本發(fā)明屬于強電技術領域，具體涉及一種電源切換方法，尤其是一種用于石化企業(yè)的電源快速切換方法。

背景技術：

石化企業(yè)運行環(huán)境較惡劣，且大部分石化企業(yè)都處于海邊或江邊，潮濕的環(huán)境使電力系統(tǒng)長期處于惡劣的運行環(huán)境下，很多石化企業(yè)內部的供電設備老化速度較快，特別是對于快速切換影響較大的線路快速差動保護和斷路器。因此，外界條件對于快切能否實現(xiàn)產生了很多的影響。

石化企業(yè)自身具有行業(yè)的特殊性，企業(yè)內部的生產裝置有易燃易爆、生產工藝聯(lián)鎖等特點，對供電安全性及穩(wěn)定性要求非常高，一旦出現(xiàn)供電的中斷，就有可能使生產停止或產生混亂，甚至會危及人身、設備的安全，造成無法估計的后果。

為了保障石化企業(yè)供電系統(tǒng)的可靠性，保證企業(yè)內部重要負荷的可靠供電，石化企業(yè)內部的母線一般由兩路或多路獨立電源供電，從工廠總降到各級變電所多采用單母分段或者單母方式的接線方式。在單母分段接線方式下，正常工作時雙路電源供電，母分熱備用，當一段母線失電后能夠切換至另一段母線，以求迅速恢復供電；在單母接線方式下，正常工作時工作母線只由工作電源供電，備用斷路器分位，備用電源明備用。所有的工作母線也按照一主一備的配置，在變電所內部配置了切換裝置，采取主備電源都能單獨帶全部負荷的暗備用方式。

石化企業(yè)的用電設備中電動機的比例大，電機所拖動的負荷主要包括傳送帶、擠壓機等恒轉矩負荷，同時還有風機、泵類等轉矩隨轉速變化的負荷，電動機在失電后，會在定子母線上產生逐漸衰減的殘電壓，傳統(tǒng)的備自投的切換方式通過不斷檢測定子母線上的殘電壓，當殘電壓衰減到20％～30％時，進行電源切換操作。由于殘電壓衰減較慢，所以備自投的切換方式會導致負荷失電時間較長，電動機重新上電后，不利于電動機的重啟。由于石化企業(yè)有工藝連鎖的特性，電機的重啟失敗會導致生產的中斷，造成不可估計的經濟損失。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種使用快切裝置進行電源切換的方法，在石化企業(yè)的用電母線發(fā)生故障的情況下，使用該方法能夠快速判斷出故障并在最小沖擊的情況下將負荷切換到備用母線側。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種使用快切裝置進行電源切換的方法，步驟為：

步驟一、快切裝置通過檢測外部的電壓和電流，判斷快切裝置目前所符合的起動方式，針對所符合的起動方式，發(fā)出起動信號；

步驟二、快切裝置根據(jù)步驟一中所符合的起動方式選擇其對應的切換方式；

步驟三、快切裝置檢測此時電壓的相角、頻率和有效值，根據(jù)電壓的相角、頻率和有效值選擇對應的合閘方式，并完成電源切換。

進一步，步驟一中所述快切裝置的起動方式包括：手動起動、保護起動、逆功率起動、無流起動、誤跳起動和失壓啟動。

進一步，步驟二中所述快切裝置的切換方式包括：并聯(lián)切換、串聯(lián)切換和同時切換。

進一步，步驟三中所述快切裝置的合閘方式包括：快速合閘、同期捕捉合閘、殘壓合閘、長延時合閘。

進一步，在正常情況下實施手動并聯(lián)切換，過程為：當快切裝置收到手動切換的起動信號后，通過比較主備兩條母線之間的壓差、角差和頻差從而判斷目前狀態(tài)是否符合并聯(lián)切換的條件，若符合并聯(lián)切換的條件，則將備用斷路器合閘，此時線路處于合環(huán)運行狀態(tài)，然后快切裝置再進一步判斷此時備用斷路器是否被跳開，若備用斷路器跳開，則切換失敗，閉鎖快切裝置，等待手動信號復歸；若備用斷路器沒有跳開，則發(fā)出跳開工作斷路器的命令，然后檢測工作斷路器是否被跳開，若工作斷路器跳開，則此次切換成功，若工作斷路器沒有跳開，則切換失敗，閉鎖快切裝置，等待手動信號復歸；若不符合并聯(lián)切換的條件，則直接認定切換失敗，閉鎖快切裝置，等待手動信號復歸。

進一步，在故障情況下實施串聯(lián)切換，過程為：快切裝置判斷進線工作斷路器是否被跳開，若進線工作斷路器跳開，則進行合閘條件的判斷，根據(jù)判斷條件選擇合適的合閘方式；當滿足任意一種合閘條件時，按照選擇的合閘方式發(fā)出合閘母聯(lián)斷路器信號，將母聯(lián)斷路器合上，完成切換，然后快切裝置閉鎖，等待手動復歸；若此時進線工作斷路器沒有跳開，則直接認定切換失敗，切換裝置閉鎖，等待手動復歸。

進一步，判斷合閘條件的方法是通過采集進線的電壓和電流的模擬量，對母聯(lián)斷路器兩端的壓差、頻差和角差進行實時監(jiān)測，依次判斷此時的條件符合何種合閘條件。

進一步，在異常情況下實施同時切換，過程為：快切裝置先發(fā)出跳開工作斷路器信號，然后經過一個整定的延時，通過判斷合閘條件選擇合適的合閘方式并發(fā)出合閘備用斷路器命令；備用斷路器合閘以后，判斷工作斷路器是否跳開，若工作斷路器拒跳，則跳開備用斷路器；若工作斷路器跳開，則進一步判斷合閘條件，選擇合適的合閘方式，根據(jù)選擇的合閘方式發(fā)出合閘備用斷路器的信號；然后再判斷備用斷路器是否合閘，如果備用斷路器已合閘，則切換成功，如果備用斷路器沒有合閘，則直接認定切換失敗，切換裝置閉鎖，等待手動復歸。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在于，簡化切換過程，可選擇合適的合閘點，確保切換的沖擊較小，減少電動機在實行電源切換過程中的失電時間，避免合閘時的沖擊較大造成對電機的損害，保證石化企業(yè)生產的連續(xù)性。

附圖說明

圖1為適用本發(fā)明方法的供電系統(tǒng)接線圖。

圖2為本發(fā)明切換工作流程圖。

圖3為本發(fā)明中逆功率起動對應的異常情況圖。

圖4為本發(fā)明中逆功率起動邏輯判斷圖。

圖5為本發(fā)明中無流起動邏輯判斷圖。

圖6為本發(fā)明中誤跳起動邏輯判斷圖。

圖7為本發(fā)明中失壓起動邏輯判斷圖。

圖8為本發(fā)明在正常情況下的手動并聯(lián)切換流程圖。

圖9為本發(fā)明在故障情況下的串聯(lián)切換流程圖。

圖10為本發(fā)明異常情況下的同時切換流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發(fā)明做進一步的說明。

本發(fā)明所適用的供電一次系統(tǒng)為單母分段的接線方式，其接線圖如圖1所示。石化企業(yè)內部的母線一般由兩路或多路獨立電源供電，從工廠總降到各裝置變電所采用單母分段方式。在單母分段運行方式下，正常工作時雙路電源供電，母分熱備用，當一段母線失電后能夠切換至另一段母線，以求迅速恢復供電。圖中DL1和DL2為進線首端斷路器，DL3和DL4為末端斷路器，DL5為母聯(lián)斷路器。正常工作時母聯(lián)斷路器處于分 開狀態(tài)，工作Ⅰ段和工作Ⅱ段母線互為熱備用。為了保證用電的可靠性，兩路供電進線分別來自同一系統(tǒng)的不同的變電站，架空線的長度視具體情況，一般在幾千米到十幾千米之間。

快切裝置通過CPU完成模擬量和開關量的測量、判斷，然后將處理結果輸出。模擬量信號來自外部一次電壓互感器和電流互感器，再經過快切裝置內部互感器的二次處理，將信號轉換成可以供CPU處理的弱信號；開入量信號經過快切裝置內部二極管電路和光耦兩級處理，轉換成可供CPU使用的弱信號；開出量信號以繼電器空節(jié)點的方式輸出。

如圖2，本發(fā)明切換方法包括三個步驟：

步驟一、判斷起動方式：快切裝置通過檢測外部的電壓和電流，判斷快切裝置目前符合哪種啟動方式，針對符合的啟動方式，發(fā)出啟動信號；

步驟二、判斷切換方式：快切裝置根據(jù)不同的啟動方式選擇切換裝置對應的切換方式；

步驟三、判斷合閘方式：快切裝置檢測此時電壓的相角、頻率和有效值，根據(jù)電壓的相角、頻率和有效值選擇對應的合閘方式，避免合閘時產生較大的沖擊。

前述步驟一中，快切裝置的起動方式主要包括：手動起動、保護起動、逆功率起動、無流起動、誤跳起動和失壓啟動。

手動起動，是在正常檢修時需要進行倒閘操作，快切裝置設置手動起動，主要用于在廠內供電線系統(tǒng)進行正常檢修時所進行手動的倒閘操作，這是通過裝置的外接按鈕或者遠方遙測信號進行操作。

保護起動，是快切裝置最主要的起動方式。當電源進線加裝線路保護裝置時，將線路保護的信號接入裝置，一旦發(fā)生故障，保護迅速動作隔離故障，同時將動作信號發(fā)給快切裝置，使快切裝置第一時間得到信息，這在時間上有利于快速切換的實現(xiàn)。保護起動是最可靠、最快速的起動方式。

逆功率起動，是在當電源進線的線路保護裝置拒動，或上級母線或上級母線相鄰電路發(fā)生嚴重短路故障時，由于短路故障會導致母線電壓下降，電機會有功率倒送到短路點。根據(jù)這兩種特性設置逆功率判據(jù)，無論哪一路發(fā)生短路故障，都可以第一時間判斷故障。

無流起動，是在由于距離的原因，電源進線的首端斷路器信號很難將其副節(jié)點接入到切換裝置內，當進線首端斷路器跳開時，工作母線處于失電狀態(tài)，電流接近于0，由 于有快速判斷的要求，所以此時不能通過檢測電壓來判斷故障。由于此時電動機處于失電狀態(tài)，電機惰走，頻率下降，所以引入電流和頻率信號來判斷是否是因為首端斷路器斷開而造成的失電。

誤跳起動，是將末端斷路器的分合閘輔助節(jié)點接入到快切裝置內，快切裝置只要收到斷路器分閘信號，且檢測到此時處于無流狀態(tài)，就可以快速發(fā)出動作信號。

失壓起動，作為前述幾種起動方式的后備。它是在母線由于保護、誤跳或者斷線失去供電后，通過檢測工作母線的電壓，只要電壓下降到30％的額定電壓整定值時，就可以發(fā)出起動信號。

快切裝置在事故情況下最主要的起動方式仍然是保護起動，而逆功率、無流、誤跳、失壓等起動方式都是作為保護起動的后備而存在，在現(xiàn)場應用中，當保護起動的動作較慢時，這些備用起動方式可以發(fā)揮重大作用，同時根據(jù)實際情況可以在快切裝置內寫入關鍵字閉鎖某些起動功能。

前述步驟二中，快切裝置的切換方式包括三種：并聯(lián)切換，串聯(lián)切換和同時切換。

并聯(lián)切換多用于正常檢修情況下，此時由于兩路電源都不存在故障，若兩路電源運行條件基本相同，則在正常檢修時采用短時合環(huán)運行的切換方式，即并聯(lián)切換。并聯(lián)切換是在跳開工作斷路器之前就已經合上了備用電源的開關，兩路電源在短時間內有個合環(huán)運行的過程。由于兩路電源的運行狀況相同，此時不會產生較大的環(huán)流。因此，選擇并聯(lián)切換時一定要檢測斷路器兩端的運行情況是否一致。并聯(lián)切換多用于正常情況下的手動起動、檢修時的人工倒閘和故障消除后的手動恢復。

串聯(lián)切換多為配合快切裝置的保護起動和誤跳起動。在進線發(fā)生短路故障或誤跳故障時，快切裝置首先判斷故障是否被切除，然后再發(fā)出切換信號，若在故障還沒有被切除時就將備用電源投入，將會加重故障，對切換更加不利。所以快切裝置此時應先判斷斷路器是否斷開，等斷路器斷開后再去發(fā)切換的命令，這種切換順序叫串聯(lián)切換。當快切裝置收到起動信號后，在確認工作斷路器跳開后，再去判斷是否滿足合閘條件，然后根據(jù)合閘條件選擇適當?shù)臅r機投入備用電源。

同時切換是先發(fā)出跳開工作斷路器信號，然后經過一個整定的延時，通過判斷合閘條件發(fā)出合閘備用斷路器命令。若工作斷路器拒跳，則跳開備用斷路器，避免兩個電源長時間合環(huán)運行。同時切換與串聯(lián)切換相比，不需要確認工作斷路器跳開，它只需要一個延時等待，然后直接去判斷備用電源投入的合閘條件，它的目的是使母線的失電時間盡可能的短。

前述步驟三中，快切裝置的合閘方式主要包括三種：快速合閘、同期捕捉合閘、殘壓合閘、長延時合閘。

快速合閘是指工作母線殘壓和備用電源電壓的相位差還沒有拉開很大角度時，快切裝置快速發(fā)出合閘命令，合上備用斷路器。由于此時相位差不是很大，所以沖擊電壓和沖擊電流都處于允許范圍內，則不會對用電設備造成巨大的沖擊。

同期捕捉合閘是在當快速合閘沒有成功時，母線殘壓和備用電源之間的相角差變大，不再處于安全切換的范圍之內，此時是不允許切換的。當相角差變化到360度時，此時殘壓和備用電源電壓第一次重合，殘壓和備用電源電壓的相角差為0，壓差也在可接受范圍之內，如果在此時刻合上斷路器，產生的沖擊電壓和沖擊電流相對較小，處于可接受范圍之內?？紤]斷路器的合閘時間，所以快切裝置發(fā)出的合閘信號要有一定的提前量，這樣才能保證合閘點在角差為0時。

殘壓合閘是在電壓下降到20～30％額定電壓時進行的合閘叫做殘壓合閘。殘壓合閘作為快速合閘和同期捕捉合閘的后備方式，可以提高切換的成功率。特別是在近端短路的情況下，往往實施的都是殘壓切換。殘壓切換方法較為簡單，不需要檢測頻差和角差，只要確定殘壓的值處于設定的最大殘壓定值以內，即可進行合閘。由于此時殘壓幅值較小，所以也不會產生較大的沖擊。

長延時合閘是指在接收到起動信號后，經過一段設定的延時，進行合閘切換。這個延時一般設置為15～20s。長延時合閘作為快速合閘、同期捕捉合閘以及殘壓合閘的總后備，只要延時時刻到并檢測到備用斷路器沒有合閘即可發(fā)出合閘命令。

前述切換方法又主要包括以下三種不同情況下的應用：

一、正常情況下的手動并聯(lián)切換

手動并聯(lián)切換是在跳開進線工作斷路器之前就已經合上了備用電源的開關，兩路電源在短時間內有個合環(huán)運行的過程。如圖8，當快切裝置收到手動切換的起動信號后，通過比較主備兩條母線之間的壓差、角差和頻差從而判斷目前狀態(tài)是否符合并聯(lián)切換的條件，

若符合并聯(lián)切換的條件，則將備用斷路器合閘，此時線路處于合環(huán)運行狀態(tài)，然后快切裝置再進一步判斷此時備用斷路器是否被跳開，若備用斷路器跳開，則切換失敗，閉鎖快切裝置，等待手動信號復歸；若備用斷路器沒有跳開，則發(fā)出跳開工作斷路器的命令，然后檢測工作斷路器是否被跳開，若工作斷路器跳開，則此次切換成功，若工作斷路器沒有跳開，則切換失敗，閉鎖快切裝置，等待手動信號復歸；

若不符合并聯(lián)切換的條件，則直接認定切換失敗，閉鎖快切裝置，等待手動信號復歸。

如圖1，正常情況下，需從工作斷路器DL3手動切換到母聯(lián)斷路器DL5。發(fā)手動切換命令后，快切裝置判斷并聯(lián)切換的條件是否滿足(并聯(lián)切換的條件為：此時工作母線和備用母線之間的壓差、角差和頻差小于并聯(lián)切換壓差、角差和頻差的定值)，滿足條件后則合上母聯(lián)斷路器DL5，經整定延時后如果母聯(lián)斷路器DL5沒有跳開，則跳開工作斷路器DL3；如果母聯(lián)斷路器DL5被保護動作跳開，則不跳開工作斷路器DL3；若母聯(lián)斷路器DL5沒有被跳開，且工作斷路器DL3拒動，此時處于合環(huán)運行狀態(tài)，則馬上發(fā)出跳母聯(lián)斷路器DL5信號，跳開母聯(lián)斷路器DL5防止合環(huán)運行。并聯(lián)切換只用于正常情況下同頻系統(tǒng)下兩個電源之間的切換，因此它的切換是雙向的。

二、故障情況下的串聯(lián)切換

故障切換主要是由保護起動、誤跳起動或失壓起動，其合閘方式包括快速合閘、同期捕捉合閘、殘壓合閘和長延時合閘。

切換裝置收到上級保護裝置的動作信號后，將此信號作為切換起動信號。當電源進線一旦發(fā)生故障，保護裝置迅速動作隔離故障，同時將動作信號發(fā)給快切裝置作為切換起動信號，使裝置第一時間得到信息，如此在時間上有利于快速切換的實現(xiàn)。保護起動是最可靠、最快速的起動方式。

誤跳起動是將末端斷路器的分合閘輔助節(jié)點接入到快切裝置內，快切裝置只要收到斷路器分閘信號，就配合誤跳起動邏輯，如圖6，一旦滿足，就可以快速發(fā)出起動切換的信號。

失壓起動是在保護裝置拒動時，由于進線短路導致短路的線路電壓下降，通過如圖7的失壓起動來發(fā)出起動信號。通過檢測工作母線的電壓，只要電壓下降到30％的額定電壓整定值時，就可以發(fā)出起動信號。

快切裝置在收到起動信號后，便進行切換合閘的的操作，故障情況下的串聯(lián)切換過程如圖9所示。具體為：

首先，快切裝置判斷進線工作斷路器是否被跳開，若進線工作斷路器跳開，則進行合閘條件的判斷，根據(jù)判斷條件選擇合適的合閘方式。判斷合閘條件的方法是通過采集的進線電壓、電流模擬量，對母聯(lián)斷路器兩端的壓差、頻差和角差進行實時的監(jiān)測，依次判斷此時的條件符合何種合閘條件，其中包括：快速合閘、同期捕捉合閘、殘壓合閘與長延時合閘。當滿足任意一種合閘條件時，按照選擇的合閘方式立即發(fā)出合閘母聯(lián)斷 路器信號，將母聯(lián)斷路器合上，完成切換，然后快切裝置閉鎖，等待手動復歸；若此時進線工作斷路器沒有跳開，則直接認定切換失敗，切換裝置閉鎖，等待手動復歸。

如圖1，、故障情況下，在進行故障下的串聯(lián)切換時，快切裝置在收到起動信號后，發(fā)出跳開工作斷路器DL3的命令，在確認工作斷路器DL3已經跳開后，然后判斷合閘條件，發(fā)出合上母聯(lián)斷路器DL5的命令。若工作斷路器DL3拒跳，則切換過程結束，裝置不再合閘母聯(lián)斷路器DL5。

三、異常情況下的同時切換

異常情況主要包括：上級變電站故障、上級斷路器誤跳(圖1中的工作斷路器DL1和工作斷路器DL2)、斷線，在異常情況下可以采用串聯(lián)切換和同時切換，合閘方式為快速合閘、同期捕捉合閘、殘壓合閘與長延時合閘。

如圖3，當電源進線的線路保護裝置拒動，或上級母線或上級母線相鄰電路發(fā)生嚴重短路故障時，通過圖4所示的逆功率起動邏輯進行判斷，一旦符合條件，發(fā)逆功率起動信號。對于逆功率整定電壓定值，此定值主要是為了防止上級變電站相鄰的線路在發(fā)生短路故障時快切的頻繁起動，限定此邏輯只在發(fā)生嚴重的短路故障的情況下才發(fā)起動信號，這個電壓一般取90～95％PT二次側額定值。對于逆功率起動整定延時，要按照躲過“上級變電站相鄰線路主保護的動作時間+此進線斷路器跳開時間”來整定。

如圖5，電源進線的首端斷路器信號很難將其副節(jié)點接入到本端切換裝置內，當進線首端斷路器跳開或進線三相斷線時，工作母線處于失電狀態(tài)，電流接近于0，引入電流和頻率信號來判斷是否是因為首端斷路器斷開而造成的失電，電流定值應設置較小(0.06倍的額定電流)，而頻率的下降范圍在0.5Hz左右為宜，這有利于快速判斷故障。

異常情況下，當快切裝置收到起動信號后，即可以采用如圖9所示的串聯(lián)切換方式，也可以選擇如圖10所示的的同時切換方式。同時切換過程具體為：

快切裝置先發(fā)出跳開工作斷路器信號，然后經過一個整定的延時，通過判斷合閘條件選擇合適的合閘方式并發(fā)出合閘備用斷路器命令；備用斷路器合閘以后，判斷工作斷路器是否跳開，若工作斷路器拒跳，則跳開備用斷路器，避免兩個電源長時間合環(huán)運行；若工作斷路器跳開，則進一步判斷合閘條件，選擇合適的合閘方式，根據(jù)選擇的合閘方式發(fā)出合閘備用斷路器的信號；然后再判斷備用斷路器是否合閘，如果備用斷路器已合閘，則切換成功，如果備用斷路器沒有合閘，則直接認定切換失敗，切換裝置閉鎖，等待手動復歸。

同時切換與串聯(lián)切換相比，不需要確認工作斷路器跳開，它只需要一個延時等待， 然后直接去判斷備用電源投入的合閘條件，它的目的是使母線的失電時間盡可能的短。如圖1，異常情況下，在從工作斷路器DL3同時切換到母聯(lián)斷路器DL5，快切裝置先發(fā)出發(fā)跳工作斷路器DL3的命令，然后經一整定的同時切換的延時后，判斷合閘條件，然后發(fā)出合閘母聯(lián)斷路器DL5的命令。若工作斷路器DL3拒跳，則快切裝置跳開母聯(lián)斷路器DL5，避免合環(huán)運行。