WBKQ01C快切说明书v10.docx

WBKQ01C快切说明书v10.docx

《WBKQ01C快切说明书v10.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《WBKQ01C快切说明书v10.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

WBKQ01C快切说明书v10

国电南自

DL/T1073-2007

WBKQ-01C

微机备用电源

快速切换装置

说明书

国电自动化股份

GUODIANNANJINGAUTOMATIONCO.，LTD

版本号

Ver1.0

技术支持：

（025）51858059

传真（025）51858057

本说明书可能会被修改，请注意核对实际产品与说明书的版本是否相符

前言4

概述5

产品特点6

配置方式7

4硬件说明12

4.1电源模件14

4.2交流模件14

4.3开入量模件14

4.4CPU模件14

4.5信号模件14

4.6显示模件14

4.7出口模件14

4.8通讯模件14

4.9测试模件14

5装置功能及切换原理说明16

5.1手动切换功能16

5.2事故切换功能17

5.3非正常工况切换功能18

5.4其它切换功能18

5.5快速切换、同期判别切换、残压切换及长延时切换说明19

5.6装置闭锁及报警功能23

5.7装置面板灯功能说明25

5.8装置信号功能说明27

5.9DCS单操开关功能28

5.10逻辑测试模件功能29

6单母及母联方式下的切换实现30

6.1单母方式下切换30

6.2母联方式下切换32

7事件记录、切换录波、通信及GPS对时35

7.1事件记录35

7.2切换录波35

7.3通信、打印及对时35

8使用说明36

8.1装置菜单操作说明37

8.2装置显示说明38

8.3：

菜单说明38

8.4定值表40

8.5压板表42

9附图44

附图1：

装置面板示意图44

附图3：

装置背板端子示意图——母联双进线46

前言

非常感选用国电自动化股份生产制造的WBKQ01C微机型备用电源快速切换装置。

本手册是该装置的说明书，希望为您的工作带来便利。

国电自动化股份生产制造的保护及自动化产品均符合严格的技术规和ISO9001质量认证标准。

概述

发电厂中，厂用电的安全可靠直接关系到发电机组、电厂乃至整个电力系统的安全运行。

以往厂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。

合上备用电源时，母线残压与备用电源电压之间的相角差已接近180°，将会对电动机造成过大的冲击。

若经过延时待母线残压衰减到一定幅值后再投入备用电源，由于断电时间过长，母线电压和电机的转速均下降过大，备用电源合上后，电动机组的自起动电流很大，母线电压将可能难以恢复，从而对电厂的锅炉系统的稳定性带来严重的危害。

石化、冶金等大中型工业行业中，由于外部电网或部供电网络故障或异常的原因造成的非正常停电，往往会造成设备停运或空转、工艺流程中断或废品产生等严重后果。

目前工业企业解决供电可靠性的主要办法是一次侧采用双路或多路供电，二次侧采用备自投装置。

但对于石化、冶金等要求连续供电的企业，母线段带有大量的电动机负荷，由于电动机反馈电压的存在，常常使备自投完成动作的过程持续时间长达1-2秒，甚至更长，此时部分电动机已被切除。

恢复供电后这些电动机重新启动将产生较大的自启动电流，将对供电网络产生冲击。

WBKQ01C微机型备用电源快速切换装置是在WBKQ01B微机型备用电源快速切换装置的基础上进行的产品升级，采用了更高性能的CPU、增加了模拟断路器、图形化编程、U盘升级程序等功能，可以更快速、更有效的解决供电可靠性。

采用该装置，可避免备用电源电压与母线残压在相角、频率相差过大时合闸而对电机造成冲击，如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，以利于重要辅机的自起动，提高切换的成功率。

产品特点

◆采用ATMEL公司生产的ARM9系列32位CPU，主频高达400MHz，运算速度快、性能稳定可靠。

高性能16位A/D转换器，精度高，转换速度快。

◆先进的母线电压自动频率跟踪技术，确保测量幅值、频率及相位的有效性及准确性。

◆独特的软件测相技术，解决了硬件测相速度慢的缺陷。

◆实时计算母线电压与目标电源相角差的速度与加速度，同期合闸点准确可靠。

当滑差高达30Hz/S时仍然可实现同期合闸。

◆带有USB接口，可通过U盘升级装置程序；可把动作信息和故障录波数据直接存入U盘，以便故障分析；节省现场调试维护时间。

◆通信使用基于Linux多任务操作系统的ARM9系列32位CPU，性能稳定高效；双路以太网和一路RS485可支持IEC60870-5-103，Modbus等通信规约。

◆采用全图形化编程技术及稳定、可靠的保护继电器库，提高程序的可靠性及正确性。

◆配有专门的模拟断路器插件，逻辑测试无需接入现场开关接点，节省调试时间，节约工程成本。

◆切换过程对用户全透明；9组可长达3.2秒的录波记录，可显示母线电压/时间图，频率/时间图和ρ图；可打印输出；也可通过计算机下载，用专用软件进行分析研究。

◆免维护设计理念，整机无任何可调节器件，仅需通过装置人机界面设定补偿，且带密码保护以防误操作。

◆GPS对时（分脉冲，秒脉冲或IRIG-B方式）；

◆开关量采用220V或110V直流电压输入，提高抗干扰能力。

◆高抗干扰性能，能满足：

GB/T14598.10（IEC60255-22-4）快速瞬变干扰试验Ⅳ级标准；

GB/T14598.14（IEC60255-22-2）静电放电试验Ⅳ级标准；

GB/T14598.13（IEC60255-22-1）1MHz脉冲群干扰试验Ⅲ级标准；

GB/T14598.9（IEC60255-22-3）辐射电磁场干扰试验Ⅲ级标准。

◆通过国网电力科学研究院实验验证中心电磁兼容实验室电磁兼容检验

◆通过国网电力科学研究院实验验证中心质量检验测试中心质检

配置方式

厂用电力系统的主接线，从电源切换的角度考虑有多种接线方式，本手册列举主要的三种接线方式，分别为：

单母双进线方式；母联分段双进线方式；单母三进线方式。

WBKQ01C装置可以灵活使用于这三种接线方式的电源切换。

每种方式配置不同的软件，订货时请注明。

单母双进线方式

方式一：

单向切换：

系统正常运行时由进线1向母线供电，1DL在合位，2DL在分位，进线2电源为进线1电源的备用电源。

如因故障等原因造成进线1电源失去时，WBKQ01C装置能迅速启动，将进线2电源投入。

当进线1故障排除后，可由手动方式起动WBKQ01C装置重新切换到进线1供电的状态。

方式二：

双向切换：

系统正常运行时由进线1（进线2）向母线供电，1DL（2DL）在合位，2DL（1DL）在分位，进线2

（1）电源为进线1

（2）电源的备用电源。

如因故障等原因造成进线1

（2）电源失去时，WBKQ01C装置能迅速启动，将进线2

（1）电源投入。

当进线1

（2）故障排除后，可由手动方式起动WBKQ01C装置重新切换到进线1

（2）供电的状态。

方式一和方式二的主要区别在于：

方式一的保护启动、偷跳切换和低电压切换只能由进线1向进线2单方向进行，而方式二的以上三种切换可在进线1、进线2间双向进行。

母联分段双进线方式

系统正常运行时，母线1有进线1供电，母线2有进线2供电。

即进线开关1DL、2DL均为合位，母联开关3DL分位。

当任意一路进线电源失去时，WBKQ01C装置均能投入另一侧进线电源，即1DL（2DL）分位，3DL合位。

进线故障排除后，可由手动方式恢复到系统正常运行时的状态。

单母三进线方式

若系统电源配置如上图所示，正常运行时由进线1供电，1DL合位。

进线2、进线3同为进线1的备用电源，即2DL、3DL均为分位。

如因故障等原因造成进线1电源失去时，WBKQ01C快切装置可按客户要求切换至相应的备用电源上。

单母三进线方式也可配置为双进线单备用方式，即进线1、进线2互为进线备用电源，进线3为进线1、进线2的后备电源。

还可配置为单进线、单备用、后备电源（柴油机）方式，即进线1（进线2）为进线电源、进线2（进线1）为备用电源，进线3（柴油机）为后备电源的方式。

对于以上几种方式，WBKQ01C微机型备用电源快速切换装置均能准确、快速的进行切换。

1装置简介

WBKQ-01C快切装置是在原有WBKQ-01B的基础上改进、完善的新一代备用电源快速切换装置。

该装置改进了测频、测相回路，运用ARM9系列32位CPU强大的运算功能进行软件测量，提高了装置在切换暂态过程中测频、测相的准确性、可靠性。

该装置采用先进的软件算法，保证了工作电源（或备用电源）与母线电源在不同频率时的采样、计算的准确性。

装置采用免调整理念设计，所有的补偿采用软件进行调整，重要参数采用密码锁管理，大屏幕中文图形化显示，使得用户对厂用电源的各种运行参数一目了然。

厂用电源故障时采用实时测量相角差速度及加速度实现同期判别功能。

置独立的基于Linux多任务操作系统的ARM9系列CPU，负责装置通信和打印管理，专用打印接口可以多台装置可共享一台打印机，双路以太网和单通道RS485通信接口，亦使装置与电厂DCS系统或监控系统轻松接驳。

2主要功能

◆各种情况（正常情况，事故情况）下实现单母双进线电源间的双向切换，母联双进线电源间的切换等。

◆快速切换、同期判别切换、残压切换、长延时切换四种切换条件。

◆串联、并联、同时三种切换方式可供选择。

◆单操功能，具有同期或无压合电源开关的功能。

◆装置配有专门的模拟断路器插件，逻辑测试无需接入现场开关接点，方便现场调试，节省调试时间，节约工程成本。

◆支持备用电源高压侧开关冷态（不带电）运行或热态（带电）运行。

◆PT断线报警功能。

◆事故追忆、打印及完善的录波功能。

◆GPS对时可采用硬接点分脉冲或秒脉冲方式，同时也支持IRIG-B对时方式（RS485接口）。

◆支持IEC60870-5-103，Modbus等多种通信方式。

3主要技术参数

3.1装置电源

110×（1±20%）V或220×（1±20%）V（订货时需注明）

3.2额定交流参数

电压：

100V

电流：

5A/1A

频率：

50Hz

3.3功率消耗

直流回路：

不大于10W

交流电压回路：

不大于0.3VA/相

交流电流回路：

不大于0.3VA/相

3.4过载特性

交流电流回路：

2倍额定电流下装置可连续运行

10倍额定电流下装置可连续运行10s

40倍额定电流下装置可连续运行1s

交流电压回路：

1.5倍额定电压下装置可连续运行

3.5采样回路精确工作围

电流：

0.2A～100.0A

电压：

0.5V～150.0V

频率：

30.0Hz～60.0Hz

相角：

0.0°～360.0°

3.6接点容量

信号回路：

载流容量2A断弧容量60VA

出口回路：

DC220V5A

3.7测量精度

电流：

1级

电压：

1级

频率：

≤0.1Hz

相角：

≤0.5°

3.8切换时间

同时切换断电时间:

13mS+备用开关合闸时间+用户设定延时

串联切换断电时间:

13mS+工作开关跳闸时间+备用开关合闸时间

3.9事件记录分辨率

事件顺序记录（SOE）分辨率为1毫秒

4硬件说明

本装置采用业界流行的ARM9高速处理器，主频为400MHz，置资源丰富，外围电路设计简单，保证产品的制造质量及其稳定性。

充足的硬件资源，包括64M字节FlashMemory存储器，32M字节SDRAM。

同时该装置采用了整面板、整背板新型结构设计，交、直流分开，提高了装置的整体可靠性和安全性。

装置主要由电源模件、交流模件、开入模件、CPU模件、信号模件、显示模件、出口模件、通讯模件以及测试模件组成。

见图4.1。

高速串口

电源

主CPU系统

隔离

交流量

开入量

出口继电器

信号继电器

隔离

隔离

USB接口

计算机

通信CPU系统

键盘及液晶显示

GPS信号

以太网接口或串口

打印接口

GPS对时接口

USB接口

U盘或计算机

电厂监控系统

接打印机

图4.1WBKQ01C快切装置硬件系统示意图

4.1电源模件

输出±5V、24V装置工作电源。

4.2交流模件

现场通过CT、PT传递的电流、电压信号经装置的电流、电压互感器隔离、滤波转换为CPU可接受的小电流、小电压信号。

4.3开入量模件

各种开关量信号通过部开关量隔离转换为CPU可接受的小电压信号。

4.4CPU模件

对输入的模拟量及开关量进行数字运算处理，处理结果由输出口隔离输出。

4.5信号模件

各种信号经继电器空接点输出。

4.6显示模件

人机接口，各种模拟量、开关状态量及故障信息、操作信息显示。

4.7出口模件

由CPU处理的各种跳合闸信息由继电器空接点输出。

4.8通讯模件

通过该模件与各CPU模件进行实时通信，完成故障信息及其它信息的打印及与计算机或监控系统之间的通信管理。

4.9测试模件

该模件可以模拟现场开关，可通过该模件对装置逻辑进行测试，无需接入实际开关接点。

5装置功能及切换原理说明

5.1手动切换功能

手动切换是指正常工况时，工作电源与备用电源之间的切换。

对单母双进线方式，可以实现1DL和2DL之间的互相切换。

对母联双进线方式，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。

该功能由手动起动开入量接点、控制台或装置面板进行操作。

手动切换可分为并联切换、串联切换或同时切换。

5.1.1手动并联切换

手动并联切换是指手动起动切换，如并联切换条件满足要求，装置先合备用（工作）开关，经一定延时后再自动跳开工作（备用）开关。

如果在该段延时，刚合上的备用（工作）开关被跳开，则装置不再自动跳开工作（备用）开关。

如果手动起动后并联切换条件不满足，装置将延时10S闭锁且发闭锁信号，等待复归。

注意：

1：

手动并联切换只有在两电源并联条件满足时才能实现，并联条件可在装置中整定。

2：

两电源并联条件满足是指：

⑴两电源电压幅值差小于整定值。

⑵两电源频率差小于整定值。

⑶两电源电压相角差小于整定值。

⑷工作、备用电源开关一个在合位、另一个在分位。

⑸目标电源电压大于所设定的电压值。

⑹母线PT正常。

5.1.2手动串联切换

由手动切换接点起动，先发跳工作（备用）电源开关指令，待辅助接点返回后，在切换条件满足时，发合备用（工作）开关指令。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

5.1.3手动同时切换

由手动切换接点起动，先发跳工作（备用）电源开关指令，不等开关辅助接点返回，在切换条件满足时，发合备用（工作）指令。

如开关合闸时间小于开关跳闸时间，自动在发合闸指令前加所整定得延时，以保证开关先分后合。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

需要注意的一个问题，由于厂用工作变压器和起动/备用变压器引自不同的母线和电压等级，它们之间往往有不同数值的阻抗及阻抗角，当变压器带上负荷时，两电源之间的电压将存在一定的相位差，此相位差通常称作“初始相角差”。

初始相角的存在，使手动并联切换时，两台变压器之间会产生环流，如环流过大，对变压器是十分有害的。

初始相角在200时，环流的幅值大约等于变压器的额定电流。

因此当初始相角差超过200时，慎用手动并联方式（此时可采用手动串联或同时切换方式）。

5.2事故切换功能

事故切换指由发变组、高压厂变保护（或其它跳工作电源开关的保护）接点起动，单/双向操作。

事故切换有两种方式可供选择。

5.2.1事故串联切换

由保护接点起动，先跳开工作（备用）电源开关，在确认工作（备用）电源开关已跳开且切换条件满足时，合上备用（工作）电源开关。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

5.2.2事故同时切换

由保护接点起动，先跳开工作（备用）电源开关，不等待工作（备用）开关辅助接点变位，一旦切换条件满足，立即发合备用（工作）电源开关指令（或经整定的短延时“同时切

换合备用延时”发合备用电源开关命令）。

“同时切换合备用延时”定值可用来防止电源并列。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

5.3非正常工况切换功能

非正常工况切换是指装置检测到不正常运行情况时自行起动，单/双向操作，该切换有以下两种情况。

5.3.1母线低电压

当母线三线电压均低于整定值且时间大于所整定延时定值时，装置可根据选定方式进行串联或同时切换。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

5.3.2电源开关偷跳

因各种原因（包括人为误操作）引起工作电源开关误跳开，装置可根据选定方式进行串联切换或同时切换。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

5.4其它切换功能

在石化、冶金等大中型工业行业中，需要一些特殊的切换功能。

5.4.1无流切换

当进线电流从有流到无流，且母线频率小于无流起动频率定值时，装置经延时后可根据选定的方式进行串联切换或同时切换。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

5.4.2逆功率方式1切换

当进线出现逆功率和负序时，装置经延时后可根据选定的方式进行串联切换或同时切换。

切换条件：

快速、同期判别、残压及长延时切换。

快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。

5.4.3逆功率方式2切换

当进线出现逆功率和正序时，装置经延时后可根据选定的方式进行串联或同时切换。

5.5快速切换、同期判别切换、残压切换及长延时切换原理说明

图1所示为厂用电系统的某一段接线图，图5.5为电动机切换时的等值电路图。

图5.1　厂用电系统某段接线图

Us

Ud

Irs

Irm

ΔU

OUs

Udθ

　　　ΔＵ

XsDLXm

（a）I（b）

　　　　　　　　　图5.2　电动机重新接通电源时的等值电路图和相量图

　　　　　　　　　　　（a）等值电路图　　　（b）相量图

Us—电源电压；Ud—母线上电动机的残压；Xs—电源等值电抗；Xm—母线上电动机组和低压负载的等值电抗（折算到高压厂用电压）；ΔU—电源电压与残压之间的差拍电压。

由图1所示，正常运行时，厂用母线电源由发电机端经厂用高压工作变压器提供，备用电源由电厂高压母线或由系统经起动/备用变提供。

当发电机组保护动作或工作电源侧故障时，工作分支开关1DL将被跳开，此时连接在厂用母线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，不可避免地将对厂用母线上的电机造成冲击，严重威胁厂用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θ角（电源电压和电动机残压二者之间的夹角），对应不同的ΔＵ值，如θ=180o时，ΔＵ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，如图3所示。

电动机重新合上电源时，电动机上的电压Um为：

（5－1）

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；

U—电源电压和残压之间的差拍电压。

令Um等于电动机起动时的允许电压，即为1.1倍电动机的额定电压UDe：

（5－2）

则：

令：

则：

（5－3）

图5.3电动机的残压特性曲线和电动机耐受的冲击电流确定的允许极限

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，其右侧为电厂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（0.3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”。

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。

5.5.1快速切换

式（5－3）中的K值（分压系数），与机组负荷有关，负荷轻时，投入的辅机少一些。

此时，Xm增大，K值也增大，允许的△U则减小，此时在图3中，以较小的△U（％）画出的圆弧就向A’-A’’曲线右侧移动,如图中的B’-B’’曲线。

据有关资料分析，按K=0.67作出的允许极限是最危险的，因此K值应该取一个较大的数值，对同期判别及其他慢速切换，△U（％）取110％；对快速切换，△U（％）取100％；如取△U（％）＝100％则从图3可看出此时残压与备用电源之间的相位差约为65O，此时如开关的固有时间为100mS，则合开关的指令约需提前40O左右，即残压向量与母线电压向量夹角为25O以时实现的快速切换对电机是安全的。

5.5.2同期判别切换

在WBKQ-01C厂用电源快速切换装置中，厂用电源母线电压（事故切换时为残压）的采样采用了自动频率跟踪技术，各电源电压的频率、相位及相位差采用软件测量，使得残压幅值计算的准确性及各相位计算的准确性、可靠性得到了有效地保证。

在同期判别过程中，装置计算出目标电源与残压之间相角差速度及加速度，按照设定的目标电源开关的合闸时间进行计算得出合闸提前量，从而保障了在残压与目标电压向量在第一次相位重合时合闸。

减小了对厂用旋转负载的冲击。

设某时刻残压与目标电源角差速度为VO/mS;

加速度为aO/mS2;

目标电源开关的固有合闸时间为TmS;

则：

目标开关发合闸指令的提前角度为：

θ＝V×T+0.5×a×T2

设当前残压与目标电源之间相位差为ψ，则条件：

|360-（ψ+θ）|≤ξ；

ψ≥180O且第一次过反相点；

ξ为一固定小值；

同时满足时，装置发合目标电源开关指令，实现同期判别切换功能。

5.5.3残压切换

当母线电压（残压）下降至20％～40％额定电压时实现的切换称为“残压切换”，该切换可作为快速切换及同期判别功能的后备，以提高厂用电切换的成功率。

5.5.4长延时切换

当某些情况下，母线上的残压有可能不易衰减，此时如残压定值设置不当，可能会推迟或不再进行合闸操作。

因此在该装置中另设了长延时切换功能，作为以上三种切换的总后备。

5.6装置闭锁及报警功能

5.6.1保护闭锁

当某些判断为母线故障的保护动作时（如工作分支限时速断），为防止备用电源误投入故障母线，可由这些保护给出的接点闭锁装置。

一旦该接点闭合，装置将自动闭锁出口回路，发装置闭锁信号，面板切换闭锁灯亮，并等待人工复归。

5.6.2控制台闭锁

当控制台闭锁装置时，装置将自动闭锁出口回路，发装置闭锁信号，面板切换闭锁灯亮，并等待人工复归。

5.6.3PT断线闭锁

当母线PT断线时，装置将自动闭锁所有切换功能，发P