FBZ3079a母联快切装置说明书.docx
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FBZ3079a母联快切装置说明书
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/DC220V、DC110V允许偏差+15％，-20％
交流电压：
100/
V，100V
交流电流：
5A，1A
频率：
50Hz
1.2.2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＜25W
1.2.3主要技术指标
①并联切换
压差定值：
2.0～10.0V，误差不超过1%整定值或±0.3V；
频差定值：
0.1～0.5Hz，误差不超过±0.03Hz；
相差定值：
5～20°，误差不超过±1°；
并联跳闸延时：
0.1～5S，误差不超过1%整定值或±20ms；
同时切换合闸延时：
10～500ms，误差不超过±20ms。
②失压切换
低压定值：
40.0～80.0V，误差不超过±0.3V；
时间定值：
0.10～5.00s，误差不超过1%整定值或+20ms。
快速切换
频差定值：
0.20～5.00Hz,误差不超过±0.02Hz;
相差定值：
5～60°，误差不超过±1°；
同捕切换
频差定值：
0.50～10.00Hz，误差不超过±0.02Hz；
越前相角：
-120～-30°，误差不超过±40°；
越前时间：
20～150ms，对应相角的误差不超过±40°；
残压切换：
电压定值：
20.0～60.0V，误差不超过1%整定值或±0.3V。
长延时切换：
延时定值：
0.50～10.00S，误差不超过1%整定值或±20ms。
两段低压减载：
电压定值：
20.0～80.0V，误差不超过1%整定值或±0.3V；
时间定值：
0.10～20.00S，误差不超过1%整定值或±0.3V。
后加速：
电流定值：
0.50～90.00A，误差不超过1%整定值或±0.05A；
时间定值：
0～3.00S，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（0～11）*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１ 一次系统图
图２ 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
UM＝K△U
（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：
K△U＜1.1UDe（3）
△U（％）＜1.1/K （4）
设K＝0.67，则△U（％）＜1.64。
图2中，以A为圆心，以1.64为半径绘出弧线A'－A''，则A'－A''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K＝0.95，则△U（％）＜1.15，图２中B'－B''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A－B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65％－70％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20％－40％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，提供一段后加速保护。
当电源2投切到故障母线时，加速跳开断路器。
2.2.11PT断线
a）负序电压高于8V；
b）正序电压低于30V同时电压大于有压阈值。
以上两个判据满足任意一个，装置经5S延时判为PT断线。
PT断线后，若电压恢复，不再满足以上条件，则瞬时返回。
PT断线报警可闭锁所有切换保护。
注：
母联快切为双向切换，进线电源2失电时也可进行同原理切换。
2.3装置闭锁和运行异常告警
当装置检测到下列状况时，发出运行异常信号点亮“报警”信号灯：
a）PT断线、b）进线失电、c）定值校验错误、d）压板校验错误、e）系统参数校验错误。
当装置检测到下列状况时，装置闭锁：
a）开位异常（进线1、进线2开关、母联开关均合位或均断开，延时30S发闭锁信号；PT隔离开关未合上延时0.5S发闭锁信号）；b）后备失电闭锁；c）PT断线闭锁；d）保护闭锁。
切换失败时发“切换失败”SOE，出“切换异常”开出信号，点亮前面板“闭锁”信号灯；切换正常结束时发“切换完毕”SOE，出“切换完毕”开出信号，点亮前面板“动作”信号灯。
当“故障闭锁”压板投入时，检测到上述状况时，出“切换闭锁”开出信号；压板退出时，不检测上述状况。
当“后备失电闭锁”压板投入时，检测到后备电源电压低于定值超过延时后，发“后备失电”SOE，出“后备失电”开出信号，压板退出时，不检测该故障。
2.4遥信、遥测功能
遥测量主要有：
IA1、IB1、IC1、IA2、IB2、IC2、UAB1、UBC2、UAB1、UAB2、Ujx1、Ujx2、Fmx1、Fmx2、Fjx1、Fjx2，计算完全不依赖于网络，精度达到0.5级。
遥信量主要有：
12路遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并作事件顺序记录，遥信分辨率小于2ms。
2.5对时功能
装置具备软件对时功能。
3．装置背板端子及说明
3.1装置背板端子见附图
3.2背板端子说明
端子101～106为进线1保护三相电流输入，其中，101、102为进线1CT的C相输入，103、104为进线1CT的B相输入，105、106为进线1CT的A相输入。
端子107～112为进线2保护三相电流输入，其中，107、108为进线2CT的C相输入、109、110为进线2CT的B相输入、111、112为进线2CT的A相输入。
端子113～114为进线1电压输入，其中113为A相电压输入，114为B相电压输入。
端子115～118为母线1电压输入，其中115为B相电压输入，116为C相电压输入，117为A相电压输入，118为B相电压输入。
端子119～122为母线2电压输入，其中119为B相电压输入，120为C相电压输入，121为A相电压输入，122为B相电压输入。
端子123、124为进线2电压输入，其中123为A相电压输入，124为B相电压输入。
端子201、202为485通讯信号，201为485+，202为485-。
端子204、205为CAN通讯信号，204为CANL，205为CANH。
端子301～326为保护输出无源接点，其中，301、302为切换完毕信号，303、304为切换异常信号，305、306为跳进线1信号，307、308为合进线1信号，309、310为跳进线2信号，311、312为合进线2信号，313、314为合母联信号，315、316为跳母联信号，317、318为减载1信号，319、320为减载2信号，321、322为后加速跳闸信号，323、324为切换闭锁信号，325、326为后备失电信号。
端子401～412为遥信量开入接点，均为220V正电源光耦开入。
端子413、414为遥信量开入的公共端，在装置内部已经短接，该端子外接220V信号电源的负端。
端子415、416为装置电源告警输出无源接点，当电源失电时，该接点接通。
端子419、421为装置电源输入。
端子424为装置屏蔽地，该端子应可靠接地。
4．模拟量的显示（按屏显示）
序号
模拟量名称
备注
1
进线1保护电流
2
进线1保护电流
3
进线电压
4
母线1电压
5
母线2电压
6
母线频率
7
进线频率
8
母线电压电角度
9
电压电角度
10
遥信
5．装置定值清单
5.1装置参数清单
通信设置
本机地址
xxx（可修改）
当前定值区
0～9
485波特率
1200、2400、4800、9600、19200
Can波特率
40K、80K、100K、200K
故障录波
投入、退出
5.2保护定值清单
序号
定值名称
整定范围
整定步长
备注
1
失压启动幅值
20.0～90.0V
0.1V
2
失压启动延时
0.10～5S
0.01S
3
就地切换方式
0～3
1
0串联、1同时、2并联自动、3并联半自动
4
并联切换压差
2.0～10.0V
0.1V
5
并联切换频差
0.02～0.50Hz
0.01Hz
6
并联切换相差
5～20°
1°
7
并联跳闸延时
0.10～5.00S
0.01S
8
手动跳闸延时
1.00～90.00S
0.01S
9
同时切换合闸延时
10～500ms
1ms
10
快切频差
0.20～2.00Hz
0.01Hz
11
快切相差
5～60°
1°
12
同捕允许频差
0.20～5.00Hz
0.01Hz
13
同捕越前相角
-120～-30°
1°
14
同捕越前时间
20～150ms
1ms
15
残压切换幅值
20.0V～60.0V
0.1V
16
长延时时间
0.50～10.00S
0.01S
17
低压减载I段幅值
20.0～80.0V
0.1V
18
低压减载I段时间
0.10～20.00S
0.01S
19
低压减载II段幅值
20.0～80.0V
0.1V
20
低压减载II段时间
0.10～20.00S
0.01S
21
后加速电流
0.50～90.00A
0.01A
22
后加速时间
0.10～3.00S
0.01S
23
后备失电幅值
50.0V～90.0V
0.1V
24
后备失电延时
200～500ms
1ms
25
备用变合闸延时
0～150ms
1ms
26
工作侧转角
0～11
1
每单位30°
27
备用侧转角
0～11
1
每单位30°
6．装置软压板清单
序号
压板名称
整定
说明
1
就地切换
ON/OFF
2
事故切换
ON/OFF
3
事故切换方式
ON/OFF
ON同时、OFF串联
4
失压切换
ON/OFF
5
失压切换方式
ON/OFF
ON同时、OFF串联
6
偷跳切换
ON/OFF
7
快速切换
ON/OFF
8
越前时间切换
ON/OFF
9
越前相角切换
ON/OFF
10
残压切换
ON/OFF
11
长延时切换
ON/OFF
12
低压减载I段
ON/OFF
13
低压减载II段
ON/OFF
14
后加速
ON/OFF
15
后备失电闭锁
ON/OFF
16
故障闭锁
ON/OFF
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