石化、冶金等大中型工业企业，由于外部电网或内部供电网络故障或异常的原因，造成非正常停电、电压大幅波动或短时断电的情况屡见不鲜。由于冶金、石化企业的生产连续性很强，供电的中断或异常往往会造成设备停运或空转、工艺流程中断或废品产生，甚至会危及人身、设备的安全，造成严重的后果。 
为提高工业企业用户供配电系统抗电网电压扰动的能力，保证供电可靠性，工业用户高压输配电和变电所一次系统一般采用双路或多路供电，并辅以二次系统采用备自投装置。
然而，对一般工业企业而言，备自投装置已经可以满足要求。而在石化、冶金等要求连续供电可靠性高的企业，备自投的使用效果并不理想，在使用中发现存在以下问题：
由于采用低电压切换原理，低电压的时间整定要求躲过相邻系统故障或高压电动机内部故障的切换时间，因此，切换的时间长；
由于切换的时间长，电动机电源电压直线降低，转速下降，备用电源再投入时电动机的冲击电流过大；
传统的备自投装置是电磁型、晶体管或集成电路型的电压继电器、时间继电器等构成，其功能单一，对不同的一次系统接线方式适应性差且可靠性低，使得自投成功率低。
基于以上原因，传统的备自投装置将给钢铁、石化等企业安全生产带来不利影响，因此在这些企业中的应用也受到一定的限制。

1.2. 性能特点 
快切装置的优点主要体现在如下几个方面： 
◆ 安全性：在切换过程中，装置实时跟踪开关两侧电源的电压、频率和相位，并提 供了多种可靠的起动方式和切换实现方式，能够保证快速安全的投入备用电源， 同时不会对电动机造成大的冲击。 
◆ 灵活性：传统实现方式往往专门为现场某种接线方式或者运行方式设计，一旦运 行方式改变，或者需要应用到新的接线方式，改动非常繁琐。本装置结合了多种合理的现场运行方式，仅需更改部分定值即可满足多种现场工程实施需求。 
◆ 快速性、准确性：装置硬件采用最新型 DSP+MPU+CPLD 硬件平台，高精度AD采样芯片，保证了数据的实时性以及切换的快速性。 
◆ 可靠性: 在硬件和软件上均设计了专门的抗干扰措施，以及完善的自检、闭锁逻 辑，并通过了第三方最高等级的 EMC 检测，其抗干扰性能有充分的保证。 
◆ 装置核心部件-快速真空断路器为我公司专利产品，其合分闸时间极短，速度极快。保证电源切换的时间更快。
装置克服了以往备自投装置的缺点，大大提高了工业企业控制自动化的水平。模块化的设计、丰富的切换逻辑、灵活的设置以及高速的运算能力，使这款装置无论在功能还是性能上都处于国内领先水平。
2. 技术特征 
2.1. 装置特点 
2.1.1. 切换功能齐全 
◆ 装置兼有手动起动、保护起动、失压起动、误跳起动、等多种起动方式  
◆ 兼有并联、串联和同时切换方式  
◆ 兼有快速切换、同期捕捉切换、残压切换、长延时切换等实现方式  
◆ 完备的切换闭锁功能 
2.1.2. 可靠的软硬件设计 
◆ 装置采用全封闭背插式结构，抗干扰设计，使装置的抗电磁干扰能力大大提高。  
◆ 出口设有闭锁继电器，保证装置可靠出口。  
◆ 逻辑单元软件与管理单元软件独立运行，通信、显示等不会影响切换逻辑正常运行。
2.1.3. 通过全面的第三方检测 
装置通过了 EMC 最高等级试验，确保各种恶劣工况下装置的正常运行。 
2.1.4. 友好的易用性 
◆ 装置配有汉字液晶显示，直观的界面菜单，详细的信息显示，丰富的指示灯，便于操作和调试。  
◆ 装置提供调试接口，可通过该接口将装置所有信息（报告、录波、定值等）导出。
2.1.5. 通信功能 
支持以太网、RS485 通信接口；支持 IEC60870-5-103、Modbus 通信规约。 
2.1.6. 强大的故障录波及信息记录功能 
信息记录全面，包括动作事件、告警事件、开入开出变位信息、装置自检、运行事件 及录波事件等。通过查看这些事件记录，可以全面了解设备的运行状况。 
2.1.7. 时钟同步 
装置具备软件对时和硬件对时功能。 
硬件对时支持秒脉冲对时模式和 IRIG-B 码对时模式，装置自动识别硬件对时模式， 对时误差≤1ms。对时接口均采用 485 差分电平输入。 
软件对时为通讯报文对时。一般地，IRIG-B 码对时单独使用，差分秒脉冲与软件对时一同使用，不建议 IRIG-B 码对时与软件对时一同使用。

3. 工作原理 
3.1. 接线方式 
归纳总结诸如电力生产、石油、化工、冶炼等大型工业用户的电力系统主接线，从电源切换的角度分析，主要有两种接线方式：一种为单母分段方式；另一种为单母方式。装置可灵活适用于这两种接线方式 的电源切换。 
3.1.1. 单母分段方式









图 3-1 单母分段方式接线示意图（正常运行） 

单母分段方式的接线图可简化如图3-1所示。图中进线 1、2 可以是线路、主变、线路-变压器组等，对母线进行供电的变配电设备的一种。系统正常运行时，母线 1 由进线 1 供电，母线 2 由进线 2 供电。即进线开关 1DL、2DL 闭合，母联开关 3DL断开。当任意一路进线电源失去时，本装置均能投入另一侧进线电源。 


3.1.2. 单母方式 

 










图 3-2 单母运行方式接线示意图（进线 1 供电模式） 

单母运行方式的接线示意图如图3-2所示。 正常运行时，母线由进线1或进线2供电。若由进线1供电，则1DL在合位，2DL在分位，进线2电源为进线1电源的备用。如因故障等原因造成进线1电源失去时，本装置能迅速起动，将进线2电源投入。由进线2供电时情况类似。
3.2. 切换功能 
3.2.1. 起动方式 
本装置可提供手动起动、保护起动、误跳起动、失压起动方式。
a) 手动起动。手动起动方式多用于进线检修或故障后进线恢复时使用，由人工通过 开入量起动装置的切换功能。本装置的手动起动功能非常灵活，对单母分段运行 方式，手动起动可以实现 1DL 到 3DL 之间的互相切换，也可以实现 2DL 和 3DL 之 间的互相切换。对单母方式，手动起动能够实现 1DL 和 2DL 之间的互相切换。 
b) 保护起动。将线路/线变组/主变等电源侧设备的快速主保护动作信号接点引入到 快切装置中，系统正常运行时，一旦检测到电源侧主保护动作信号，本装置立即 起动切换，断开故障线路，投入备用电源。 
c) 误跳起动。当系统正常运行时，若本处于合位的开关跳开且进线无流，则装置起 动切换，合上另一侧电源以保证母线供电。误跳起动逻辑如下：









        注：Imax:进线电流最大值（二次值）； Iwl:无流定值 
图 3-3 误跳起动逻辑图 

d) 失压起动。当检测到母线三相电压均低于失压起动整定值且进线无流，经整定延 时装置起动切换功能。此起动方式可通过定值中控制字投退。失压起动逻辑如下：
  





  注：Uma、Umb、Umc:母线三相电压;Imax:进线电流最大值； Usyqd: 失  压起动电压幅值  Tsyqd:失压起动延时;Iwl:无流定值
图 3-4 失压起动逻辑图 
 
e) 各运行状态的转换见图 3-5、图 3-6 所示。










图 3-5 单母方式下运行状态转换 
对于单母方式，从“进线 1 供电模式”可以通过手动起动、保护起动、误跳起动、失 压起动转到“进线 2 供电模式”， 反之亦然。 















图 3-6 单母分段方式下运行状态转换 

3.2.2. 切换方式 
装置在起动后（起动方式见 3.2.1 小节），会按照一定的顺序操作工作电源开关和备用 电源开关。在快切原理中，名词“切换方式”用来描述不同开关操作顺序。本装置提供的
切换方式有：并联、串联和同时方式。以下以单母分段运行方式为例，对各种切换方式简 单说明，单母运行方式类同。 
a) 并联切换。并联切换只能以手动起动方式触发。如图 3-1 所示，以从 1DL 并联切 换到 3DL 为例。手动起动后，若并联条件满足（条件为：开关两侧的频差、相差、 压差分别小于定值并联切换频差、并联切换相差、并联切换压差）装置先合上 3DL 开关，此时进线 1、进线 2 两个电源短时并列，经整定延时（并联跳闸延时）后装置再跳开 1DL。如在这段延时内，刚合上的 3DL 被跳开（如保护动作跳开 3DL）， 则切换结束，装置不再跳开 1DL，以免停电范围扩大。若 1DL 拒跳，则装置会去 跳开 3DL 开关，以避免两个电源长时间并列。若手动起动后并联切换条件不满足， 装置将立即闭锁并进入等待复归状态。并联切换方式适用于正常情况下同频系统 的两个电源之间的切换，可用于进线检修时的人工倒闸或故障后手动恢复。    
b) 串联切换。如图 3-1 所示，以从 1DL 切换到 3DL 为例。装置起动后，先跳开 1DL 开关，在确认 1DL 跳开后，再根据合闸条件发出合母联开关 3DL 命令。若 1DL 拒 跳，则切换过程结束，装置不再合 3DL。串联切换多用于事故情况下自动切换。 串联切换可以有以下几种合闸实现方式：快速切换、同期捕捉切换、残压切换、 长延时切换。当快速切换条件不满足时可自动转入同期捕捉、残压、长延时等切 换条件的判别。 
c) 同时切换。如图 3-1 所示，以从 1DL 切换到 3DL 为例。装置起动后，先发出跳 1DL 开关命令，然后经一整定的同时切换合闸延时，再根据合闸条件发出合 3DL 的命 令。若最终 1DL 拒跳，则装置会去跳开 3DL 开关，以避免两个电源长时间并列。 同时切换与串联切换相比，不需要确认 1DL 已跳开再判断 3DL 合闸条件，只要经 过一个延时，即去判断 3DL 合闸条件，目的是使得母线断电时间尽量缩短。同时 切换可以有以下几种合闸实现方式：快速切换、同期捕捉切换、残压切换、长延 时切换。当快速切换条件不满足时可自动转入同期捕捉、残压、长延时等切换条 件的判别。 
3.2.3. 实现方式 
在快切原理中，“实现方式”用来描述合备用开关的合闸条件。装置在起动后（起动方 式见 3.2.1 小节），会按照预定的切换方式（切换方式见 3.2.2 小节）跳工作开关和合备用 开关。无论哪种切换方式都涉及到合备用开关的操作。本装置提供的实现方式包括：快速 切换、同期捕捉切换、残压切换、长延时切换。以下仅对这几种实现方式做简单介绍，关 于它们的详细说明，请参照附录。 
a) 快速切换。快速切换是最理想的一种合闸方式，既能保证电动机安全，又不使电 动机转速下降太多。在并联切换方式下，实现快速切换条件为：母线和待并侧电 源压差|du|<“并联切换压差”、频差|df|<“并联切换频差” 、相差|dq|<“并联切 换相差”。在串联或同时切换方式下，实现快速切换的条件为：母线和待并侧电 源频差|df|<“快速切换频差”、相差|dq|<“快速切换相差”。快速切换是速度最 快的合闸方式。 
b) 同期捕捉切换。当快速切换不成功时，同期捕捉切换是一种最佳的后备切换方式。 同期捕捉切换的原理是实时跟踪母线电压和备用电压的频差和角差的变化，以同 相点作为合闸目标点。
c) 残压切换。当母线电压衰减到 20％－40％实现的切换称为残压切换。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 等会受到较大限制。残压切换的实现条件为：母线电压<“残压切换电压幅值”。
d) 长延时切换。当备用侧容量不足以承担全部负载，甚至不足以承担通过残压切换 过去的负载的自起动，只能考虑长延时切换。长延时切换的实现条件为：装置起 动后延时 t>“长延时整定值”。
  3.2.4. 切换功能图 
本装置提供 4 种起动方式。手动起动时支持并联、串联、同时三种切换方式。其他 3 种起动方式只支持串联或同时方式。并联方式只有快切合闸方式，串联和同时支持快速、 同捕、残压和长延时 4 种合闸方式。下图 3-7 是本装置的切换功能图。 













图 3-7 切换功能图 

3.2.5. 去耦合功能 
切换过程中如发现整定时间内该合上的开关已合上但该跳开的开关未跳开，装置将执 行去耦合功能，即跳开刚合上的开关，以避免两个电源长时并列。以图 3-1 的单母分段运 行为例，同时切换或并联切换中，1DL 切换到 3DL，若 3DL 开关正常合上，但是 1DL 开关没 有能跳开。装置此时会跳开刚刚合上的 3DL 开关。此功能称为去耦合功能。 




4. 快速切换原理 
4.1. 快速切换 
假设有图 4-1 所示的供电系统，正常运行时 1DL 和 2DL 合，3DL 分。1# 进线和2# 进线互为备用。当1＃ 进线发生故障后，必须先跳开 1DL，然后合 3DL，反之亦然。 以1# 进线到2# 进线切换为例，跳开 1DL 后1# 母线失电，电动机将惰行。由于负荷多为异步电动机，对单台电动机而言，电源切断后电动机定子电流变为零，转子电流逐渐衰减，由于机械惯性，转子转速将从额定值逐渐减速，转子电流磁场将在定子绕组中反向感 应电势，形成反馈电压。多台异步电机联结于同一母线时，由于各电机容量、负载等情况不同，在惰行过程中，部分异步电动机将呈异步发电机特征，而另一些呈异步电动机特征。 母线电压即为众多电动机的合成反馈电压，俗称残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。通 常，电动机总容量越大，残压频率和幅值衰减的速度越慢。










 图 4-1 一次系统简图

以极坐标形式绘出的失电母线残压相量变化轨迹如图4-2 所示。切换时间与 相位、残压演变的特点参见仿真图 4-3所示。 
图中 VD 为1# 母线残压，VS 为备用电源电压（即2# 母线电压），△U 为两个母线间的差压。 为了分析的方便，我们取一个电源系统与单台电动机为例，将备用电源系统和电动机 等值电路按暂态分析模型作充分简化，忽略绕组电阻、励磁阻抗等，以等值电势 VS 和等 值电抗 XS 代表备用电源系统，以等值电势 VM 和等值电抗 XM 来表示电动机，如图 4-4 所示： 


 
 











图 4-2 母线残压相量轨迹          图 4-3 切换时间与相位、残压演变的特点 










图 9-3 单台电动机切换分析模型 
由于单台电机在断电后定子电路开路，因此其电势 VM 就等于机端电压，在备用电压 合上前，VM ＝ VD 。备用电源合上后，电动机绕组承受的电压 UM 为： 
UM = XM /（XS ＋XM）×（VS －VM ） 
因 VM ＝ VD ，则（VS －VM ）＝（VS －VD ）＝△U 
所以，UM = XM /（XS ＋XM）×△U           （1） 
令 K＝ XM /（X S ＋XM），则 
UM＝K△U                 （2） 
为保证电动机安全，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 ＜1.1 U De                        （3） 
△U（％）＜1.1 / K                   （4） 
设 X S : X M =1：2，K＝0.67，则△U（％）＜1.64。图 9-2 中，以 A 为圆心，以 1.64 为半径绘出弧线 A'－A''，则 A'－A''的右侧为备用电源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 4-2 中 B'－B''的左侧均为不安全区域，理 论上 K＝0～1，可见 K 值越大，安全区越小。 假定正常运行时1# 进线电源与2# 进线电源同相，其电压相量端点为 A，则1# 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 段内合上备用电源，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”。 在实现快速切换时，母线的电压降落、电动机转速下降都很小，电动机的自起动电流也不大。切换过程中相关的电压、电流录波曲线如图 4-5 所示。 














图 4-5 快速切换时的电流电压波形 

2.2.1. 工作环境 
周围空气温度
最高：≤+50℃，且在24小时之内测得的平均值≤35℃ 
最低：≥－40℃
周围空气湿度
在24小时之内测得的相对湿度平均值≤95%
在24小时之内测得的水蒸气压力平均值≤2.2kPa
月相对湿度平均值≤90%
月水蒸气压力平均值≤1.8kPa
地震烈度：8度（水平加速度0.25g,垂直加速度0.105g)
海拔：≤2000m
周围空气没有明显受到尘埃、烟、腐蚀性或可燃性气体、蒸汽或盐雾的污染
超出以上要求之特殊条件用户可与生产商协商确定。

无扰动快速切换成套装置