TRIPPING MATRIX DEVICE 7UW50

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1 SIPROTEC 4 7VU68 多功能电源切换装置 产品目录 V1.1 7VU683 V4.60 / 7VU681 V4.60

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3 SIPROTEC 4 7VU68 多功能电源切换装置 装置 SIPROTEC 4 7VU68 就是特意为实现这个功能而设计的 整个装置基于在世界范围内广为应用的 SIPROTEC 4 平台开发设计, 有效确保了系统的稳定 可靠和高效 得益于这个平台的强大性能和开放性, 这个装置内部除了集成了电源切换功能, 还把保护功能 监视功能等都集成在一起 根据应用场合的不同, 装置 7VU68 又可以分为 HSBT 7VU683 和 ATS 7VU681 两种不同类型的功能 7VU683 设计用于快速切换, 而 7VU681 设计用于慢速切换 因此, 装置 7VU68 可用于所有的电源切换场合, 无论是在发电厂 电网或工业系统中 图 1 电源切换装置 7VU68 前视图概述电力系统中, 连续 可靠的电力供给始终是最为关心的话题 在发电厂 化工厂以及石化工厂等企业的厂用电系统中, 存在着大量的电机负荷以满足不同的作业流程, 因此持续有效的电力供应对于保证生产的稳定可靠来说至关重要 而对于电网来说, 如在变电站中, 虽然没有旋转负荷, 但是站用系统也要求保证连续的电力供给 SIPROTEC 4 7VU68 装置在做软硬件设计时, 充分考虑到了各种应用场合 它既适用于单母接线的一次系统, 也适用于单母分段接线的一次系统 易于使用 是贯穿整个产品设计的主题, 预定义和默认配置的内部各个功能参数方便了工程设定, 而大屏幕 图形化的 LCD 显示屏能极大地方便工程调试与现场操作 SIPROTEC 4 7VU68 装置内部集成了多个保护功能, 这些保护功能主用针对单母分段接线的一次系统设计 如果母线发生短路或接地故障, 保护功能可快速启动, 以跳开母线分段开关 SIPROTEC 4 7VU68 装置内部还集成了多个监视功能 除了监视装置本体的运行状况外, 还能监视母线的电压相序以及母线与进线的电压二次回路 一旦监视到异常, 装置将给出告警信号 SIPROTEC 4 7VU68 装置内部自带 CFC 可编程逻辑功能, 这个功能允许用户根据现场的需要定义不同的逻辑组合, 以实现特定的用户功能 同时, 用户还可自定义所需要的信号 图 2 运行中的中压开关柜为了满足以上需求, 中压系统的母线通常会接入两路或以上的独立电源, 以便在主电源中断或者故障时可以将母线切换至备用电源供电 这种电源系统的切换是由电源切换装置在短时间内自动执行并完成的 西门子 SIPROTEC 4 7VU68 装置提供各种国际通用的通讯协议和接口, 在现代通讯架构下可灵活实现与远方控制中心的信息交换 切换功能 HSBT 7VU683 快速切换功能, 提供断路器高速合闸接点 ( 仅 1ms 的继电器动作时间 ) ATS 7VU681 慢速切换功能 Siemens SIP /24

4 保护功能 相过流保护 零序过流保护 相电流充电保护 零序电流充电保护 监视功能 燃气电站联合循环电站 IGCC 整体煤气化联合循环电站核电站 装置状态自检故障录波母线电压相序监视母线与进线电压二次回路监视 通讯接口 前面板 DIGSI 就地调试接口,RS232 系统接口 B - IEC , 单 RS485 电口或 ST 光口 - IEC , 双 RJ45 电口 - IEC 61850, 以太网双 RJ45 电口或双 LC 光口 - Modbus, 单 RS485 电口或 ST 光口 - Profibus-DP, 单 RS485 电口或 ST 光口服务接口 C - 后面板 DIGSI 远程访问与设定 DCF 77/IRIG B 时钟同步接口 A 图 4 发电 慢速切换 水电站 抽水蓄能电站 燃煤电站 装置语言 英文 中文 典型应用 图 5 电网 慢速切换 变电站 变电站 图 3 能源链 SIPROTEC 4 7VU68 可用于整个能源链的所有电源切换场合, 典型应用如发电领域 电网以及工业系统 发电 - 快速切换 燃煤电站 图 6 工业 化工厂 石化工厂 石化工厂 2/24 Siemens SIP 2012

5 炼油厂 钢铁厂 水泥厂 应用 1 快速切换 - HSBT 7VU683 在电厂的厂用电系统以及有些工业系统中, 存在着大量的旋转负荷, 因此保证安全可靠的供电显得十分重要 如果主电源供电中断或者发生故障, 那么要求安全 快速地切换到其它电源 为了实现这些目标, 中压系统母线通常接入两路或以上的供电电源, 在需要的时候通过自动化设备自动实现电源切换 这类自动化设备能实现不同电源之间的安全 快速切换, 称之为快速切换装置 HSBT 西门子很早就提出了这方面的解决方案, 并且有着几十年成熟丰富的现场经验 西门子 AUE 系列快速切换系统引领着技术潮流, 广泛应用于全球范围内的电厂厂用电系统和工业电气领域 电源切换装置 7VU68 的快切功能类型 HSBT 7VU683, 其设计理念基于现有的 AUE 系列, 但是更为紧凑 集成度更高 它融合了各种最新的快切理念, 如不同的起动条件 切换时序以及切换方式等 装置还集成了多个保护功能, 用于单母分段接线系统中的分段开关保护 另外, 还提供电压回路的监视功能 钥匙 只有当钥匙打到 Remote( 远方 ) 位置时, 才可以在远方以通讯的方式起动快切 反之亦然 事故起动条件对于事故起动条件来说, 电力系统的进线中一定存在某种故障, 起动命令只能来自于外部设备, 如进线继电保护装置 异常起动条件对于异常起动条件来说, 一定是由于某种原因导致产生了母线电压的扰动, 起动命令可以由快切装置 7VU683 内部自动产生 这些异常起动条件包括 : - 低压起动条件 - 低频起动条件 - 开关偷跳起动条件为了确保这些异常起动条件安全可靠, 装置引入了进线电流判据, 以作为以上主判据的辅助判据 只有主判据和辅助判据同时满足条件, 母线电压异常情况下装置才会自动发出起动命令 起动条件快切装置 HSBT 7VU683 可以支持以下几种起动条件 : - 正常起动 - 事故起动 - 低压起动 - 低频起动 - 开关偷跳起动以上各起动条件可自由组合设定, 就是说任何一种起动条件均可独立设定为某种切换时序或者 退出. 正常起动条件对于正常起动来说, 电力系统不存在任何故障, 起动命令只能由手工触发 这个起动命令可以来自远方控制中心和 / 或本地控制器, 可以是通过硬接线的方式也可以是通讯的方式接入装置, 如 : - 电站的 DCS 系统 - 透平机控制系统 - 就地屏柜起动命令的远方与就地操作权限受控于内部的 CFC 逻辑以及装置面板上的 Remote( 远方 )/ Local( 就地 ) 切换 如果运行中的进线开关是由人工跳开, 那么此时必须闭锁电源自动切换 这种情况下, 可以在配置矩阵表中将手动分闸信号 > CB1 HHJ 和 > CB2 HHJ 引入 HSBT 7VU683, 装置将根据输入信号状态自动闭锁快切 切换时序按照开关之间动作先后的不同, 可以定义为不同的切换时序 快切装置 HSBT 7VU683 支持以下切换时序 : - 并联切换时序 - 同时切换时序 - 串联切换时序并联切换时序和同时切换时序只支持正常起动条件, 而串联切换时序可支持所有的起动条件 并联切换时序如果母线上的两个进线电源允许短时间并列运行, 电源切换就可选择并联切换时序 如果选择了并联切换时序, 那么在接收到 Siemens SIP /24

6 起动命令后,HSBT 7VU683 将首先发出合闸命令到待合开关 当待合开关成功合闸后, 装置将跳开待分开关 分闸命令可以由装置自动发出, 也可以由人工手动发出, 这取决于参数选项 : - 并联全自动切换 - 并联半自动切换如果选择了并联全自动切换时序, 合闸完成后, 装置将在整定的分闸延时过后自动发出分闸命令到待分开关 如果选择了并联半自动切换时序, 合闸完成后, 装置将等待外部分闸指令 一旦接收到分闸指令, 装置将立即发出分闸命令到待分开关 并联切换时序的定值准则如下 : - df < 8855 同时切换允许频差 - dϕ < 8856 同时切换允许角差 如果待分开关未能跳开, 那么装置将自动发出分闸命令解开已经合上的待合开关 可以通过下图来理解同时切换的动作时序 ( 假设合 CB2 分 CB1): - df < 8851 并联切换允许频差 - du < 8852 并联切换允许压差 - dϕ < 8853 并联切换允许角差 如果待分开关未能跳开, 那么装置将自动发出分闸命令解开已经合上的待合开关 可以通过下图来理解并联切换的动作时序 ( 假设合 CB2 分 CB1): 图 8 同时切换时序图 由于开关的分 合闸动作时间不同 ( 通常开关分闸时间小于合闸时间 ), 同时切换时序会造成母线短时间断电 最短断电时长取决于开关分 合闸时间差 串联切换时序 图 7 并联切换时序图 并联切换有很大的优点, 那就是可以避免母线供电中断 为了尽可能缩短两个电源并列运行的时间, 应该优先选择并联全自动切换时序 同时切换时序 如果母线上的两个进线电源不允许并列运行, 那么电源切换可选择同时切换时序 如果选择了同时切换时序, 那么在接收到起动命令后, HSBT 7VU683 将首先发出分闸命令到待分开关 与此同时, 如果所需的其它条件满足, 装置将发出合闸命令到待合开关 如果开关的合闸时间小于分闸时间, 那么可设定一个开关合闸延时以避免两个电源并列运行 定值准则如下 : 图 9 串联切换时序图如果选择了串联切换时序, 那么在接收到起动命令后,HSBT 7VU683 将首先发出分闸命令到待分开关 与此同时, 如果所需 4/24 Siemens SIP 2012

7 的其它条件满足, 装置将发出合闸命令到待合开关 不同于并联切换时序和同时切换时序, 串联切换时序只有在待分开关成功分闸后才会发合闸命令 可以通过图 9 来理解串联切换的动作时序 ( 假设合 CB2 分 CB1) 切换模式 从图 10 的曲线 A 可以看到, 残压的频率和幅值随着时间变化而不断降低, 但是残余电压与参考电压之间的角差却在不断变大 图 11 展示了残压的更多特征 残余电压 Ures 与参考电压 Uref 之间构成的差拍电压 du 等效回路见图 图 12 差拍电压 du 等效回路图 0.8s 0.1s 开关合闸时刻在电动机上的电压降 Um 由下式决定 : Um = du xm /(xm +xs) = k du ( 公式 -1) 这里, 参数 xm 和 xs 分别是母线负载和参考系统的等值电抗 出于电动机安全的原因, 切换过程中的 Um 值必须不大于其耐受电压 ko/v Un. 因此, 最大允许的差拍电压幅值 du max 可由下式计算得到 : 图 10 母线残压矢量轨迹图在电厂厂用电系统和工业电力系统中, 中压母线上连接有大量的异步电机负荷 如果母线上的主电源中断, 母线上将出现由异步电机感应出的残余电压 图 10 展示的就是众所周之的母线残压矢量轨迹图 du max = ko/v/k Un ( 公式 -2) 如果电动机耐受电压倍数 ko/v = 1.1 以及分压比 k = 0.67, 那么计算得到的最大允许差拍电压幅值 du max 为 1.64 Un ( 即图 10 的曲线 B) 如果电动机耐受电压倍数 ko/v = 1.1 以及分压比 k = 0.95, 那么计算得到的最大允许差拍电压幅值 du max 为 1.15 Un ( 即图 10 的曲线 C) 计算结果可作为参数整定的依据 曲线 B( 或曲线 C) 将图 10 的平面分成两部分 左边部分称作不安全区域, 因为差拍电压幅值 du 大于最大允许的差拍电压幅值 du max, 这可能会损伤电动机定子绕组绝缘 相反, 右边部分差拍电压幅值 du 小于最大允许的差拍电压幅值 du max, 因此称作安全区域 图 11 残余电压 Ures 和差拍电压 du 特征 Siemens SIP /24

8 快切装置 HSBT 7VU683 遵循以上原则, 并依次定义了以下五种 模式 ( 参见图 10), 以实现快速 安全的电源切换 : - 快速切换模式 (I 区 ) - 实时快速切换模式 (II 区和 IV 区 ) - 同相捕捉切换模式 (V 区 ) - 残压切换模式 - 长延时切换模式 以上各种切换模式可以自由组合, 也就是说每种模式均可通过 软压板在远方或通过装置面板在就地单独设定为 投入 或 退 出 值得指出的是, 母线电压和备用电源电压之间由于接线带来的 初始角差 dϕ 以及初始幅值差 du, 可在参数配置时由装置自动 实现补偿 快速切换模式 研究与试验均表明, 很多情况下残余电压与差拍电压的典 型值如 df dϕ 和 du 在开关刚跳开的开始几十毫秒内足够 小, 此时合闸带给电动机的冲击电流较小, 这为实现快速 安全的电源切换提供了有利条件 如果当前计算值 df dϕ 以及当前测量值 Ures 满足预定义的判据, 装置将立即发出 合闸命令至待合开关 快速切换准则如下 : - df < 8858 快速切换允许频差 - dϕ < 8859 快速切换允许角差 - Ures > 8860 快速切换低压闭锁值 快切装置 HSBT 7VU683 在快速切换模式下的典型动作时间 为 20ms 左右 现代的真空开关合闸时间通常很短如 60ms, 那么母线的断电时间在 80ms 左右 实时快速切换模式 如果快速切换模式未能成功, 按照图 10 程序将自动转入下 一个切换模式 - 实时快速切换 ( 如果设定为 投入 ) 这个模式将考虑切换过程中的电动机耐受电压水平, 就是 说待合开关两侧的差拍电压幅值 du 不能超过最大允许的 差拍电压幅值 du max 智能装置 HSBT 7VU683 会根据当前 的滑差率以及设定的 CBx 合闸时间, 来预测待合开关 合闸时刻的角差 dϕ 和差拍电压 du 如果当前计算值 df 预 测值 dϕ 和 du 当前测量值 Ures 均满足预定义的判据, 装 置将立即发出合闸命令至待合开关 实时快速切换准则如 下 : - df < 8861 实时快速切换允许频差 - du < 8862 实时快速切换允许压差 - dϕ < 8863 实时快速切换允许角差 - Ures > 8864 实时快速切换低压闭锁值 同相捕捉切换模式当残余电压转到接近于参考电压的角度时, 就进入了同相捕捉切换模式 ( 如果设定为 投入 ) 如果合闸时刻的角差 dϕ 为零, 那么带给电动机的合闸冲击较小, 有利于进行安全的电源切换 智能装置 HSBT 7VU683 会根据当前的滑差率以及设定的 CBx 合闸时间, 来预测待合开关合闸时刻的角差 dϕ 如果当前计算值 df 预测值 dϕ 以及当前测量值 Ures 均满足预定义的判据, 装置将立即发出合闸命令至待合开关 同相捕捉切换准则如下 : - df < 8868 同相捕捉切换允许频差 - dϕ < 8869 同相捕捉切换允许角差 - Ures > 8870 同相捕捉切换低压闭锁值 残压切换模式如果以上切换模式均未能成功, 程序依然可以往下进入残压切换模式 ( 如果设定为 投入 ) 如果残余电压幅值 Ures 低于整定值 8871 残压切换定值, 那么残压切换模式将启动, 装置将立即发出合闸命令至待合开关 残压典型定值可以设定为 30%Un 为了降低低压情况下母线电机群的自起动电流, 可以在残压切换之前进行低压减载 快切装置 HSBT 7VU683 内部集成了低压减载功能, 该功能有两段低压定值, 每段定值带一段动作延时 该功能会在残压切换之前启动 如果不需要低压减载, 可在现场手动退出 长延时切换模式即使所有前述切换模式均失败, 装置仍然提供最后一道后备模式 - 长延时切换 ( 如果设定为 投入 ) 只要切换时间大于整定的参数 8872 长延时切换定值, 那么长延时切换模式将启动, 装置将立即发出合闸命令至待合开关 长延时典型定值可以设定为 3s. 6/24 Siemens SIP 2012

9 快切录波示例 快速切换模式 图 13 单母分段接线快速切换模式录波 图 13 和图 14 简要描述 图 14 单母分段接线快速切换事件记录 - 进线 1 为工作电源, 进线 2 为备用电源, 分段开关为 CB3( 处于合闸状态 ) - 进线 1 发生故障由继电保护跳开, 同时起动快切 - 要求将母线负荷切换到进线 2-0ms 时刻, 快切功能启动, 装置发 跳断路器 1 命令 - 12ms 时刻,CB1 跳开 - 26ms 时刻, 装置发 合断路器 2 命令 - 62ms 时刻,CB2 合上 - 快速切换成功, 母线断电时间约 50ms - 一次系统为单母分段接线 Siemens SIP /24

10 切换方向定义与接线示例 一次系统单母接线 CT1 CT2 BO6 Ua_B Ub_B Uc_B BO11 图 15 切换方向 L1->L2, 单母接线 CT1 CT2 BO10 Ua_B Ub_B Uc_B BO13 图 16 切换方向 L2->L1, 单母接线 快切装置 HSBT 7VU683 根据开关 CB1 和 CB2 的状态自动确 定切换方向 以上电源切换可通过软压板在远方或通过装置面板在就地实现投入或退出 8/24 Siemens SIP 2012

11 一次系统单母分段接线 : 开关 CB1 和 CB3 处于合位, 开关 CB2 处于分位 CT1 Q8 Q7 Q5 Q6 Q3 Q4 Q1 Q2 K16 K18 K17 K15 CT2 BO6 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO11 图 17 切换方向 L1->L2, 单母分段接线 CT1 Q8 Q7 Q5 Q6 Q3 Q4 Q1 Q2 K16 K18 K17 K15 CT2 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 BO5 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO11 图 18 切换方向 B2->L2, 单母分段接线 对应于这种开关状态关系, 存在这两种可能的切换方向 因此, 分别对应于不同切换方向的起动命令必须在外部分开然后接入装置的不同开入量, 如切换起动命令 L1->L2 接入开入量 BI13, 而切换起动命令 B2->L2 接入开入量 BI12 装置将根据输入的起动命令正确执行相应的切换方向 以上电源切换可通过软压板在远方或通过装置面板在就地实现投入或退出 Siemens SIP /24

12 一次系统单母分段接线 : 开关 CB2 和 CB3 处于合位, 开关 CB1 处于分位 CT1 Q8 Q7 Q5 Q6 Q3 Q4 Q1 Q2 K16 K18 K17 K15 CT2 BO10 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO13 图 19 切换方向 L2->L1, 单母分段接线 CT1 Q8 Q7 Q5 Q6 Q3 Q4 Q1 Q2 K16 K18 K17 K15 CT2 BO10 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 BO5 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 图 20 切换方向 B1->L1 单母分段接线 对应于这种开关状态关系, 存在这两种可能的切换方向 因此, 分别对应于不同切换方向的起动命令必须在外部分开然后接入装置的不同开入量, 如切换起动命令 B1->L1 接入开入量 BI13, 而切换起动命令 L2->L1 接入开入量 BI12 装置将根据输入的起动命令正确执行相应的切换方向 此正确执行切换方向 对于开入量 BI12 也有相同的情况 以上电源切换可通过软压板在远方或通过装置面板在就地实现投入或退出 我们注意到, 即使开入量 BI13 已经配置了切换起动命令 L1->L2, 仍然可再配置切换起动命令 B1->L1, 这是因为这两个切换命令所对应的一次系统开关状态不同, 装置将据 10/24 Siemens SIP 2012

13 一次系统单母分段接线 : 开关 CB1 和 CB2 处于合位, 开关 CB3 处于分位 Power Supply1 1 Direction B1->B2 B1->B2 Power Supply2 2 PT1 PT2 s HSBT 7VU683 Line1 1(L1) Q8 Q7 Q5 Q6 Q3 Q4 Q1 Q2 BO6 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 K16 K18 K17 K15 BO12 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 Line2 2(L2) CT1 CT2 CT3 CB1 Busbar1 1(B1) CB3 Busbar2 2(B2) CB2 图 21 切换方向 B1->B2, 单母分段接线 CT1 Q8 Q7 Q5 Q6 Q3 Q4 Q1 Q2 K16 K18 K17 K15 CT2 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 BO12 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO13 图 22 切换方向 B2->B1, 单母分段接线 对应于这种开关状态关系, 存在这两种可能的切换方向 因此, 分别对应于不同切换方向的起动命令必须在外部分开然后接入装置的不同开入量, 如切换起动命令 B1->B2 接入开入量 BI13, 而切换起动命令 B2->B1 接入开入量 BI12 装置将根据输入的起动命令正确执行相应的切换方向 的情况 以上电源切换可通过软压板在远方或通过装置面板在就地实现投入或退出 我们注意到, 即使开入量 BI13 已经配置了切换起动命令 L1->L2 和 B1->L1, 仍然可再配置切换起动命令 B1->B2, 这是因为这三个切换命令所对应的一次系统开关状态不同, 装置将据此正确执行切换方向 对于开入量 BI12 也有相同 Siemens SIP /24

14 关于切换方向在正常起动条件下, 快切装置 HSBT 7VU683 支持双向电源切换, 就是说装置可根据开关之间的状态关系将主电源切换到备用电源, 也可将备用电源切换至主电源 实践中, 故障起动条件 低压起动条件 低频起动条件和开关偷跳时通常只要求单向切换, 即仅允许从主电源切换至备用电源 如果这种情况下仅要求单向切换, 则可整定参数 8831 非正常起动只允许单向切换 = 是 如果任何起动条件下均要求 双向切换, 即也允许从备用电源切换至主电源, 那么可将参数整定为 否 值得指出的是, 装置内部将电源 1 默认为主电源, 电源 2 默认为备用电源 因此, 如果非正常起动条件下仅允许单向切换, 那么应该按照图 15~ 图 22 的接线示例连接电源 1 和装置 表 -1 和表 -2 标示了不同起动条件和切换方向之间的交互关系 : CB1 CB2 合位分位 分位合位 L1 L2 U_B U_L2 是 是 是 是 是 L2 L1 U_B U_L1 是 否 1) 否 1) 否 1) 否 1) 1) 如果参数 8831 " " = " ", 那么这一格就是 " 否 " 否则, 这一格应该为 " 是 " 表 -1 起动条件与切换方向之间的默认交互关系, 单母接线 表 -2 起动条件与切换方向之间的默认交互关系, 单母分段接线 快切调试模式为了方便快切功能测试和现场调试,HSBT 7VU683 内置了快切调试模式 调试模式可通过设定参数 8820 调试模式 = 是 来启动, 也可通过开入量指令 > 调试模式 来启动 如果装置进入调试模式, 那么快切功能将执行前述流程 不同的是, 流程结束后实际的合闸命令将被闭锁, 装置发带试验标记的合闸信号 快切调试模式有助于装置投运前的测试和验证工作 如果手动断开进线断路器,HSBT 7VU683 启动并进入设定的切换流程 切换结束后, 借助于内置的录波功能和事件记录功能, 可以对动作时序和整定值进行深度评估 这些评估结果, 有助于提出对相关的整定值的优化建议 快切装置复位装置默认设定需要手动复归, 即如果快切装置 HSBT 7VU683 已经执行了一次切换, 无论成功或者失败, 装置都将进入放电状态等待手动复归指令 复归指令可通过开入量接入装置, 也可直接来自装置面板上的 LED 复归按钮 这个复位逻辑可通过设定参数 8817 手动复归快切 = 否 来修改 此时, 如果装置已经成功地执行了一次切换, 装置自动进入充电状态 充电完成可再次接受下一次切换请求, 而无需等待手动复归指令 而如果前一次切换失败, 则将进入放电状态等待手动复归指令 12/24 Siemens SIP 2012

15 应用 2 慢速切换 - ATS 7VU681 在有些应用场合, 如水电站和变电站, 在主电源故障的情况下要求能保证其站用电系统连续供电 这些系统中通常没有大容量的旋转负荷, 不要求很短的电源切换时间 为了平稳 自动地实现电源切换, 就需要用到备用电源自动投入装置 ATS 通常, 备用电源自动投入功能可由分散安装在不同中压开关柜上的智能电子设备 -IEDs 通过预定义的逻辑来实现 西门子提出一种紧凑型的解决方案, 具有更高的集成度, 即将必要的模拟量测量 开关量输入 开关量输出以及硬接线整合到备投装置 7VU681 中 电源切换装置 7VU68 的备投功能类型 ATS 7VU681, 易于使用且可广泛适用于不同的备投要求 装置还集成了多个保护功能, 用于单母分段接线系统中的分段开关保护 另外, 还提供电压回路的监视功能 概述 要起动备用电源的自动投入, 其先决条件是设备处于充电状态, 即备用电源有压, 相关的开关在正确位置, 无外部闭锁信号等等 否则, 只要一个条件不满足, 装置就进入放电状态, 不会执行任何的切换请求 备投功能由装置 ATS 7VU681 根据整定的参数在内部自动启动, 这其中的主要启动判据来自进线电压监视和母线电压监视 为了确保备投正确启动, 除了应用电压主判据, 装置内部还引入了进线电流辅助判据 如果运行中的进线开关是由人工跳开, 那么此时必须闭锁电源自动切换 这种情况下, 可以在配置矩阵表中将手动分闸信号 > CB1 HHJ 和 > CB2 HHJ 引入 ATS 7VU681, 装置将根据输入信号状态自动闭锁备投 如果备投装置 ATS 7VU681 已经执行了一次切换, 无论成功或者失败, 装置都将进入放电状态等待手动复归指令 复归指令可通过开入量接入装置, 也可直接来自装置面板上的 LED 复归按钮 这个复位逻辑可通过设定参数 0213 手动复归备投 = 否 来修改 此时, 如果装置已经成功地执行了一次切换, 装置自动进入充电状态 充电完成可再次接受下一次切换请求, 而无需等待手动复归指令 而如果前一次切换失败, 则将进入放电 状态等待手动复归指令 备投装置 ATS 7VU681 预定义了八种切换模式, 参见图 23~ 图 36 各种切换模式可通过软压板在远方或通过装置面板在就地实现投入或退出 如果预定义的切换模式不满足现场需求, 则可通过内置的 CFC 可编程逻辑功能定义实际需要的备投逻辑 过负荷联切如果备用变压器的容量小于主变压器容量, 那么在备投完成后将导致备用变压器过负荷 预定义并甩掉部分负荷将有助于系统稳定 备投装置 ATS 7VU681 内置的两轮过负荷联切功能就是针对这种需求设计 过负荷联切功能采用进线过电流判据, 装置将根据不同的切换模式自动确定采用某路进线电流 所有的切换模式均支持过负荷联切功能, 并可分别投退 过负荷联切功能设有一段电流定值和两段动作延时, 每段延时出口可独立引出以适应不同的甩负荷方案 均衡负荷某些复杂的一次系统中 ( 见图 35), 备投动作后将分合多个开关 如果备投完成后肯定将导致备用变压器过负荷, 那么预定义并转移掉部分负荷到其它母线将有助于系统稳定 备投装置 ATS 7VU681 内置的均衡负荷功能就是针对这种需求设计 这个功能可通过软压板在远方或通过装置面板在就地实现投入或退出 Siemens SIP /24

16 切换模式与接线示例 一次系统单母分段接线 : 开关 CB1 CB3 CB4 和 CB5 处于合位, 开关 CB2 处于分位 Q5 Q3 Q1 CT1 Transformer1 1(T1) BO6 BO10 BO17 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 BO5 BO12 Q8 Q7 Ie_B Q6 Q4 Q2 Ic_B Ib_B Ia_B K16 K18 K17 K15 Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO13 BO11 BO15 BO14 BO18 CT2 Transformer2 2(T2) 图 23 进线备投 L1->L2 备投功能充电基本条件如下, 与 逻辑 : - 开关 CB1 和 CB3 处于合位, 开关 CB2 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 - > 8902 进线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 - 判据 > 8902 进线有压定值 返回动作时序见图 24: 如果参数 0214 进线 2 电压接线 = 未连接, 那么装置默认进线 2 有压 备投功能启动基本条件如下, 与 逻辑 : - U_B1 < 8901 母线无压定值 - U_B2 < 8901 母线无压定值 - < 8904 进线无流定值 - > 8902 进线有压定值 一旦备投功能进入放电状态, 切换将立即停止 备投功能放电基本条件如下, 或 逻辑 : - 开关 CB1 处于分位 - 开关 CB3 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 图 24 进线备投 L1->L2 动作时序 14/24 Siemens SIP 2012

17 一次系统单母分段接线 : 开关 CB2 CB3 CB4 和 CB5 处于合位, 开关 CB1 处于分位 Q5 Q3 Q1 CT1 Transformer1 1(T1) BO6 BO10 BO17 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 BO5 BO12 Q8 Q7 Ie_B Q6 Q4 Q2 Ic_B Ib_B Ia_B K16 K18 K17 K15 Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO13 BO11 BO15 BO14 BO18 CT2 Transformer2 2(T2) 图 25 进线备投 L2->L1 备投功能充电基本条件如下, 与 逻辑 : - 开关 CB2 和 CB3 处于合位, 开关 CB1 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 - > 8902 进线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 - 判据 > 8902 进线有压定值 返回动作时序见图 26: 如果参数 0213 进线 1 电压接线 = 未连接, 那么装置默认进线 1 有压 备投功能启动基本条件如下, 与 逻辑 : - U_B1 < 8901 母线无压定值 - U_B2 < 8901 母线无压定值 - < 8904 进线无流定值 - > 8902 进线有压定值 一旦备投功能进入放电状态, 切换将立即停止 备投功能放电基本条件如下, 或 逻辑 : - 开关 CB2 处于分位 - 开关 CB3 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 图 26 进线备投 L2->L1 动作时序 Siemens SIP /24

18 一次系统单母分段接线 : 开关 CB1 CB2 CB4 和 CB5 处于合位, 开关 CB3 处于分位 Q5 Q3 Q1 CT1 Transformer1 1(T1) BO6 BO10 BO17 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 BO5 BO12 Q8 Q7 Ie_B Q6 Q4 Q2 Ic_B Ib_B Ia_B K16 K18 K17 K15 Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO13 BO11 BO15 BO14 BO18 CT2 Transformer2 2(T2) 图 27 分段备投 B1->B2 备投功能充电基本条件如下, 与 逻辑 : - 开关 CB1 和 CB2 处于合位, 开关 CB3 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 备投功能启动基本条件如下, 与 逻辑 : - U_B1 < 8901 母线无压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 - < 8904 进线无流定值 一旦备投功能进入放电状态, 切换将立即停止 备投功能放电基本条件如下, 或 逻辑 : - 开关 CB1 处于分位 - 开关 CB2 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 动作时序见图 28: 图 28 分段备投 B1->B2 动作时序 16/24 Siemens SIP 2012

19 一次系统单母分段接线 : 开关 CB1 CB2 CB4 和 CB5 处于合位, 开关 CB3 处于分位 Q5 Q3 Q1 CT1 Transformer1 1(T1) BO6 BO10 BO17 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 BO5 BO12 Q8 Q7 Ie_B Q6 Q4 Q2 Ic_B Ib_B Ia_B K16 K18 K17 K15 Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO13 BO11 BO15 BO14 BO18 CT2 Transformer2 2(T2) 图 29 分段备投 B2->B1 备投功能充电基本条件如下, 与 逻辑 : - 开关 CB1 和 CB2 处于合位, 开关 CB3 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 备投功能启动基本条件如下, 与 逻辑 : - U_B2 < 8901 母线无压定值 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - < 8904 进线无流定值 一旦备投功能进入放电状态, 切换将立即停止 备投功能放电基本条件如下, 或 逻辑 : - 开关 CB1 处于分位 - 开关 CB2 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 动作时序见图 30: 图 30 分段备投 B2->B1 动作时序 Siemens SIP /24

20 一次系统单母分段接线 : 开关 CB1 CB3 和 CB4 处于合位, 开关 CB2 和 CB5 处于分位 Power Supply1 1 PT1 Direction T1->T2 T1->T2 Power Supply2 2 PT2 CB4 CB5 Line1 1(L1) Q5 Q3 Q1 CT1 Transformer1 1(T1) Q8 Q7 BO17 Q6 Q4 Q2 K16 K18 K17 K15 BO6 BO10 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 s ATS 7VU681 BO5 BO12 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO15 BO14 BO18 BO13 BO11 Transformer2 2(T2) Line2 2(L2) CT2 CB1 CT3 CB2 Busbar1 1(B1) CB3 Busbar2 2(B2) 图 31 变压器备投 T1->T2 备投功能充电基本条件如下, 与 逻辑 : - 开关 CB1 和 CB3 处于合位, 开关 CB2 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 - > 8902 进线有压定值 - 判据 > 8902 进线有压定值 返回动作时序见图 32: 发分闸命令至开关 CB1 如果参数 0214 进线 2 电压接线 = 未连接, 那么装置默认进线 2 有压 备投功能启动基本条件如下, 与 逻辑 : - U_B1 < 8901 母线无压定值 - U_B2 < 8901 母线无压定值 - < 8904 进线无流定值 - > 8902 进线有压定值 一旦备投功能进入放电状态, 切换将立即停止 备投功能放电基本条件如下, 或 逻辑 : CB1 分位? 是发合闸命令至开关 CB5 CB5 合位? 是发合闸命令至开关 CB2 CB2 合位? 是 否 否 否 - 开关 CB1 处于分位 - 开关 CB3 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 图 32 变压器备投 T1->T2 动作时序 18/24 Siemens SIP 2012

21 一次系统单母分段接线 : 开关 CB2 CB3 和 CB5 处于合位, 开关 CB1 和 CB4 处于分位 Power Supply1 1 PT1 Direction T2->T1 T2->T1 Power Supply2 2 PT2 CB4 CB5 s ATS 7VU681 Line1 1(L1) Line2 2(L2) CB1 Busbar1 1(B1) 图 33 CB3 CT3 变压器备投 T2->T1 Busbar2 2(B2) CB2 备投功能充电基本条件如下, 与 逻辑 : - 开关 CB2 和 CB3 处于合位, 开关 CB1 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 - > 8902 进线有压定值 如果参数 0213 进线 1 电压接线 = 未连接, 那么装置默认进线 1 有压 备投功能启动基本条件如下, 与 逻辑 : - U_B1 < 8901 母线无压定值 - U_B2 < 8901 母线无压定值 - < 8904 进线无流定值 - > 8902 进线有压定值 - 判据 > 8902 进线有压定值 返回动作时序见图 34: 发分闸命令至开关 CB2 否 CB2 分位? 是发合闸命令至开关 CB4 否 CB4 合位? 是发合闸命令至开关 CB1 否 CB1 合位? 一旦备投功能进入放电状态, 切换将立即停止 备投功能放电基本条件如下, 或 逻辑 : - 开关 CB2 处于分位 - 开关 CB3 处于分位 - U_B1 > 8900 母线有压定值 - U_B2 > 8900 母线有压定值 图 34 是 变压器备投 T2->T1 动作时序 Siemens SIP /24

22 一次系统单母分段接线 : 开关 CB1 CB2 CB4 CB5 和 CB6 处于合位, 开关 CB3 和 CB7 处于分位 Power Supply1 1 Power Supply2 2 Power Supply2 2 PT1 Direction B1->B2 w. LS B1->B2 LS:Load-Shifting PT2 CB4 CB5 CB9 Transformer1 1(T1) Q8 Q7 Q6 Q4 Q2 K16 K18 K17 K15 BO17 BO6 BO10 Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 s ATS 7VU681 BO5 BO12 Ie_B Ic_B Ib_B Ia_B Uc_B2 Ub_B2 Ua_B2 BO15 BO14 BO18 BO13 BO11 "18004" -F11 -F12 s ATS 7VU681 Transformer2 2(T2) "18013" Transformer3 3(T3) Line1 1(L1) Line2 2(L2) CT1 CT2 Q5 Q3 Q1 Line3 3(L3) Line4 4(L4) CB1 Busbar1 1(B1) CB3 CT3 Busbar2 2(B2) CB2 CB6 Busbar3 3(B3) CB7 Busbar4 4(B4) CB8 图 35 分段备投 B1->B2 带均衡负荷 备投功能充电基本条件如下, 与 逻辑 : - 同图 27 备投功能启动基本条件如下, 与 逻辑 : - 同图 27 一旦备投功能进入放电状态, 切换将立即停止 备投功能放电基本条件如下, 或 逻辑 : - 同图 27 动作时序见图 36, 图 36 分段备投 B1->B2 带均衡负荷动作时序 20/24 Siemens SIP 2012

23 保护功能电源切换装置 7VU68 内置了保护功能, 用于单母分段接线的一次系统中母联断路器的保护 这个功能可以在配置时设置为 启用 或 禁用 保护功能包括 : - 相过流保护 - 零序过流保护 - 相电流充电保护 - 零序电流充电保护为了提高保护跳闸的可靠性和灵敏度, 除了电流元件作为主判据之外, 还可以引入电压元件作为辅助判据 对于相过流保护和相电流充电保护, 可以引入复合电压闭锁的辅助判据 复合电压逻辑如图 37: 该功能就立即启动 相过流保护功能有两段定值, 每段定值各带一段动作延时 可通过参数 9001 复合电压闭锁 投入或退出复合电压元件. 零序过流保护零序过流保护反应中压系统的接地故障 装置评估零序电流, 只要零序电流值超出整定值, 该功能就立即启动 零序电流动作量可以是装置的自产值 3I0, 也可以是装置的接地电流测量值 Ie 这由参数 9018 零序电流选择 决定 零序过流保护功能有两段定值, 每段定值各带一段动作延时 图 37 复合电压逻辑 可通过参数 9011 零序电压闭锁 投入或退出零序电压元件 相电流充电保护相过流保护可在母线充电过程中 分段开关合上的一段时间之内开放, 其余时间退出 独立的相电流充电保护就是针对这个需求设计 对于零序过流保护和零序电流充电保护, 可以引入零序电压闭锁的辅助判据 装置根据母线 1 三相测量电压自产得到 3U0 零序电压 相电流充电保护和零序电流充电保护的开放时间由参数 9019A 充电保护投入时间 控制 每个保护功能可通过软压板在远方或通过装置面板在就地实现投入或退出 相过流保护相过流保护反应中压系统的各类型短路故障 装置评估模拟量输入通道 I_B 的各相电流, 只要任一相电流测量值超出整定值, 这个功能与相过流保护的动作判据相同, 只是仅在分段开关合上后 由用户整定的一段时间内开放 零序电流充电保护零序过流保护可在母线充电过程中 分段开关合上的一段时间之内开放, 其余时间退出 独立的零序电流充电保护就是针对这个需求设计 这个功能与零序过流保护的动作判据相同, 只是仅在分段开关合上后 由用户整定的一段时间内开放 Siemens SIP /24

24 选型与订货 V U 6 8 E 多功能电源切换装置 7VU A A 0 备投装置 17BI/18BO 快切装置 17BI/18BO(5HS) 1 3 CT In V DC 2), 开入量门槛电压 17V DC 3) In = 1A 1) 1 In = 5A 1) V DC, 开入量门槛电压 17V DC 3) V DC 2), V AC 开入量门槛电压 73V DC 3) 5 1) 额定电流可经跳线修改 2) 装置电压可经跳线修改 3) 开入量门槛电压可经跳线修改 V DC 2), V AC 开入量门槛电压 154V DC 3) 6 面板嵌入式安装, 螺旋式端子 ( 直接连接 / 环形片连接 / 铲形片连接 ) E / 世界, 英语 4),50/60Hz 中国, 中文 4),50/60Hz B w 4) 装置语言可经 DIGSI 修改 B( ) 无系统接口 IEC 规约, RS232 单电口 IEC 规约, RS485 单电口 IEC 规约, 820nm 光纤,ST 连接头 Profibus DP Slave, RS485 电口 Profibus DP Slave, 820 nm 波长, 双环网, ST 连接头 Modbus, RS485 电口 Modbus, 820 nm 波长, ST 连接头 IEC 规约, 双 RJ45 电口 IEC 61850, 100 Mbit, 双以太网 RJ45 电口 IEC 61850, 100 Mbit, 双以太网光口,LC 连接头,1300nm, 多模 L0A L0B L0D L0E L0P L0R L0S C( ) DIGSI 4/modem, RS232 电口 DIGSI 4/modem, RS485 电口 1 2 基本测量值 1 A 电源切换 ( 备投装置 ATS 7VU681 快切装置 HSBT 7VU683) 保护功能 ( 过流保护 零序保护 充电过流保护和充电零序保护 ) 监视功能 22/24 Siemens SIP 2012

25 背板端子图 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 J3 J4 J7 J8 K15 K17 K18 K16 R9 R10 R11 R12 P17 P18 N1 N2 N3 N4 N6 N5 N7 N8 N9 N10 N11 N12 K9 K10 K11 K12 Ia_B Ib_B Ic_B Ie_B N/A N/A Ua_B1 / Ua_B Ub_B1 / Ub_B Uc_B1 / Uc_B Ua_B2 Ub_B2 Uc_B2 BI 6 BI 7 BI 8 BI 9 BI 10 BI 11 BI 12 BI 13 BI 14 BI 15 BI 16 BI 17 HSBT 7VU683 BI 1 BI 2 BI 3 BI 4 BI 5 BO 1 BO 2 BO 3 BO 4 BO 5 BO 6 2) BO 7 1) BO 8 1) BO 9 1) BO 10 2) BO 11 2) BO 12 2) BO 13 2) F5 F6 F7 F8 F9 F10 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 P3 P4 P6 P7 P8 P5 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 J3 J4 J7 J8 K15 K17 K18 K16 K1 BO 14 R9 K2 BI 6 BO 15 R10 K3 BO 16 R11 K4 BI 7 R12 K5 BO 17 K6 P17 BI 8 K7 P18 BO 18 K8 N1 BI 9 N2 1 2 F3 状态接点 N3 3 2 F4 BI 10 N4 BI 11 N6 BI 12 = + F1 N5 辅助电源 (~) F2 - N7 = BI 13 N8 N9 服务接口 C C BI 14 N10 系统接口 B B N11 BI 15 N12 同步时钟接口 A A K9 前板调试接口 BI 16 K10 K11 1) 快速接点 BI 17 2) 高速接点背板接地点 K12 1) 快速接点 Ia_B Ib_B Ic_B Ie_B N/A N/A Ua_B1 Ub_B1 Uc_B1 Ua_B2 Ub_B2 Uc_B2 ATS 7VU681 BI 1 BI 2 BI 3 BI 4 BI 5 BO 1 BO 2 BO 3 BO 4 BO 5 BO 6 BO 7 1) BO 8 1) BO 9 1) BO 10 1) BO 11 1) BO 12 1) BO 13 1) BO 14 BO 15 BO 16 BO 17 BO 18 状态接点 辅助电源 服务接口 C 系统接口 B 同步时钟接口 A 前板调试接口 = = + (~) - 背板接地点 F5 F6 F7 F8 F9 F10 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 P3 P4 P6 P7 P8 P5 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 F3 F4 F1 F2 C B A 图 38 快切装置 HSBT 7VU683 和备投装置 ATS 7VU681 背板端子图 Siemens SIP /24

26 板件分布图 前视 1 中央处理器插件 C-CPU-2 2 输入 / 输出插件 C-I/O-1 3 输入 / 输出插件 C-I/O-10 4 输入 / 输出插件 C-I/O-11 插槽 5 插槽 33 插槽 19 插槽 BI1~BI5 BI16~BI17 BI8~BI15 BI6~BI7 BO14~BO18 BO6~BO13 BO1~BO5 ATS 7VU681 HSBT 7VU683 开入量 (BI) 开出量 (BO) 图 39 电源切换装置 7VU68 板件分布图 尺寸图 单位为 mm 安装板 ± Ø5 或者 M 侧视图 ( 螺旋端子 ) ± Ø5 或者 M4 Ø5 或者 M4 Ø ± ± 0.3 面板开孔 ( 前视 ) Ø5 或者 M R P K F Q N J D C B A 后视图 单位为 mm 图 40 7VU68 面板嵌入式安装或屏柜安装尺寸图 24/24 Siemens SIP 2012

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