SID8BTA技术说明书V101Word文件下载.docx

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☆快切功能

☆单操作功能

☆逻辑测试功能

☆保护功能

☆启动后加速功能

☆故障判别闭锁功能

☆事件记录功能

☆切换录波功能

☆通讯、打印、GPS对时等功能

2.1快切功能说明

快切功能指的是SID-8BT-A具有快速完成工作电源和备用电源切换的功能。

装置可以完成不同原因启动的切换，包括：

事故切换、非正常工况切换及手动切换。

每种切换都可选择不同的切换模式，并根据实际需要分别选择不同的切换准则。

2.1.1切换启动原因说明

☆事故切换

事故切换由保护接点启动。

保护启动接点可并接进线纵差保护、发电机、变压器或发-变组保护出口接点。

当事故切换启动后，先发跳工作电源开关指令，在切换条件满足时（或经用户延时）发合备用电源开关命令。

切换模式可以选择串联或同时。

☆非正常工况切换

非正常切换是自动进行的，包括以下两种情况：

母线失压启动：

当母线三个线电压均低于整定值且时间大于所整定延时定值时，装置根据选定方

式进行串联或同时切换。

工作电源开关误跳启动：

因各种原因（包括人为误操作）引起工作电源开关误跳开，装置选择串联切换模式。

☆手动切换

手动切换是手动操作启动，而后自动进行的。

在检测到就地手动切换信号，或接收到远方切换

命令时，启动工作线路与备用线路之间的快速切换操作。

切换模式可以选择串联、同时、并联自

动、并联半自动、并联失败转串联、并联失败转同时等切换中任意一种模式。

2.1.2切换模式说明

☆串联切换：

首先跳工作开关，在确定工作开关跳开后，再合备用开关。

☆同时切换：

首先跳工作开关，在未确定工作开关是否跳开就发合备用开关命令，通过设定合闸延时定值，在时间上保证工作开关先断开，备用开关后合上。

若工作开关跳闸失败，将会造成工作电源与备用电源同时供电的所谓环网运行情况。

若系统不允许环网运行，则可在系统定值中，投解耦合功能软压板，并设定解耦合时间定值，一旦发生环网运行工况，经过解耦合时间延时后，将刚合上的开关跳开，断开合环点解除环网运行状态，实现去耦合功能。

☆并联自动切换：

首先根据并联切换准则合备用开关，确定备用开关合上后，再自动跳开工作开关。

并联切换准则实际上就是严格的双侧电源同期准则。

SID-8BT-A同时支持差频同期和同频同期操作。

注意此模式只能应用于正常手动切换。

☆并联半自动切换：

首先根据并联切换准则合备用开关，备用开关合上后，再由操作员手动跳开工作开关。

☆并联失败转串联切换：

如果符合并联切换准则，按照并联自动模式进行切换；

否则按照串联切换模式进行切换。

☆并联失败转同时切换：

否则按照同时切换模式进行切换。

2.1.3切换过程说明

对于事故切换、非正常工况切换，其备用电源的快速切换是自动进行的，故简称为“自动切换”。

对于正常切换，是由人工手动启动的，以下简称为“手动切换”。

两种切换的过程描述如下：

自动切换充电过程：

在进线、母线电压、各开关状态满足正常运行条件时，且备用电源无事故启动信号时，自动切换开始充电，装置面板上“自动”灯开始闪烁，充电10秒后该灯常亮，表明充电完成，装置进入运行监视状态。

自动切换动作过程：

在监视状态下，发生非正常工况（母线失压/工作开关误跳）或采集到事故信号（动作于跳电源开关的保护启动信号）后，在满足设定的切换条件下，自动进行工作电源与备用电源的互相切换，切换结束后，无论切换成功、失败，都进入等待确认复归状态，即延时10s而且只有在远方或就地复归操作后，才可以再次进入充电过程，准备实现下一次的切换。

手动切换动作过程：

在各开关状态满足允许手动切换的条件时，装置面板上“手切”灯常亮，备自投装置进入到手动切换运行监视状态，在此状态下若检测到有就地手动切换信号或远方手动切换遥控命令，则自动进行工作电源与备用电源的互相切换，切换如果失败，将进入等待确认复归状态，即延时10s而且只有在远方或就地复归操作后，才可以再次进入充电过程，实现下一次切换功能；

如果切换成功，则200ms后自动返回，准备实现下一次的切换。

2.2单操作功能说明

装置具有单操作功能，可接入远方DCS系统的控制信号“合工作”、“合备用”，进行单独合工作开关、备用开关操作，对于单合操作可实现检无压合或检同期合功能，用户可依据需要在单操作定值中设定。

此外为方便功能调试，装置还提供了就地单合操作及单分操作，用户可通过按键在液晶屏上操作。

为确保装置的可靠性，避免非操作人员操作，在进入就地手动操作页面前必须输入正确的操作密码，在进入就地手动操作页面后还设置了操作时限。

若操作人员操作完毕，忘记退出手动操作页面时，超过操作时限后，装置将闭锁就地操作，返回远方操作模式。

2.3逻辑测试功能说明

装置具有逻辑测试功能，用于检测装置的切换逻辑和单操作逻辑软件的正确性而不会动作于实际的断路器。

2.4保护功能说明

SID-8BT-A配置有各进线、母线失压告警保护；

TV断线告警功能；

二段低压减载保护。

各种保护的数值，时间，投退软压板均可根据需要在保护定值中独立设置。

2.4.1二段低压减载功能说明

装置设有一段、二段低压减载保护。

每次切换完成后，装置将开放低压减载功能10秒。

若在10秒期间，发现母线电压低于低压减载的低电压定值，且维持低压减载时间定值后，出口跳开需跳开的一些不重要负荷或次重要负荷以保证母线电压恢复正常。

对次要和不重要负荷切除的选择性，可通过分别设置一段、二段低压减载的低电压定值和时间定值来实现，该功能设投退软压板，可根据需要在系统定值中独立整定。

2.4.2失压告警保护

各进线、母线的失压告警保护软压板投入，电压小于各自的母线（进线）失压定值，经失压告警延时定值后保护发告警信息，装置总告警信号出口。

2.4.3母线TV断线告警

各母线TV断线告警保护软压板投入，母线TV投入，单相或三相电压小于70%Un，延时10秒后，保护发告警信息，装置TV断线告警信号出口。

2.5启动后加速功能

启动后加速功能是指装置在每次切换或单合操作后，向保护输出启动后加速的脉宽信号，其脉宽时间长短可在定值中设置。

2.6故障判别闭锁功能

装置具有故障闭锁功能，可检测断路器异常，监视外部闭锁信号，电压不平衡闭锁，并对装置内部硬件进行自检以确定是否需要闭锁切换。

其中断路器异常检测依据是断路器在分位，而断路器所在线路有流，且维持2秒钟。

电压不平衡闭锁：

该判据的出发点是，当故障点在区外时，工作电源开关跳开以后，母线三相电压应该基本平衡。

具体实现如下：

在确认工作开关跳开后，装置检测母线线电压是否平衡，如不对称率超过20%额定值（躲开一般的负荷不对称造成的电压不平衡）时马上闭锁“快速切换”、“异步电动机群耐受电压切换”、“同期捕捉切换”三个快切判据，直至三相平衡；

但不闭锁残压和长延时切换，因为这两个准则可以通过动作时间来与负荷支路装设的保护配合，实现切除故障支路后，再投入备用电源。

因此该闭锁判据无法彻底闭锁母线故障。

由于负荷支路故障绝大部分属于非对称故障，所以该判据具有良好的效果。

2.7事件记录功能

装置具有对各种事件：

遥信事件、自检事件、操作事件、保护事件、录波事件的记录功能，用户可通过液晶屏“事件追忆”页面查询事件的动作时间、事件名称等记录信息。

2.8录波功能

装置启动切换后就开始进行录波，录波包括了跳闸（合闸）启动前25个周波及启动后50周波，每次切换总录波时间为1.5秒钟共二次。

装置最大可存储12组录波数据，录波内容包含了母线电压、电流、进线电压、电流、所有的开入量等信息。

录波事件索引可在录波事件中查看，录波波形、数据可在液晶屏幕上就地显示，也可以经网络通讯传送到后台计算机进行分析处理。

2.9通讯、打印、GPS对时等功能

装置具有强大可靠的通讯功能。

装置配有三个以太网网口，4个RS485串口。

其中两个RS485和三个以太网接口可用于和不同通讯硬件接口的监控后台进行通讯。

还有两个RS485串口，一个用于执行打印功能，可直接接打印机或者接我公司配置的SID-401PS打印服务器，实现多机共享一个打印机；

另一个用于和GPS通讯，实现GPS对时功能。

3．控制原理

图1主接线图

图1所示为典型的双进线供电系统。

当工作进线故障时，为使断电时间最短，快速切换和同时切换是最优的切换方式。

同时切换可能导致两进线同时向母线供电的合环运行情况，若电网的状态不允许此切换方式，则选择其他速度稍慢的切换方式。

3.1快速切换

在切换启动瞬间，若母线与备用电源进线的角差、频差在定值范围之内，且母线电压不低于快切低压闭锁定值，则可以在启动瞬间进行“快速切换”，立刻合闸出口。

现场试验数据表明，母线电压和频率衰减的时间、速度主要和该段母线所带的负载有关，负载越多，电压、频率下降的越慢，而且下降的速率随着时间的推移不断成加速下滑趋势。

在最初0.3S之内，电压、频率下降的幅度较小，相角差在60°

内对于用电设备是安全的，因而若在此区间快速合闸，无疑是最佳选择。

在频差平均为1Hz时，以开关固有合闸时间为100ms计算，母线与备用进线相量间夹角增大36°

，因而为确保快速切换成功，宜采用快速开关进行切换，且装置发合闸出口命令时，即时测得的角差应小于20°

，即快速切换角差定值设置为20°

。

3.2捕捉耐受电压点准则切换

图2工作母线残压相对备用电源极坐标图

在工作电源因故障等原因被切除后，母线上所有电动机依靠原来的惯性及转子剩磁转入异步发电状态，也就是说在工作母线上将出现一个电压和频率在逐步下降的残压，如图2所示，图中残压V相对备用电源VB向滞后方向运动的角度θ不断增大，而残压数值也不断衰减，经过一段时间才衰减到零。

图3工作电源切除后ΔU相量图

图3是在工作电源切除后备用电源电压UB和残压UG的相量差电压ΔU的变化相量图，δ0是在正常工作时备用电源UB和工作母线电压UG0的初始功角，当工作电源故障切除后，工作母线电压由UG0变为残压UG1、UG2、UG3、UG4、UG5、UG6…，与此同时对应产生了差电压

的ΔU1、ΔU2…

图4接线图及等值电路

ΔU6，随着UB与残压UG间的相位差的增大，ΔU由小到大，再由大到小。

如果在某个ΔU值时合上备用电源，我们可从图6看到ΔU一部份落在备用线路或变压器的电抗XB上，另一部份落在母线上负荷（主要是电动机）的等值阻抗XM上。

一般电动机可以长期承受1.1~1.2倍额定电压，因此，只要选择合上备用电源时施加在电动机上的电压不超过这个耐受电压值，电动机就是安全的。

人们可能担心投入备用电源时的Φ角很大时会导致对电动机轴系的扭矩冲击，理论及实践证明电动机群虽然处在异步发电状态，但其

实质上是一个没有动力源和励磁源的靠惯性发电的发电机。

因此备用电源投入时会在不大的冲击下将电动机群拉入同步。

在电动机群数量及容量较大的场合，Φ角的变化速度较慢，加之装置的运算及控制速度很快，一般情况下备用电源投入时的Φ角大约在60°

以内。

此外，备用电源投入时可能与电动机群或等值电动机的次暂态及暂态电势叠加而产生幅值较大的冲击电流，并可能导致备用电源速断保护动作而跳闸，使快速切换控制失败。

理论及实践证明可以通过正确选择备用电源继电保护定值解决这一问题，为此，我们采用了捕捉电动机群耐受电压点的准则实现备用电源的快速及安全切换，我们称这一控制准则为捕捉电动机耐受电压点的准则。

实现这个准则的方法就是实时监测工作电源与备用电源的相角差Φ及当前的ΔU值，并根据已采样的数据预测ΔU的变化，在ΔU值增大到超过允许值之前，计及备用电源开关的合闸时间发出合闸命令完成备用电源的投入，这保证了所有电动机在转速下降不多，母线残压和电动机转速还很高时就重新受电，大大有利于迅速恢复工作。

ΔU是按备用变压器（或线路）阻抗XB与负荷阻抗XM比例进行分配的，由于工作变（或线路）的阻抗XG、备用变（或线路）的阻抗XB是已知的，这样我们完全可以在正常运行时通过不断测量UG和UM，由下式求出母线上全部负载实时的等值阻抗XM：

一旦当工作电源因故障被切除后立即记录最后的一次XM计算值，再通过已知的XB即可计算出容许合闸的最大ΔU值ΔUmax，只要做到在到来ΔUmax之前投入备用电源就能确保所有负载的安全及快速恢复运行。

事实上，电动机在失去电源的减速过程中等值电抗XM在继续下降，也就是说按刚断电时计算的XM和已知的XG求出的备用电源投入时保证安全的最大允许ΔUmax值，比实际投入备用电源时的ΔU值大，即实际分配到电动机负荷两端的电压要比计算的小，故这一算法对电动机增加了更安全的保证。

图5感应电动机静态电压特性

此外，还应特别指出，目前工业企业广泛使用的中大型感应电动机具有如图5的静态电压特性曲线。

它描述电动机向电源吸收的有功功率P及无功功率Q与端电压V的关系，不难看出在电动机端电压下降到接近额定电压的60%时，电动机将大量吸取无功，并且有功（转矩）急剧下降，这说明如果备用电源在工作母线残压下降到该临界电压Uk以下时再接入，将大大恶化电动机的自起动条件，甚至自起动失败并使备用电源因过流和低电压而跳闸。

因此为保证生产过程的连续性，备用电源应在临界电压Uk之前投入。

这样很多工业企业的电动机电源接触器也不再会有因备用电源投入过慢而出现所谓“晃电”和“脱扣”的问题，电动机也就不会自动跳闸。

3.3捕捉首次同相点切换

捕捉首次同相点切换是指出现工作电源因事故被切除后，母线上残压相量将绕备用电压相量向滞后方向旋转，在首次出现相角差为零时完成备用电源切换。

条件因子取决于备用电源开关的合闸时间和相角差Ψ的变化速度。

切换过程相量图如图6示。

图6首次同相切换的相量图

Uby:

备用电压

U:

母线电压

Ψ:

母线电压与备用电压角差

dΨ/dt:

母线电压对备用电压相对运动的角速度

动作过程如下：

首先，有故障的工作电源被保护切除后，母线上的电压及频率按一定的规律衰减，在衰减过程中残压相对备用电源电压每运动360°

就出现一次可能满足同相切换判据的合闸时刻点。

理想情况是实现首次过零度合闸，此刻母线电压一般衰减30~40%额定电压左右，电动机设备出力下降不是很大，备用电源合上时冲击也不是太大，设备的自起动条件较好。

但是在衰减过程中，由于母线残压随着频率的下降，其电压幅值和相角的变化会越来越快，如图6所示，原有的线性模型和简单的加速度模型已经难以准确地表达电压幅值和相角的变化。

SID-8BT-A备用电源快速切换装置采用了频率自动跟踪技术和模糊理论对频率进行分段建立模型的方法，准确地表达了频率、相角、幅值变化。

根据实时的频率、相角、幅值的变化规律，计算出在母线残压与备用电源电压向量第一次相位重合的到来时间，当该时间到来前相当合闸回路总动作时间时发出合闸命令，实现精确的过零点即首次同相合闸，这种合闸方式不受负荷变化影响，对设备的自启动有利。

但缺点是因母线残压下降过程中会导致部分负荷被低压保护切除，所有使用接触器的负载都因接触器因低压释放而失去再受电的机会，备用电源投入后不可能恢复原生产流程。

首次同相点切换作为耐受电压准则切换的备用切换常用于如下情况：

●因系统接线或系统运行方式造成母线电压与备用电源初始角（功角）较大，无法实现捕捉耐受电压点切换；

●残压频率下降很快且开关合闸时间较长时，难以实现捕捉耐受电压点切换；

●工作电源和备用电源来自两个独立的系统，两系统之间不仅存在相位差，而且存在频差时；

●工作母线上存在大容量电源，投备用电源时会出现同期问题，因此此时采用同期方式（同相）合闸是合理的切换方式。

3.4残压切换

残压切换指当母线三个线电压均衰减至小于或等于残压切换电压定值（20~40%额定电压），且持续残压切换延时定值后实现的切换。

残压切换作为前述首次同相点切换的后备功能。

当工作电源被保护切除后，如果因某种原因未能实施前述切换，则当母线电压衰减到某个允许值（整定值）时，再合上备用分支开关。

其合闸时无须判断相角和频率差，这是一种非同步的切换方式。

残压切换虽能保证备用分支电源投入，但是由于停电时间过长，很多设备已自动或被低压保护被切除，其他设备自启动条件恶化，生产工艺过程等都将受到较大影响。

3.5长延时切换

如果在给定的时间（整定值）结束之前无法进行上述的任何一种切换方式，可执行长延时切换，因此，长延时切换方式仅作为一种备用切换方式。

在正常情况下是不可能会发生这种切换方式的。

通常只有当短时间内同时发生多次故障时才可能发生这种切换方式。

3.6切换定值的整定

用户可以根据现场运行设备的实际情况来选择适当的切换准则和参数，以下几点是整定的依据：

（1）负荷以异步电动机为主，建议选用快速切换准则、捕捉耐受电压点准则组成“快切逻辑”作为主要的切换手段，选用残压切换准则、长延时切换准则组成“慢切逻辑”作为后备的切换手段。

其中快速切换准则定值的范围是：

低压闭锁定值60~80%Un、允许频差不大于1Hz、切换角差不大于20º

；

捕捉耐受电压点准则定值的范围是：

低压闭锁定值60~80%Un、允许频差不大于4Hz、耐受电压不大于1.20Un。

残压切换准则定值范围是：

残压切换电压定值小于30%Un、残压切换延时定值不大于1.00S；

长延时切换准则的相关定值按照系统电压下降的实际情况进行设定。

（2）当负荷中有大容量同步电动机时，建议选用快速切换准则、捕捉首次同相点准则组成“快切逻辑”作为主要的切换手段，选用残压切换准则、长延时切换准则组成“慢切逻辑”作为后备的切换手段。

低压闭锁定值60~80%Un、允许频差不大于1Hz、切换角差小于20º

捕捉首次同相点准则定值的范围是：

低压闭锁定值60~80%Un、允许频差不大于5Hz。

如切换失败，则立即切除同步电动机进行残压切换。

（3）当负荷系统中配置有电容器时，可以按两种方式来进行控制：

一是，电容器组配有涌流抑制器，且没有接入放电回路，快切装置启动后，立即跳开电容器，备用电源快速投入，并启动SID-3YL涌流抑制器再将原已充电的电容器并入系统。

二是，快切装置启动后直接按快切准则、捕捉耐受电压点准则等投入备用电源，如母线上交流电压较高，可以不切除电容器，否则切除电容器并且不再自动投入。

3.7切换准则软件逻辑

若装置在手动切换定值中选择并联自动或并联半自动切换模式，并联合闸将依据严格的差频或同频同期准则进行，同期判据所用定值为切换准则中的并联切换允许压差、并联切换允许频差、并联切换允许功角差定值。

若装置在切换模式上选择了串联或同时切换切换模式，则在切换过程中，合闸将依据快速切换准则、耐受电压准则、同期捕捉准则、残压准则、长延时准则五种切换准则进行切换。

此五种切换准则都可分别在手动切换定值、事故切换定值、非正常工况切换定值中通过投退软压板独立进行选择。

程序一旦进入到启动切换过程中，将根据各准则的投退情况，在最长切换时间内，一直计算并判断各准则是否满足，若任一准则满足且监测到分闸完成标志（串联切换时，跳闸开关在监测时间内变分位；

同时切换时，同时切换延时到），则发合闸令，合闸出口。

其软件逻辑图如图7所示。

图7切换准则逻辑图

4．技术指标

4.1装置额定数据：

☆供电电源220V，110VAC/DC允许偏差+15%，-20%

☆TV信号100V或100/

V

☆TA信号5A或1A（订货需注明）

☆频率50Hz/60Hz

☆热稳定性

交流电压回路：

长期运行1.2UnUn——额定电压

交流电流回路：

长期运行2InIn——额定电流

1秒钟40In

4.2装置功耗

☆交流电压信号<

0.5VA/相

☆交流电流信号<

1VA/相（In=5A）

<

0.5VA/X相（In=1A）

☆供电电源正常<

15W

保护动作时<

30W

4.3接点容量

☆开入量：

空接点，外部输入DC220V或DC110V

☆开出量：

空接点，输出容量DC/AC220V5A

4.4测量精度

☆电压电流测量误差不超过额定值的±

0.2%

☆功率测量误差不超过额定值的±

0.5%

☆频率测量误差不超过±

0.01Hz

☆相角测量误差不超过±

0.2°

☆开关量分辨率不大于1ms

4.5快速切换时间

☆事故同时切换时间：

<

开关量去抖时间+用户设定同时延时+备用开关合闸时间

☆事故串联切换时间：

开关量去抖时间+工作开关跳闸时间+备用开关合闸时间

4.6环境条件

☆工作温度：

-20℃～+55℃。

☆贮存温度：

-30℃～80℃，相对湿度不大于80%，周围空气中不含有酸性、碱性或其它腐蚀性及爆炸性气体的防雨、防雪的室内；

在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆转的变化，温度恢复后，装置应能正常工作。

☆相对湿度：

最湿月的月平均最大相对湿度为90%，同时该月的月平均最低温度为25℃且表面不凝露。

最高温度为+40℃时，平均最大湿度不超过50%。

4.7电气干扰性能

☆装置能承受GB/T17626.2-1998