一些用电负荷较大的企业一般直接采用6KV用电设备(如电动机,变压器)供电,为提高供电可靠性,正常情况下一般采用6KV工作母线槽向用电设备供电,由于用电是否可靠直接威胁企业生产设备的连续稳定运行,另设备用母线槽。本文介绍了母线槽切换的原理及切换方式。
Ⅰ概述
以往母线槽用电切换大都采用工作电源的辅助接点直接(或经低压继电器、延时继电器)起动备用电源投入。这种方式未经同步检定,电动机易受冲击。若经过延时待母线槽残压衰减到一定幅值后再投入备用电源,电动机组的自起动电流很大,母线槽电压将可能难以恢复,从而对生产设备的稳定性带来严重的危害。故6KV工作母线槽采用了备用电源快速切换装置。该装置可避免备用电源电压与母线槽残压在相角、频率相差过大时合闸而对电机造成冲击,如果失去快速切换的机会,则装置自动转为同期判别或判残压及长延时的慢速切换,同时在电压跌落过程中,可按延时切去部分非重要负荷,以利于重要设备的自起动。提高母线槽切换的成功率。
2快速切换.同期判别切换、残压切换、长延时切换的原理及关系
图1所示为母线槽系统的某一段接线图,图2为电动机切换时的等值电路图。图中Us-电源电压;Ud-母线槽上电动机的残压;Xs-电源等值电抗;Xm-母线槽上电动机组和低压负载的等值电抗(折算到高压母线槽压);AU-电源电压与残压之间的差拍电压。
由图1所示,正常运行时,母线槽电源由发电机端经高压工作变压器提供,备用电源由高压母线槽或由系统经起动/备用变提供。当工作电源侧故障时,工作分支开关1DL将被跳开,此时连接在母线槽上的旋转负载部分电机将作为发电机方式运行，部分电机将惰行，此时母线槽上电压(残压)的频率和幅值将逐渐衰减，此时如备用电源2DL及3DL合上，不可避免地将对母线槽上的电机造成冲击，严重威胁旋转负载的自起动及安全运行。
图2所示为电动机重新接通电源时的等值电路图和相角图，从图中可以看出,不同的0角(电源电压和电动机残压二者之间的夹角),对应不同的△U值,如0=180o时,AU值最大,如果此时重新合上电源,对电动机的冲击最严重。根据母线槽上成组电动机的残压特性和电动机耐受电流的能力，在极坐标上可绘出其残压曲线。
假设K=0.67,计算得到△U(%)=1.64。在图3中,以A点为圆心,以1.64为半径绘出A -A"圆弧,其右侧为备用电源合闸的安全区域。在残压特性曲线的AB段,实现的电源切换称为“快速切换”即在图中B点(03秒)以前进行的切换,对电机是安全的。延时至C点(0.47秒)以后进行同期判别实现的切换称为“同期判别切换”此时对电机也是安全的。等残压衰减到20%~40%时实现的切换,即为“残压切换”。该切换可作为快速切换及同期判别功能的后备。为确保切换成功，当事故切换开始时，装置自动起动“长延时切换"作为事故切换的总后备。
3母线槽残压特性曲线的影响因素
由于厂用母线槽上电动机的特性可能有较大差异，合成的母线槽残压特性曲线与分类的电动机相角、残压曲线的差异也较大,因此安全区域的划定严格来说需根据各类电动机参数、特性、所带负荷等因素通过计算确定。实际运行中,可根据典型机组的试验确定母线槽残压特性。试验表明,母线槽电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间，决定于试验前该段母线槽的负荷。根据残压特性可确定允许备用电源合上的.豪大相角差,考虑断路器的合闸时间,可进而整定出允许合闸前的最大相角差和频率差。
假定事故前工作电源与备用电源同相,并假定从事故发生到工作开关跳开瞬间，两电源仍同相,则若采用同时方式切换,且分合闸错开时间(断电时间)整定得很小(如10 ms),则备用电源合上时间角差也很小，冲击电流和自启动电流均很小。若采用串联切换,则断电时间至少为合闸时间,假定为100 ms,对600 MW机组,相角差为20~30°。备用电源合闸时的冲击电流也不很大，一般不会造成设备损坏或快切失败。有关数据表明:反相后第一个同期点时间为0.4-0.6 s,残压衰减到允许值(如20%-40%)为1~2 s，而长延时则要经现场试验后根据残压曲线整定,一般为几秒,自启动电流限制在4-6倍。可见,同期捕捉切换,较之残压切换和长延时切换有明显的好处。目前所用的真空开关，合分闸时间很短,这为实现快速切换提供了必要条件。