口，一个从CPU调试口。
用于加载程序、调试维护等。
图3.1硬件系统构成示意图
3.2装置软件
MFC2000－3A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、切换动作、出口、信号、试验、自检等模块，及DSP电流电压采样计算、频率相角计算等程序。
从CPU软件包括液晶显示、打印、通信、GPS对时等模块。
主、从CPU软件结构示意图见图3.2。
图3.2 主、从CPU软件结构示意图
4切换功能
4.1切换方式
本装置的各种切换方式和功能以简图方式表示如下：
图4.1装置切换功能简图
装置共有三种启动方式，即正常切换方式，事故切换方式及不正常切换方式（包含低压启动及工作开关误跳启动），其中正常切换为双向，可以由工作切换到备用，也可由备用切换到工作。
启动后，视不同的设定，装置可以有三种切换方式，即串联、并联、同时。
该方式是以工作开关动作先后顺序来划分的。
串联方式下，必须确认开关跳开后，再合后备开关；并联方式下，装置先合后备，然后自动或等待人工干预跳工作或备用。
同时方式是跳工作及合备用命令同时发出，其中发合命令前有一人工设定的延时，这种切换方式可以使断电时间尽量少。
除并联切换一定是以快速切换方式实现外，其余切换方式均以快速、同捕或残压、长延时中的一种方式实现。
MFC2000－3A型装置提供长延时切换功能，当启动后达到设定的长延时，发合跳闸命令。
长延时一般为数秒，以保证相关负载已切除，检修变的负载能力能满足剩余负载的自启动要求。
4.1.1正常切换
正常切换由手动启动，在控制台、DCS系统或装置面板上均可进行，根据远方/就地控制信号进行控制。
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：
4.1.1.1并联切换
✧并联自动：
手动启动，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（如保护动作跳闸），则装置不再自动跳工作（备用），以免厂用电失电。
若启动后并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并进入等待人工复归状态。
✧并联半自动：
手动启动，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。
若在设定的时间内，操作人员仍未跳开工作（备用），装置将发出告警信号，以免两电源长期并列。
若启动后并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并进入等待人工复归状态。
并联切换方式适用于同频系统间且固有相位差不大的两个电源切换，此种方式下只有一种实现方式：
快速切换。
4.1.1.2正常串联切换
正常串联切换由手动启动，先发跳工作（备用）开关命令，在确认工作（备用）开关已跳开且切换条件满足时，合上备用（工作）电源。
正常串联切换适用于差频系统间或同频系统固有相位差很大的两个电源切换，此种方式下可有四种实现方式：
快速、同期捕捉、残压、长延时。
快切不成功时可自动转入同期捕捉、残压、长延时。
4.1.1.3正常同时切换
正常同时切换由手动启动，跳工作及合备用命令同时发出，因通常固有合闸时间比分闸时间长，在发合命令前可有一人工设定的延时，以使分闸先于合闸完成。
同时切换适用于同频、差频系统间的电源切换，可有四种实现方式：
快速、同期捕捉、残压、长延时。
快切不成功时可自动转入同期捕捉、残压、长延时。
4.1.2事故切换
事故切换由保护出口启动，单向，只能由工作电源切向备用电源。
事故切换有两种方式：
4.1.2.1事故串联切换
保护启动，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。
串联切换有四种实现方式：
快速、同期捕捉、残压、长延时，快切不成功时可自动转入同期捕捉、残压、长延时。
4.1.2.2事故同时切换
保护启动，先发跳工作电源开关命令，在切换条件满足时同时（或经设定延时）发合备用电源开关命令。
事故同时切换也有四种实现方式：
快速、同期捕捉、残压、长延时，快切不成功时可自动转入同期捕捉、残压、长延时。
4.1.3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启动，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：
4.1.3.1厂用母线失压
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。
切换实现方式：
快速、同期捕捉、残压、长延时。
4.1.3.2工作电源开关误跳
因误操作、开关机构故障等原因造成工作电源开关错误跳开时，装置将在切换条件满足时合上备用电源。
实现方式：
快速、同期捕捉、残压、长延时。
装置同时提供电流辅助判据功能。
当装置正常运行时检测到工作开关误跳，如果定值中“无流判据投退”处于投入状态，装置会根据当前工作电流的值，判断开关断开是否是因为工作开关辅接点故障造成的假象。
电流判据可根据需要投退。
4.2去耦合
切换过程中如发现整定时间内该合上的开关已合上但该跳开的开关未跳开，装置将执行去耦合功能，跳开刚合上的开关，以避免两个电源长时并列。
如：
同时切换或并联自动切换中，工作切换到备用，备用开关正常合上，但是工作开关没有能跳开。
到达整定延时后，装置将执行去耦合功能，跳开刚刚合上的备用开关。
反之亦然。
4.3切换投/退、闭锁/解除
为了确保装置切换启动、切换顺序、切换结果的正确性，防止误动、拒动等行为发生，MFC2000系列装置设计了完善的异常情况检测、信号反馈和处理逻辑，使得运行操作人员对装置切换功能的投入、退出、闭锁、闭锁解除等状况了如指掌。
当装置切换功能处于以下“退出”或“自行闭锁”状态时，将不能进行切换。
4.3.1切换功能的投入/退出
切换功能投入/退出指由人为操作进行的投/退，当状态为“投入”时，切换功能投入，装置向外部反馈的是“投入”信号，状态为“退出”时，切换功能退出，装置将向外部反馈“切换退出”和“切换闭锁”信号。
投退之间的
升级会员 