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1、 MFC2000-2型 微 机 厂 用 电 快 速 切 换 装 置 技 术 说 明 书 东 大 金 智 软 件 股 份 有 限 公 司 南 京 东 大 金 智 电 气 自 动 化 有 限 公 司 二 000年十二月 目录1. 概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. 厂用电切换原理及分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1厂用电切换存在的问题 . 3 2.2厂用电切换方式 . 3 2.3快速切换 残压切换原理 . 4 2.4厂用电切
2、换应用事项 . 72.5关于快速切换时间 . 83. 装置特点及主要技术指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1装置主要特点 . 103.2主要技术指标 . 114. 装置软硬件简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.1硬件简介. 134.2软件简介. 145. 功能简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 5.1监测故障处理功能 . 17 5.5起动后加速保护功能 . 205.6
3、事件追忆 打印 GPS对时功能 . 206. 定值参数设定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.1整定定值. 226.2方式设置. 237. 设计说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 7.1装置配置. 24 7.2组屏 . 24 7.3交流电压输入 . 247.4附图 . 258. 附录 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 11.
4、概述MFC2000型微机厂用电快切装置 或其它工业部门 煤炭和冶金等有较多高压电动机负荷的场合的电源切换在电源 切换时不能造成运行中断或设备冲击损坏 或经低压继电器起动备用 电源投入 若合闸瞬间厂用母线反馈电压与备用电源电压间相角差较大 将对电动机造成很大的合闸冲击 也因切换时系统运行方式 故障类型等因素 如待残压衰减到一定幅值后投入备 用电源 母线电压和电动机的转速都下降很大 在这种情况下 另一方面由于电动机成 组自起动电流很大 从而导致自起动困难MFC2000型微机厂用电快切装置是为解决上述厂用电的安全运行问题东大电 气系与望亭发电厂联合研制的高科技产品 广泛征求了设计院 参考吸收了引进工
5、程中 ASEA西门子微机型相应 设备的先进设计思想和技术 并于 1997年 8月通过鉴定 300MW100多套装置在望亭 华能苏州 电厂 上海吴泾电厂 安徽洛河电厂 广西桂 林电厂 四川广安电厂 内蒙达拉特电厂 青海桥头电厂 山东十里泉电厂 装置已经历了数十次事故切换和百余次正常切换动作 正确率和切换成功率均达 100%MFC2000-2型快切装置是 MFC2000-1型装置的改进型 继承了 1型装置的成熟经 验 主从 CPU 分工协调 又保证了切换速 度及配置的灵活性 采用汇编和 C 相结合的先进技术 又充分发挥了 C 的强大功能 增加了分支电流测量录波等其它实用功能 采 用大液晶显示屏 能
6、直接显示主接线并实时显示各种运行参数和状态 既有 485口接入 DCS 系统 并开发了上位机应用软件 定值修改以及录波分析2 MFC2000微机快切装置获国家电力公司 1998年度科技进步三等奖和华东电力集团公司 1998年度科技进步二等奖 32. 厂用电切换原理及分析2.1. 厂用电切换存在的问题大容量火电机组的特点之一是采用机电单元集控方式可靠性有着相当重要的影响发电机组对厂用电切换的基本要求是安全可靠 而可靠性则体现为提高切换成功率以往的厂用电切换方式主要采用以下几种方式或经低压继电器起动备用电源投入短延时切换 在合闸回路中另串普通机电式或电子式同期检查继电器即残压切换以上几种厂用电切换
7、方式都不能很好地满足安全性国内有关资料已经提供了不少同厂用电切换有关的问题和事故 设备冲坏等厂用电切换不当引起的问题有些是明显的 而有些是渐变的 电动机或备用变受一两次冲击并不一定马上就损坏也并不一定引起足够的重视较长时间未发生问题并不意味着不存在隐患如某电厂 600MW 引进机组由于原设计不合理但这显然留下了更大的隐患某电厂由于工作电源与备用电源间电气距离很大 , 连正常切换都无法保证国内近几年的新建工程也基本采用了快速切换装置厂用电源采用新一代快速切换装置已毋容置疑也可按起动原因分 42.2.1. 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 并联切换两电源短时并联这种方式多
8、用于正 常切换停机 后文详述先跳开工作电源再合上备用电源此种方式多用于事故切换这种方式介于并联切换和串联切换之间工作开关跳开之前发出 可设置延时来调整也可用于事故切换 正常手动切换快切装置按事先设定的手动切换方式同时 事故自动切换发变组起动快切装置进行切换 串联进行分合闸操作有两种不正常情况母线电压低于整定电压达整定延时后并按自动方式进行切换由工作开关辅助接点起动装置2.2.3. 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2.3. 快速切换残压切换原理2.3.1. 快速切换假设有图 1所示的厂用电系统备用电源由电厂高压母线或由系统经起动 /备用变引入厂用母线由工作电源供电
9、 必须 跳开工作电源开关 1DL 跳开 1DL 时厂用母线失电电动机将惰行称其为残压 5以极坐标形式绘出的某 300MW 机组 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 厂用电一次系统 简图 图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 电动机承受的电压 UM 为X M 1X M -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 . X S -电源的等值电抗 .令 KX S K 2则有U 3 U1.1/ K 设 K 则图以 A 为圆心A A 的右侧为备用电源允许合闸的安全区域若取 K 则图B 的 左侧均为不安全区域其电压相量端点为 AA 6图
10、2中 实际应用时如 60 60 合闸时间为 100ms快速切换的整定值有两个 在装置发出合闸命令前瞬间将实测值与整定值进行比较由于快速切换总是在起动后瞬间进行2.3.2. 同期捕捉切换同期捕捉切换由东南大学首次提出其原理概括如下过 B 点后 BC 段为不安全区域在 C 点后至 CD 段实现的切换以前通常称 为或用固定延时的方法并不可靠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同期捕捉切换以上图为例该时间要短得多 特别是同相点合闸因此时厂母电压衰减到 6570需要说明的是 同期 同期 同期捕捉切换时其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场因此若相角差不大定子磁场也将很快恢复同步所以合
11、上在实现手段上一种基于 原理取决于该时的频差计算并整定出合闸提前角当相差达到整定值即发合闸命令放弃合闸 这种方法缺点是合闸角精确度不高另一种基于原理相差计算出离相角差过零点的时间发出合闸命令 能较精确地实现过零点合闸但实用时一是要准确地找出频差不能简单地利用线性模型有跳 变10ms 一点造成频差及相差测量的间断和偏差合闸回 7路的时间也有一定的离散性等相差的变化速度可达 1-2因此MFC2000系列快切装置的同期捕捉切换方法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如不计合闸回路的时间偏差10同期捕捉切换整定值也有两个为频差和相角差为频差和越前时间频差整定可取较大值额定电压后实现的切换
12、通常称为但由于停电时间过长自起动时间等都将受到较大限制残压衰减到 4020的时间为 2秒合成的母线残压特性曲线与分类的电动机相角因此安全区域的划定严格来说需根据各类电动机参数所带负荷等因素通过计算确定 可根据典型机组的试验确定母线残压特性母线电压和频率衰减的时间主要取决于试验前该段母线的负载电压下降得越慢 而相同负载容量下则电压达到最初反相和同相的时间越短快速开关的合闸时间一般小于 100ms 10ms则备用电源合上时相角差也很小若采用串联切换假定为 100ms20 国外在发电厂厂用电或其它有高压电动机场合 煤炭和冶金行业的变电站电源切换中且切换方式以同时方式为主8 快速切换能否实现 还取决于
13、系统结线 系统结线方式和运行方式决定了正常运行时厂用母线电压与备用电源电压间的初始相角如大于 20 因此 可能出现这样的情况 客观条件上无法实现快速切换 有时快切不成功有关数据表明残压衰减到允许值 为 1-4而起动电源则由附近 220或 110KV 变电站提供 厂用工作电源与备用电源间存在较大的初始相角差 有些时候甚至大于 20 2.5. 关于快速切换时间快速切换时间涉及到两个方面 二是快切装置本身的动作时间当然是越短越好从实际要求来说 国产真空开关通常都能满足快切装置以串联方式实现快速切换时母线反馈电压与备用电源电压间的相位差在备用电源开关合闸瞬间一般不会超过 20-30 相位差仅减小几度快
14、切装置本身的固有动作时间包括其硬件固有动作时间和软件最小运行时间开关量输出两部分的光隔及继电器动作时间软件最小运行时间指最快情况下软件完成测量 执行等的时间过分追求快速对快切装置来说同样是不必要的 从硬件来说 9造水平而言仅采用光藕隔离采用继电器 -光藕两级隔离的技术更为成熟可靠针对开关断开时灭弧引起的暂态所需进行的一些特别计算处理以及开关量输入测量时的去抖处理等都是保证装置 动作的准确性和可靠性所必不可少的于切换几无影响国外微机型厂用电快速切换装置的固有动作时间一般较长其固有时间约 40ms100ms 103. 装置特点及主要技术指标3.1. 装置主要特点MFC2000-2型微机快切装置的主
15、要特点如下事故切换和不正常情况切换功能 同期捕捉和残压切换功能 兼有并联3.1.2. 其它功能完备 保护闭锁只在切换时才会投入PT 断线 去耦合能实时显示主接线母线电压频率差 中文操作菜单方便明了操作过程中的提示切换后的记录追忆等信息均可随时提供实现远方操作和信息上送具有专用通信接口软件并对记录数据进行分析打印等功能 外部模入开出均与内部电路隔离省工抗干扰 113.1.6. 工艺先进大面板结构 插拔式模块 元器件基本采用国际知名公司产品3.1.7. 可靠性高 主要部件的自检 软硬件冗余3.2. 主要技术指标3.2.1. 工作环境条件 环境温度 +505%86DC220V/DC110V 允许偏差
16、 +10% 纹波系数5A 交流电压50Hz3.2.4. 功率消耗 交流电流回路 每相不大于 1VA 交流电压回路 每相不大于 1VA 直流电源回路不大于 30W50W2倍额定电流10倍额定电流 40倍额定电流 交流电压回路连续工作80% 123.2.6. 测量准确度 电压电流2% 相角 延时 3.2.7. 输出接点容量 跳合闸出口 110 5A 信号110 50W3.2.8. 装置自身时钟精度24h 误差不大于3.2.9. 快速切换时间 事故同时切换 12 ms 事故串联切换 12 ms482.6H 300mm3.2.11. 重量约 15KG 134. 装置软硬件简介4.1. 硬件简介MFC2
17、000-2型快切装置采用 2片 INTEL 80C196 KC CPU-CPU 间通过双口 RAM 进行数据交换CPU 板总线不外引MFC2000-2型快切装置的硬件构成示意图见图 312位高速 A/D转换器测量幅值HSI 的分辨率为 2s开关量输入和输出部分均采用光电隔离技术 跳合闸出口经逻辑组合进一步提高可靠性 箭头式触摸键和 LED 信号指示灯组成180点阵式 14 装置设有 2个通信接口 半双工 最大传输距离 1000m 另 1个为 232口装置设标准并行打印口一个装置设标准 GPS 对时信号接口 1个 可与 GPS 系统进行精确对 时其软件有两大部分主 CPU 的软件包括开关量输入检
18、测 切换动作 信号及包含采样从 CPU 软件包括液晶显示 通信主 15 图 4 主 165. 功能简介5.1. 监测 厂用母线三相电压 UaUc 或 UabUca任一相电压或任一线电压 备用电源电压 Uby或 UabUgz 或 Uby 厂用母线 Ua与后备电源电压间的频率差或 UabUgz 或 Uby 备用分支三相电流 IaIcPT 隔离开关分合闸状态 所有外部投退或内部软压板投退状态在控制台正常切换是双向的也可以由备用电源切向工作电源5. 2. 1. 1. 并联切换 并联自动若并联切换条件满足工作 经一定 延时后再自动跳开工作 开关 刚合上的备用开关被跳开备用若起动后并联切换条件不满足并进入
19、等待复归状态手动起动合上备用开关 备用 若在规定的时间内备 用装置将发出告警信号装置将闭锁发信5. 2. 1. 2. 正常同时切换手动起动备用 在切换条件满足时工作若要保证先分后合 17正常同时切换可有三种切换条件 同期捕 捉 快切不成功时自动转入同期捕捉或残压单向 事故切换有两种方式保护起动在确认工作开关已跳开且切换条件满足时串联切换有三种切换条件同期捕捉 事故同时切换先发跳工作电源开关命令或经用 户延时 事故同时切换也有三种切换条件同期捕捉5.2.3. 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 只能由工作电源切向备用电源 厂用母线失电时间超过整定延时 切换条件同期捕捉
20、工作电源开关误跳包括人为误操作装置将在切换条件满足时合上备用电源快速残压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此时若切除某些不重要辅机本装置可有二段低压减载出口以备用电源合上为延时起始时间故障处理功能装置具有闭锁报警及故障处理功能 18 图 5 闭锁结构图与上述闭锁结构相关 装置闭锁 或装置动作一次以后 出口闭锁位置闭锁的三个条件中有任意一条满足 装置异常闭锁 装置动作一次以后 有闭锁 A 有闭锁 B5.4.1. 开关位置异常装置起动切换的必要条件之一是工作另一个打开若正常监测时发现这一条件不满足发中控信号另外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同时切换或并联切
21、换中将造成两电源并列 跳开刚合上的开关 195.4.2. 装置异常装置投入后即始终对某些重要部件如 CPU EEPROM5.4.3. 保护闭锁保护闭锁为外接开入量如分支过流可由这些保护给出的空接点将装置闭锁 保护闭锁5.4.4. PT 断线厂用母线 PT 一相或二相断线时5.4.5. 后备电源失电监测若工作电源投入时备用电源失电或备用电源投入时工作电源失电 装置将给出报警信号并进入等待复归状态 可在菜单中选择此项功能的投退后备失电闭锁在后备不失电情况下同捕而在后备失电情况下5.4.6. 装置闭锁这是一个总的信号装置将自行闭锁 在此状态下 只能手动复归解除则复归后信号依旧 装置方式设置菜单中的出
22、口投退选择为 外接 开入量有闭锁输入 装置快切越前时间退出出口闭锁出口闭锁可往复投退出口闭锁时一旦以上三种条件都不满足 205.4.8. 装置失电 装置开关电源输出的 特设电压监视回路该功能独立于 CPU 工作都将同时输出一对空接点 11050W接点闭合持续时间为 5秒5.6. 事件追忆打印 GPS 对时功能切换完成后残压曲线5.6.1. 事件追忆事件追忆有以下内容 动作时间月时秒 本次切换中所有整定值 所有功能投退状态 低压起动投 /退 起动原因 手动 选择的切换方式同时 装置发出了哪些跳合闸命令 合闸时满足的条件 同期捕捉 闭锁和故障情况 装置起动时刻的时间相差频差母线三相电压及分支三相电
23、流 跳闸完成时刻的时间相差频差母线三相电压及分支三相电流 合闸完成时刻的时间相差并不因掉电或复归而丢失 打印出从起动开始后每隔 10ms 时间的频差母线电压每次切换录波时间为 2秒 21 可将便携式电脑直接接上装置面板上的 232通信口传送以上数据显示或打印电流电压录波曲线5.6.3. 通信装置有两路通信接口 可通过该接口接便携式电脑实现装置模拟量动作信息入库打印等功能双线制默认规约为 MODBUS目前5.6.4. GPS对时空接点或有源接点接入直流 24V 226. 定值参数设定装置所有整定值 控制字修改前必须输入正确密码装置出厂时的密码为 00006.1. 整定定值 序号 整定值名称 单位
24、 范围 缺省值 备注1 正常并联切换频差 Hz 0.0220.0 15.0 3 正常并联跳闸延时 s 0.012.0 1.5 5 快速切换相差 度 0.55.0 5.0 7 同捕恒定越前相角 度-30150 70 合闸回路总时间 9 残压切换电压幅值 60 25 10 失压起动电压幅值 90 40 11 后备失电电压幅值 90 80 12 低压切辅机电压幅值 80 按实际 13 失压起动延时 s 0.10500 50 15 备用高低压合闸延时 ms 020.0 按实际17切辅机二段延时s0.030.0/90.0/ 同捕恒定越前时间由于装置是根据实时测量数据计算判断发合闸命令的提前量 所以同捕恒
25、定越前时间比同捕恒定越前相角更 精确举例说明不同 相时 情况参见7.3且假定母线电压与工作电源电压 间是同相的 参考图 7.3则整定初始相角为0度 整定初始相角为-30度整定初始相角为-60度 236.2. 方式设置序号 方式设置名称 范围 缺省值 备注1 控制方式 远方同时 串联3失压切换方式串联并联半自动半自动 自动 6 失压起动 投入退出 投入 8 同捕越前相角 投入退出 投入 10 残压切换 投入退出 退出 12后备失电闭锁投入退出投入备注此功能用于 在备用PT检修时后备失电闭锁此时装置仍能进行切换在后备不失电情况下而在后备失电情况下 247. 设计说明7.1. 装置配置每台机组每一个
26、厂用分支须配置一套独立的快切装置 事故自动切换为单向 手动切换和自动切换一般动作于一个 6KV 工作电源开关和一个6KV 备用电源开关起 /备变平时可以热备用 在冷备用情况下装置可同时合高低压两侧开关高低压开关最好均为快速开关不能保证快速 切换7.2. 组屏每个标准屏 (柜 最多可安装 4套快切装置 1个打印机共享器每排 8个一般情况下7.3. 交流电压输入 厂用母线电压Ub Ub Un 与 N 相接地或 B 相接地无关可取高厂变分支 PT 电压或发电机端电压 备用电源电压 Uby高备变分支 PT Uby 取高备变高压侧 PT 电压在这种情况下以保证工作电源电压与备用电源电压间在 6KV 侧同
27、相有如下的厂用系统接线图 6Y/Y-12接线方式 高备变为 Y/-302PT PT电压取自 U AC如果发电机端 PT 电压取 25自 U AB才能保证工作电源电压和备用电源电压在 6KV 侧是同相的 而工作电源电压与母线电压间的接线角度差可以通过装置内部整定的初始角度差解决由于引接电压造成的电压幅值差异可通过装置内部调整外部输入输出示意图 附图 2装置背板端子排图 附图 4屏面开孔尺寸图 26 附图 1 MFC2000-2A型快切装置外部输入输出示意图 MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置技术说明书 27附图 2 MFC2000-2型快切装置面板示意图 开 关 流 量 输 入 公 保
28、共 起 地端 保 闭 厂 分 开 备 分 开 工 段 隔 开 手 切 手 切 方 出 闭 复 归 预 留 预 留 厂 分 备 段 工 段 线 备 分 电 交 装 置 输 入 电 量 （） （） （） （） （） 源 附图3 跳 备 用 预 留 出 口 关 量 输 预 留 出 口 开 合 备 用 低 合 备 用 高 预 留 出 口 切 换 完 毕 切 换 失 败 装 置 闭 锁 出 口 闭 锁 断 线 后 备 失 电 开 位 异 常 投 后 速 护 装 置 异 常 装 置 失 电 MFC2000-2型快切装置 装置背板端子排图 跳 工 作 合 工 作 跳 预 留 输 出 预 留 输 出 通 信
29、合 闸 出 口 型微机厂用电快速切换装置技术说明书 口 出 型微机厂用电快速切换装置技术说明书 东大金智 微机厂用电源快速切换装置 运行 就地 取消 复位 确认 工作 备用 动作 闭锁 通信 通信 南京东大金智电气自动化有限公司 东大金智 附图4 MFC2000-2型快切装置 装置外形尺寸图 附图5 MFC2000-2型快切装置 屏面开孔尺寸图 型微机厂用电快速切换装置技术说明书 附录 鉴定意见 1. 装置设计思想和实现方法先进 电压幅值 2. 精度高 速度快 具有正常监测显示 切换 闭锁 低压减载 事件追忆 过程 用INTEL 96系列单片机测量快速变化的频率 相位和 装置功能齐全 录波 实用 打印通信等功能 特别是具备同期捕捉功能 安全可靠 为国内外首创 3. 4. 操作使用方便 经型式试验 抗干扰能力强 修改整定用密码锁管理 试运行和鉴定会专家组测试结果表明 装置性能稳定 运行动作可靠 5. 6. 提交鉴定会文件图纸基本齐全 完整 清晰 可以指导生产 建议进一步完善各种切换方式的整定和调试方法研究 MFC2000型微机厂用电快速切换装置其功能和技术性能居国内领先水 鉴定委员会一致认为 平 鉴定委员会一致同意该装置通过技术鉴定 可以小批量生产 主任委员 副主任委员 丁国华 洪佩孙 签名 签名 1997 年 8 月 5 日
