电力变压器工作原理及保护

在实现手段上，同期捕捉切换有两种基本方法：一种基于“恒定越前相角”原理，即根据正常厂用负荷下同期捕捉阶段相角变化的速度(取决于该时的频差)和合闸回路的总时间，计算并整定出合闸提前角，快切 装置实时跟踪频差和相差，当相差达到整定值，且频差不超过整定范围时，即发合闸命令，当频差超范围时，放弃合闸，转入残压切换。这种方法缺点是合闸角精确度不高，且合闸角随厂用负载变化而变化。另一种基于“恒定越前时间”原理，即完全根据实时的频差、相差，依据一定的变化规律模型，计算出离相角差过零点的时间，当该时间接近合闸回路总时间时，发出合闸命令。该方法从理论上讲，能较精确地实现过零点合闸，且不受负荷变化影响。但实用时，需解决不少困难：一是要准确地找出频差、相角差变化的规律并给出相应的数学模型，不能简单地利用线性模型：二是由于厂用电反馈电压频率变化的不完全连续性(有跳变)及频率测量的间断性(10ms一点)等，造成频差及相差测量的间断和偏差：另外，合闸回路的时间也有一定的离散性等。由于在同期捕捉阶段，相差的变化速度可达1—2°／lms，因此，任何一方面产生的误差都将大大降低合闸的准确性。

“恒定越前时间”同期捕捉切换方法，采用动态分阶段二阶数学模型来模拟相角差的变化，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，使得合闸准确度大大提高。如不计合闸回路的时间偏差，可使合闸角限制在±l0°以内。

同期捕捉切换整定值也有两个。当采用恒定越前相角方式时，为频差和相角差(越前角)；当采用恒定越前时间方式时，为频差和越前时间(合闸回路总时间)。同期捕捉方式下，频差整定可取较大值。

（3）残压切换

当残压衰减到20％-40％额定电压后实现的切换通常称为“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、自起动时间等都将受到较大限制。如上图情况下，残压衰减到40％的时间约为1秒，衰减到20N的时间约为1.4秒。而对另一机组的试验结果表明，衰减到20％的时间为2秒。

4、厂用电快速切换的实现

快速切换的思想在快速开关问世以后才得以实现。快速开关的合闸时间一般小于l00ms，有的甚至只有40-50ms左右，这为实现快速切换提供了必要条件。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l0ms)，则备用电源合上时角差也很小，冲击电流和自起动电流均很小。若采用串联切换，则断电时间至少为合闸时间，假定为l00ms，对30万机组，相角差约为20°-30°左右，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。

快速切换能否实观，不仅取决于开关条件，还取决于系统结线、运行方式和故障类型。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，若该初始相角较大，如大于20°，则不仅事故切换时难以保证快速切换成功，连正常并联切换也将因环流太大而失败或造成设备损坏事故。故障类型则决定了从故障发生到工作开关跳开这一期间厂用母线电压和备用电源电压的频率、相角和幅值变化，此外，保护动作时间和各其它有关开关的动作时间及顺序也将影响频率、相角等的变化。

因此，实际情况下，可能出现这样的情况，一是某些电厂，客观条件上无法实现快速切换；二是有的机组有时快速切换成功，有时快切不成功。

快切不成功时最佳的后备方案是同期捕捉。有关数据表明：反相后第一个同期点时间约为0.4-0.6秒，残压衰减到允许值（如20％-40％)为1—2秒，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，以保证自起动电流在4～6倍内。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，有些电厂采用发一变一线路组接线方式，或发电机端直接升高至500KV，而起动(备用)电源则由附近220或110KV变电站提供，在正常情况或某些运行方式下，厂用工作电源与备用电源间存在较大的初始相角差，且该相角差随运行方式改变而改变，有些时候甚至大于20°，这对快速切换非常不利，这些情况下，同期捕捉切换是必不可少的。

5、关于快速切换时间

快速切换时间涉及到两个方面，一是开关固有跳合闸时间，二是快切装置本身的动作时间。

就开关固有跳合闸时间而言，当然是越短越好，特别是备用电源开关的固有合闸时间越短越好。从实际要求来说，固有合闸时间以不超过3-4周坡为好，国产真空开关通常都能满足。若切换前工作电源与备用电源同相，快