備用電源自動投入裝置是指當線路或用電設備發生故障時，能夠自動迅速、準確的把備用電源投入用電設備中或把設備切換到備用電源上，不至於讓用戶斷電的一種裝置，簡稱BZT裝置。
基本介紹
- 中文名：備用電源自動投入裝置
- 外文名：Automatic input device for backup power supply
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 簡稱：BZT裝置
- 作用：不至於讓用戶斷電
介紹,發展,套用,切換,總結,
介紹
隨著現代電力技術的不斷發展，電力網路的規模越來越大，複雜程度也越來越高，為了確保電力系統的穩定性，需要裝設各種安全自動裝置。備用電源自動投入裝置就是其中最常見的一種，該裝置動作的正確可靠與否將直接影響到火力發電廠和生產裝置區變電所供電的可靠性。
備用電源自動投入裝置是當工作電源因故障斷開以後，能夠自動而迅速地將備用電源投入工作或將用戶切換到備用電源上去，從而使用戶不致於被停電的一種裝置，簡稱“BZT裝置”。
發展
同繼電保護裝置一樣，BZT裝置經歷了從電磁型、整流型、電晶體型、積體電路型到微機型的發展歷程。電磁型BZT裝置主要由低電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、開關輔助接點等組成，接線簡單，維護方便，容易掌握，一定範圍內能夠滿足控制要求，因而在20世紀80年代得到了廣泛的套用。但是，電磁型BZT裝置也有著明顯的缺點：設備體積大，壽命短，動作速度慢，功能少，程式不可調。20世紀80年代中期到90年代初期，出現了整流型和電晶體型BZT裝置，具有體積小、功率消耗小和防震性能好的優點，但功能與電磁型BZT裝置基本相同。積體電路型BZT裝置作為向微機型BZT裝置過渡的產品，還沒有來得及大面積推廣套用，就被性能更為優越的微機型BZT裝置所取代。
套用
1.電磁型BZT 裝置
電磁型BZT 裝置的套用比較普遍，均採用帶時限的低電壓起動方式。對電磁型BZT裝置，有以下基本要求：
（1）工作電源電壓，除了因手動斷開或進線開關保護動作而消
失外，在其他原因造成電壓消失時，BZT裝置都應動作；
（2）應保證在工作電源斷開後，備用電源有足夠高的電壓時，才投入備用電源；
（3）應保證BZT裝置延時動作，並且只動作一次；
（4）當發生PT斷線時，BZT裝置的起動元件不應動作；
（5）若BZT裝置投入穩定性故障，必要時應該使投入斷路器的保護加速動作。
使用電磁型BZT裝置時，除了因為電氣元件，如電壓繼電器和時間繼電器等的不穩定性會影響到正常電源和備用電源之間的切換之外，還存在以下問題：
（1）切換時間長：時間繼電器的整定時間t要求躲過工作電源進線開關的動作時限t1，以避免工作電源進線保護動作時，備用電源投入故障母線段；同時，還應該比工作電源母線段引出線短路保護的最長動作時間大一個時限階段t2。一般情況下，t1=0.7～0.9s，t2=0.5～0.7s，電磁型BZT裝置的動作時間t=t1+t2=1.2～1.6s；
（2）衝擊電流大：切換時間長導致電動機電源電壓嚴重下降，當備用電源投入時，電動機自啟動成功與否、自啟動時間等都將受到較大的限制，同時，由於電動機的轉速嚴重下降，自啟動過程中將會給電源母線帶來非常大的衝擊電流；
（3）自投可靠性差：工作電源母線失電後，異步電動機將惰行。對單台電動機而言，電源切斷後電動機的定子電流變為零，轉子電流逐漸衰減，轉子轉速也將從額定值逐漸降低，轉子電流磁場將在定子繞組中感應反向電勢，形成反饋電壓；對多台異步電動機而言，由於各電動機的容量、負載等情況不同，在惰行過程中，一部分電動機將繼續保持異步電動機的特徵，而另一部分將呈現異步發電機的特徵，此時的母線電壓即為眾多異步電動機的合成反饋電壓，俗稱“殘壓”。通常，電動機總容量越大，殘壓的頻率和幅值衰減的速度越慢。由於電磁型BZT 裝置沒有檢測母線的殘壓，也沒有檢測備用電源和母線殘壓之間的差壓，所以備用電源能否成功自投具有一定的不確定性。當備用電源和母線殘壓之間的相位差超過20°時，在備用電源進線開關的合閘過程中將形成很大的衝擊電流，可能會導致後加速保護動作，造成自投不成功。
2.整流型和電晶體型BZT裝置
整流型和電晶體型BZT裝置的功能與電磁型BZT裝置相比，沒有得到明顯的改進，實際使用過程中仍然存在上述問題。後來由於各種原因，整流型和電晶體型BZT裝置並沒有得到廣泛套用。
3.積體電路型BZT裝置
作為過渡產品，積體電路型BZT裝置具備了微機型BZT裝置的某些功能，但是，由於積體電路型BZT裝置採用整流、積分等模擬方法來“計算”備用電源和母線殘壓之間的相位差和頻差，在動態條件下，其“計算”速度和精度與微機型BZT裝置相比均有一定的差距。隨著微處理技術的迅猛發展，積體電路型BZT裝置被微機型BZT裝置取代。
4.微機型BZT裝置
現行工程設計中，BZT裝置均採用微機型。微機型BZT裝置有如下特點和優點：
（1）裝置直觀簡便：外部接線少，占據空間小，可以線上查看全部輸入量、保護整定值、預設值、瞬時採樣數據和事故分析記錄，顯示屏能實時顯示相關運行數據；
（2）可靠性高：採用了先進的電磁兼容（EMC）技術、新型抗電磁和尖脈衝干擾器件以及MPC 器件，軟體上採用了冗餘、容錯、數字濾波等技術；
（3）精度高，免校驗：精度均可由軟體調整，全數位化處理和接點信號系統；
（4）智慧型化程度高，自適應能力強：通過面板或軟體可設定和修改PT、CT 的變比、保護整定值、定值越限觸發等參數，保護功能均設有軟壓板，可根據現場需要設定投退，出口繼電器均為可程式輸出；
（5）綜合功能強：具有串列通信功能，可進行遠方監控，也可以脫離網路獨立完成各項功能，任一裝置發生故障均不會影響到其他設備，從而保證了整個系統的高可靠性。
切換
1.廠用電切換對鍋爐燃燒的影響
鍋爐是一個多輸入多輸出、非線性的動態對象，諸多調節量和被調量之間存在著一定的耦合通道。若廠用電備用電源切換時間過長，會導致鍋爐輔機設備的電動機轉速明顯降低，例如當磨煤機和給粉機的轉速下降到一定的程度時，風粉比就不能維持鍋爐的正常燃燒，可能會引起熱工保護動作，導致停爐、停機，嚴重情況下，甚至可能造成鍋爐爆炸事故。
2.影響廠用電切換的主要因素
影響火力發電廠廠用電切換的主要因素包括開關條件、系統結構、運行方式、故障性質、切換方式和切換裝置。
少油開關逐漸被真空開關所代替，大大縮短了切換時間，對快速切換的實現起到了決定性作用；系統結構和運行方式取決於電氣主接線，廠用電切換隻能在既定的情況下進行，不可能按照廠用電切換的需要來改變系統結構和運行方式；故障的發生往往是不可預見的，所以其性質不可預測。可見，只有通過對切換方式和切換裝置的最佳化選擇來解決傳統備用電源自動投入過程中出現的問題。
3.廠用電的切換方式
（1）按照起動原因分類，廠用電切換可分為如下3 種方式：
1）正常切換：由運行人員手動操作起動，常用於發電廠機組的開、停車過程；
2）非正常切換：用於工作電源母線非正常電壓下降或失電，以及人為誤操作或工作電源進線開關誤動作而導致的工作電源被切除；
3）事故切換：由BZT 裝置保護出口起動，用於事故情況下的工作電源電壓下降或失電。
（2）按照開關的動作順序分類（動作順序以工作電源切向備用電源為例），廠用電切換可分為如下3種方式：
1）並聯切換：先合上備用電源，再跳開工作電源，多用於正常切換。並聯切換又可分為並聯自動和並聯非自動兩種方式，並聯自動方式指由切換裝置先合上備用電源，經短時並聯後，再跳開工作電源；並聯半自動方式指快切裝置僅完成備用電源的合閘，工作電源的跳閘由運行人員完成。並聯切換過程中，母線不會斷電；
2）串聯切換：先跳開工作電源，確認工作電源進線開關跳開後，再合上備用電源，多用於事故切換。串聯切換過程中，母線的斷電時間約為備用電源進線開關的合閘時間；
3）同時切換：介於並聯切換和串聯切換之間，先跳開工作電源，經短延時後再合上備用電源，短延時的目的是保證工作電源先斷開、備用電源後合上，這種方式可用於正常切換、非正常切換和事故切換。同時切換過程中，母線的斷電時間大於0而小於備用電源進線開關的合閘時間。
（3）按照切換的速度或合閘的條件分類，廠用電切換可分為如下4 種方式：
1）快速切換：當工作電源發生故障，進線開關跳閘後，母線殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減。所謂的“快速切換”就是切換裝置能在安全合閘區域AB段合上備用電源，則既能保證電動機安全，又不使電動機轉速下降得太多。當AB段不能實現快切時，母線殘壓和備用電源之間的相位差將繼續增大，切換裝置將自動轉入同期捕捉切換；
2）同期捕捉切換：由於不同的運行工況下頻率或相位差的變化速度相差很大，因此用固定延時的辦法很不可靠，已不再採用。利用微機型快速切換裝置的功能，實時跟蹤頻差和相位差變化，實現CD段的切換，特別是捕捉母線殘壓與備用電源的第一次相位重合點，以便實現合閘，這就是“同期捕捉切換”。實際工程套用時，可以做到在過零點附近很小的範圍內合閘。同期捕捉切換時母線電壓為65%～70%的額定電壓，電動機轉速不致下降得很大，通常能夠順利的自啟動。另外，由於兩電壓同相，備用電源合上時衝擊電流比較小，不會對電氣設備及系統造成危害；
3）殘壓切換：當母線電壓衰減到20%～40%的額定電壓後實現的切換通常稱為“殘壓切換”。殘壓切換雖能保證電動機安全，但由於母線失電時間過長，電動機自啟動成功與否以及自啟動時間等都將受到較大限制。
4）長延時切換：當備用電源的容量不能承擔廠用電全部用電負荷，或者不能滿足殘壓切換情況下電動機的自啟動需要時，機組停車過程中的正常切換隻能考慮長延時切換。
總結
工作電源失電情況下，為了確保火力發電廠能夠迅速恢復正常運行或安全停爐停機，確保裝置的生產連續性，應該選用可靠的備用電源自動投入裝置。工程設計中，火力發電廠應優先選用微機型廠用電快速切換裝置，生產裝置區變電所應選用微機型BZT裝置。隨著微處理技術的繼續發展，備用電源自動投入裝置將進一步向計算機化、網路化和智慧型化的方向發展，保護、控制、測量和數據通訊將趨於一體化。
