东大金智MFC2000-2型快切装置说明书

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MFC2000-2型

微机厂用电快速切换装置

技 术 说 明 书

目 录

1. 概述 ........................................... 1

2. 厂用电切换原理及分析 ........................... 3

2.1 厂用电切换存在的问题 .......................... 3

2.2 厂用电切换方式 ................................ 4

2.3 快速切换、同期捕捉切换、残压切换原理 .......... 4

2.4 厂用电切换应用事项 ............................ 7

2.5 关于快速切换时间 .............................. 8

3. 装置特点及主要技术指标 ........................ 10

3.1 装置主要特点 ................................. 10

3.2 主要技术指标 ................................. 11

4. 装置软硬件简介 ................................ 13

4.1 硬件简介 ..................................... 13

4.2 软件简介 ..................................... 14

5. 功能简介 ...................................... 16

5.1 监测、显示功能 ............................... 16

5.2 切换功能 ..................................... 16

5.3 低压减载功能 ................................. 17

5.4 闭锁报警、故障处理功能 ....................... 17

5.5 起动后加速保护功能 ........................... 20

5.6 事件追忆、录波、打印、通信、GPS 对时功能 ...... 20

6. 定值参数设定 .................................. 22

6.1 整定定值 ..................................... 22

6.2 方式设置 ..................................... 23

7. 设计说明 ...................................... 24

7.1 装置配置 ..................................... 24

7.2 组屏 ......................................... 24

7.3 交流电压输入 ................................. 24

7.4 附图 ......................................... 25

8. 附录 .......................................... 30

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1. 概述

MFC2000型微机厂用电快切装置，适用于发电厂厂用电切换，或其它工业部门，如化工、煤炭和冶金等有较多高压电动机负荷的场合的电源切换。这些场合对电源切换要求较高，在电源切换时不能造成运行中断或设备冲击损坏。

以往厂用电切换一般采用工作开关辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入。这种方式，若合闸瞬间厂用母线反馈电压与备用电源电压间相角差较大，或可能接近180 ，将对电动机造成很大的合闸冲击。对加固定延时的切换方式，也因切换时系统运行方式、厂用负荷、故障类型等因素，不能可靠保证躲过反相点合闸。如待残压衰减到一定幅值后投入备用电源，则由于断电时间过长，母线电压和电动机的转速都下降很大，将严重影响锅炉运行工况，在这种情况下，一方面有些辅机势必退出运行，另一方面，备用电源合上后，由于电动机成组自起动电流很大，母线电压将可能难以恢复，从而导致自起动困难，甚至被迫停机停炉。

MFC2000型微机厂用电快切装置是为解决上述厂用电的安全运行问题，由我公司、东大电气系与望亭发电厂联合研制的高科技产品。研制过程中，广泛征求了设计院、中试所和电厂专家技术人员的意见，参考吸收了引进工程中ASEA 、BBC 等集成电路型和西门子微机型相应设备的先进设计思想和技术。

MFC2000微机厂用电快速切换装置于1997年6月通过电力部电力系统自动化设备质量检验测试中心的全面检测，并于1997年8月通过鉴定。首套MFC2000-1型快切装置于1997年1月开始在望亭电厂11号机（300MW ）投入试运行，至今已有100多套装置在望亭、南京下关电厂，华能苏州电厂、上海石洞口电厂、上海吴泾电厂、浙江嘉兴电厂、安徽洛河电厂、马鞍山二电厂、广西桂林电厂、贵州安顺电厂、四川广安电厂、河南信阳华豫电厂，内蒙达拉特电厂、吉林双辽电厂、青海桥头电厂、河北张家口电厂、山东十里泉电厂、山东聊城电厂等全国各地的几十台大中型机组投入商业运行或陆续投运。装置已经历了数十次事故切换和百余次正常切换，迄今为止，动作正确率和切换成功率均达100%，无一例误动、无一例拒动、无一例误发信。

MFC2000-2型快切装置是MFC2000-1型装置的改进型，在硬件上，继承了1型装置的成熟经验，采用了更为合理的双CPU 架构，主从CPU 分工协调，既保证了切换可靠性，又保证了切换速度及配置的灵活性；在软件上，采用汇编和C 相结合的先进技术，既满足了速度要求，又充分发挥了C 的强大功能；在功能上，增加了分支电流测量录波等其它实用功能；在人机界面方面，采用大液晶显示屏，中文菜单，能直接显示主接线并实时显示各种运行参数和状态；在通信方

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面，既有485口接入DCS 系统，又有232口接便携机，并开发了上位机应用软件，可在便携机上进行实时监测、定值修改以及录波分析、储存打印等功能。

MFC2000微机快切装置获国家电力公司1998年度科技进步三等奖和华东电力集团公司1998年度科技进步二等奖。

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2. 厂用电切换原理及分析

2.1. 厂用电切换存在的问题

大容量火电机组的特点之一是采用机、炉、电单元集控方式，其厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运行的安全、可靠性有着相当重要的影响，而厂用电切换则是整个厂用电系统的一个重要环节。

发电机组对厂用电切换的基本要求是安全可靠。其安全性体现为切换过程中不能造成设备损坏，而可靠性则体现为提高切换成功率，减少备用变过流或重要辅机跳闸造成锅炉汽机停运的事故。

以往的厂用电切换方式主要采用以下几种方式：

✧ 以工作开关辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入；

✧ 在合闸回路中加延时以图躲过180 反相点合闸（短延时切换）；

✧ 在合闸回路中另串普通机电式或电子式同期检查继电器；

✧ 合闸回路中串残压检定环节，即残压切换。

而据有关资料，以上几种厂用电切换方式都不能很好地满足安全性、可靠性的要求。国内有关资料已经提供了不少同厂用电切换有关的问题和事故，如停机停炉、设备冲坏等。事实上，厂用电切换不当引起的问题有些是明显的、突发的，而有些是渐变的。譬如：电动机或备用变受一两次冲击并不一定马上就损坏，即使坏了，也并不一定引起足够的重视。厂用电切换过程与很多因素有关，较长时间未发生问题并不意味着不存在隐患。

国内已发生多起与厂用电切换有关的问题和事故。如某电厂600MW 引进机组由于原设计不合理，几乎每次切换都不成功, 只好增大备用变保护定值，但这显然留下了更大的隐患；某电厂由于厂用电切换不成功, 造成无法安全停机以致大轴损坏；某电厂由于工作电源与备用电源间电气距离很大, 连正常切换都无法保证。

国外在厂用电的事故切换中已广泛采用快速切换，国内近几年的新建工程也基本采用了快速切换装置。随着真空和SF6开关的广泛应用，厂用电源采用新一代快速切换装置已毋容置疑。

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2.2. 厂用电切换方式

厂用电源切换的方式可按开关动作顺序分，也可按起动原因分，还可按切换速度进行分类。

2.2.1. 按开关动作顺序分类(动作顺序以工作电源切向备用电源为例）：

✧ 并联切换。先合上备用电源，两电源短时并联，再跳开工作电源。这种方式多用于正

常切换，如起、停机。并联方式另分为并联自动和并联半自动两种，后文详述。

✧ 串联切换。先跳开工作电源，在确认工作开关跳开后，再合上备用电源。母线断电时

间至少为备用开关合闸时间。此种方式多用于事故切换。

✧ 同时切换。这种方式介于并联切换和串联切换之间。合备用命令在跳工作命令发出之

后、工作开关跳开之前发出。母线断电时间大于0ms 而小于备用开关合闸时间，可设

置延时来调整。这种方式既可用于正常切换，也可用于事故切换。

2.2.2. 按起动原因分类：

✧ 正常手动切换。由运行人员手动操作起动，快切装置按事先设定的手动切换方式（并

联、同时）进行分合闸操作。

✧ 事故自动切换。由保护接点起动。发变组、厂变和其它保护出口跳工作电源开关的同

时，起动快切装置进行切换，快切装置按事先设定的自动切换方式（串联、同时）进

行分合闸操作。

✧ 不正常情况自动切换。有两种不正常情况，一是母线失压。母线电压低于整定电压达

整定延时后，装置自行起动，并按自动方式进行切换。二是工作电源开关误跳，由工

作开关辅助接点起动装置，在切换条件满足时合上备用电源。

2.2.3. 按切换速度分类:

✧ 快速切换

✧ 短延时切换

✧ 同期捕捉切换

✧ 残压切换

2.3. 快速切换、同期捕捉切换、残压切换原理

2.3.1. 快速切换

假设有图1所示的厂用电系统，工作电源由发电机端经厂用高压工作变压器引入，备用电源由电厂高压母线或由系统经起动/备用变引入。正常运行时，厂用母线由工作电源供电，当工作4

电源侧发生故障时，必须跳开工作电源开关1DL ，合2DL ，跳开1DL 时厂用母线失电，由于厂用负荷多为异步电动机，电动机将惰行，母线电压为众多电动机的合成反馈电压，称其为残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。

以极坐标形式绘出的某300MW 机组6KV 母线残压相量变化轨迹(残压衰减较慢的情况) 如图2所示。

0.5S

0.6S

0.9S

3DL

1DL

2DL 4DL 0.4S 0.7S 0.1S 0.2S

图１ 厂用电一次系统（一段）简图 图２ 母线残压特性示意图

图中V D 为母线残压，V S 为备用电源电压，△U 为备用电源电压与母线残压间的差拍电压。合上备用电源后，电动机承受的电压U M 为：

U M = XM / (XS ＋X M ) △U （1）

式中，X M --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.

X S --电源的等值电抗.

令K ＝ X M /（X S ＋X M ），则

U M ＝K △U （2）

为保证电动机安全自起动, U M 应小于电动机的允许起动电压, 设为1.1 倍额定电压U De ，则有：

K △U ＜1.1 UDe （3）

△U （％）＜1.1 / K （4）

设K ＝0.67，则△U （％）＜1.64。图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２中B' －B'' 的左侧均为不安全区域。

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假定正常运行时工作电源与备用电源同相，其电压相量端点为A ，则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”。

图2中，快速切换时间应小于0.2S ，实际应用时，B 点通常由相角来界定，如60︒，考虑到合闸回路固有时间，合闸命令发出时的角度应小于60︒，即应有一定的提前量，提前量的大小取决于频差和合闸时间，如在合闸固有时间内平均频差为1Hz ，合闸时间为100ms ，则提前量约为36︒。

快速切换的整定值有两个，即频差和相角差，在装置发出合闸命令前瞬间将实测值与整定值进行比较，判断是否满足合闸条件。由于快速切换总是在起动后瞬间进行，因此频差和相差整定可取较小值。

2.3.2. 同期捕捉切换

同期捕捉切换由东南大学首次提出，并成功运用于MFC2000快切装置。其原理概括如下： 图2中，过B 点后BC 段为不安全区域，不允许切换。在C 点后至CD 段实现的切换以前通常称为“延时切换”或“短延时切换”。前面已分析过，用固定延时的方法并不可靠。最好的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到在反馈电压与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸，这就是所谓的“同期捕捉切换”。以上图为例，同期捕捉切换时间约为0.6S, 对于残压衰减较快的情况，该时间要短得多。若能实现同期捕捉切换，特别是同相点合闸，对电动机的自起动也很有利，因此时厂母电压衰减到65％－70％左右，电动机转速不至于下降很大，且备用电源合上时冲击最小。

需要说明的是，同期捕捉切换之“同期”与发电机同期并网之“同期”有很大不同，同期捕捉切换时，电动机相当于异步发电机，其定子绕组磁场已由同步磁场转为异步磁场，而转子不存在外加原动力和外加励磁电流。因此，备用电源合上时，若相角差不大，即使存在一些频差和压差，定子磁场也将很快恢复同步，电动机也很快恢复正常异步运行。所以，此处同期指在相角差零点附近一定范围内合闸（合上）。

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6

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°/1ms，因此，任何一方面产生的误差都将大大降低合闸的准确性。

MFC2000系列快切装置的“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±10°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。

2.3.3. 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20％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。

2.4. 厂用电切换应用事项

由于厂用母线上电动机的特性有较大差异，合成的母线残压特性曲线与分类的电动机相角、残压曲线的差异也较大，因此安全区域的划定严格来说需根据各类电动机参数、特性、所带负荷等因素通过计算确定。实际运行中，可根据典型机组的试验确定母线残压特性。试验表明，母线电压和频率衰减的时间、速度和达到最初反相的时间，主要取决于试验前该段母线的负载。负载越多，电压、频率、下降得越慢，达到首次反相和再次同相的时间越长。而相同负载容量下，负荷电流越大，则电压、频率下降得越快，达到最初反相和同相的时间越短。

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100ms ，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10ms ），则备用电源合上时相角差也很小，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100ms ，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

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坏或快切失败。

国外在发电厂厂用电或其它有高压电动机场合，如化工、煤炭和冶金行业的变电站电源切换中，普遍采用结合快速开关的快速切换装置，且切换方式以同时方式为主。

快速切换能否实现，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－变－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。

2.5. 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周波为好，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，快切装置以串联方式实现快速切换时，母线断电时间在100ms 以内，母线反馈电压与备用电源电压间的相位差在备用电源开关合闸瞬间一般不会超过20︒-30︒，这种情况下，冲击电流、自启动电流、母线电压的降落及电动机转速的下降等因素对机炉的运行带来的影响均不大。对开关速度的过分要求是不必要的，因为快速切换阶段频差和相位差的变化较慢，速度提高10ms ，相位差仅减小几度，但对机构的要求不小。

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快切装置本身的固有动作时间包括其硬件固有动作时间和软件最小运行时间。装置硬件固有时间主要包括开关量输入、开关量输出两部分的光隔及继电器动作时间，再加上出口跳合闸继电器的动作时间。软件最小运行时间指最快情况下软件完成测量、判断、执行等的时间。与开关一样，过分追求快速对快切装置来说同样是不必要的，而且是有害的。从硬件来说，就目前的制造水平而言，进一步提高速度意味着减少或取消继电器隔离环节，仅采用光藕隔离，从现场实际应用情况来说，采用继电器-光藕两级隔离的技术更为成熟可靠。从软件来说，针对开关断开时灭弧引起的暂态所需进行的一些特别计算处理以及开关量输入测量时的去抖处理等都是保证装置动作的准确性和可靠性所必不可少的，省却这些时间只能使装置加快几毫秒，于切换几无影响，但对装置动作可靠性来说也许是致命的。

国外微机型厂用电快速切换装置的固有动作时间一般较长，如SIEMENS 公司的AUE2型两开关式快切装置和AUE3型三开关式快切装置，其固有时间约40ms ，ABB 公司的HBT 型快切装置，在事故串联方式下的动作时间更达100ms ，其原因是要完全躲过开关灭弧引起的暂态对测量判断造成的影响。

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3. 装置特点及主要技术指标

3.1. 装置主要特点

MFC2000-2型微机快切装置的主要特点如下：

3.1.1. 切换功能齐全

✧ 兼有正常手动切换、事故切换和不正常情况切换功能。

✧ 兼有快速切换、同期捕捉和残压切换功能，其中同期捕捉切换采用恒定越前时间和恒

定越前相角两种方法。

✧ 兼有并联、串联和同时切换功能。

3.1.2. 其它功能完备

✧ 保护闭锁、出口闭锁

✧ 低压减载（只在切换时才会投入） ✧ 自动投入后加速保护 ✧ 分支电流录波

✧ 后备电源失电、PT 断线、开关位置异常（去耦合）等监测

3.1.3. 人机界面友好

✧ 装置本体设有大液晶显示屏，能实时显示主接线、开关状态、母线电压、分支电流、

频率差、相位差等运行参数。

✧ 中文操作菜单，易学易用，方便明了。

✧ 信息齐全。操作过程中的提示、故障异常情况报告、切换后的记录追忆等信息均可随

时提供。

3.1.4. 通信功能领先

✧ 485口接入DCS 系统或电气监控系统，实现远方操作和信息上送。

✧ 232口接插便携机，具有专用通信接口软件，可在便携机上进行监测，并对记录数据进

行分析、储存、打印等功能。

3.1.5. 抗干扰能力强

✧ 采用先进的总线隔离技术。

✧ 外部模入、开入、开出均与内部电路隔离。 ✧ 分板间采用背板式连接，省工、少错、抗干扰。

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3.1.6. 工艺先进、元器件质量高

✧ 标准西门子机箱，大面板结构，整洁美观。 ✧ 插拔式模块，调试维护方便。

✧ 元器件基本采用国际知名公司产品，先进成熟。

3.1.7. 可靠性高

✧ 主要部件的自检。 ✧ 操作整定由密码锁管理。

✧ 软硬件冗余，有一定的容错纠错能力。

3.2. 主要技术指标

3.2.1. 工作环境条件

✧ 环境温度：-10～+50℃ ✧ 相对湿度：5%～95% ✧ 大气压力：86～106Kpa

3.2.2. 装置直流电源

✧ 额定电压：DC220V/DC110V ✧ 允许偏差：-20%～+10% ✧ 纹波系数：不大于5%

3.2.3. 额定交流输入

✧ 交流电流：5A

✧ 交流电压：100 V 或 57.7 V ✧ 频率：50Hz

3.2.4. 功率消耗

✧ 交流电流回路：当I=5A时，每相不大于1VA ✧ 交流电压回路：当U=100V时，每相不大于1VA

✧ 直流电源回路：当正常工作时，不大于30W ，切换时，不大于50W 。

3.2.5. 过载能力

✧ 交流电流回路：2倍额定电流，连续工作；10倍额定电流，允许10s ；40倍额定电流，

允许1s 。

✧ 交流电压回路：1.5倍额定电压，连续工作。

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✧ 直流电源回路：80%～115%额定电压，连续工作。

3.2.6. 测量准确度

✧ 电压电流：不大于±2%。 ✧ 频率：不大于±0.1Hz 。 ✧ 相角：不大于0.5 。 ✧ 延时：不大于2ms 。

3.2.7. 输出接点容量

✧ 跳合闸出口：DC220（110）V 、5A （接通） ✧ 信号：DC220（110）V 、50W （断开）

3.2.8. 装置自身时钟精度

24h 误差不大于±1s 。

3.2.9. 快速切换时间

✧ 事故同时切换：＜ 12 ms ＋用户设定延时＋备用开关合闸时间（外部保护起动接点闭

合至备用开关合上）

✧ 事故串联切换：＜ 12 ms ＋工作开关跳开时间+备用开关合闸时间（外部保护起动接点

闭合至备用开关合上）

3.2.10. 外形尺寸

标准西门子插箱：482.6（W ）×177.8（H ）×300（D ）mm

3.2.11. 重量

约15KG

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4. 装置软硬件简介

4.1. 硬件简介

MFC2000-2型快切装置采用2片INTEL 80C196 KC CPU，主CPU 完成测量、逻辑和切换等主要功能，从CPU 完成显示、通信、打印等辅助功能，主从CPU 间通过双口RAM 进行数据交换。采用了先进的总线隔离技术，CPU 板总线不外引，大大提高了装置的抗干扰能力。

MFC2000-2型快切装置的硬件构成示意图见图3。

图3 硬件系统构成示意图

取自PT 二次侧的电压和CT 二次侧的电流经装置内小PT 和小CT 隔离变换后经调理整形，一部分进入12位高速A/D转换器测量幅值，另一部分经再经整形后进入主CPU 的高速输入口HIS 测量频率和相位，HSI 的分辨率为2 s ，其精度完全能满足要求。

开关量输入和输出部分均采用光电隔离技术，以免外部干扰引起装置工作异常，跳合闸出口经逻辑组合进一步提高可靠性。人机界面部分由液晶显示屏、箭头式触摸键和LED 信号指示灯组成，液晶显示屏采用240×180点阵式，中文菜单。

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装置设有2个通信接口，1个是485口，半双工，宜接入DCS 系统或电气监控系统，最大传输距离1000m ，通信速率9600Bps 。另1个为232口，可直接接插便携式电脑。

装置设标准并行打印口一个，可直接接插打印机。

装置设标准GPS 对时信号接口1个，采用直流24V 有源脉冲秒对时，可与GPS 系统进行精确对时。

4.2. 软件简介

MFC2000-2型快切装置采用双CPU 系统，其软件有两大部分，分别由主CPU 和从CPU 完成。

主CPU 的软件包括开关量输入检测、电流电压计算、切换动作、试验、信号、自检等模块，及包含采样、频率相角计算的中断服务程序。

从CPU 软件包括液晶显示、打印、通信、GPS 对时等模块。 主、从CPU 软件结构示意图见图4。

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主CPU流程图

从CPU流程图

图4 主、从CPU 软件结构示意图

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5. 功能简介

5.1. 监测、显示功能

液晶显示屏显示以下运行参数或状态：

✧ 厂用母线三相电压Ua 、Ub 、Uc 或Uab ，Ubc ，Uca 。

✧ 工作电源（厂变分支或发电机端）电压Ugz （任一相电压或任一线电压）。 ✧ 备用电源（备变高压侧或低压侧）电压Uby （任一相电压或任一线电压）。 ✧ 厂用母线Ua （或Uab ）及后备电源电压（Ugz 或Uby ）的频率。 ✧ 厂用母线Ua （或Uab ）与后备电源电压（Ugz 或Uby ）间的频率差。 ✧ 厂用母线Ua （或Uab ）及后备电源电压（Ugz 或Uby ）间的相位差。 ✧ 备用分支三相电流Ia ，Ib ，Ic 。

✧ 工作、备用开关及厂用母线PT 隔离开关分合闸状态。 ✧ 所有整定参数。

✧ 所有外部投退或内部软压板投退状态。

5.2. 切换功能

5.2.1. 正常切换

正常切换由手动起动，在控制台、DCS 系统或装置面板上均可进行。正常切换是双向的，可以由工作电源切向备用电源，也可以由备用电源切向工作电源。正常切换有以下几种方式： 5.2.1.1. 并联切换

✧ 并联自动：手动起动，若并联切换条件满足，装置将先合备用（工作）开关，经一定

延时后再自动跳开工作（备用）开关，如在这段延时内，刚合上的备用（工作）开关被跳开，则装置不再自动跳工作（备用）。若起动后并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并进入等待复归状态。

✧ 并联半自动：手动起动，若并联切换条件满足，合上备用（工作）开关，而跳开工作

（备用）开关的操作由人工完成，若在规定的时间内，操作人员仍未跳开工作（备用），装置将发出告警信号。若起动后并联切换条件不满足，装置将闭锁发信，并进入等待复归状态。

5.2.1.2. 正常同时切换

手动起动，先发跳工作（备用）开关命令，在切换条件满足时，发合备用（工作）开关命

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令。若要保证先分后合，可在合闸命令前加一定延时。

正常同时切换可有三种切换条件，快速、同期捕捉、残压，快切不成功时自动转入同期捕捉或残压。

5.2.2. 事故切换

事故切换由保护出口起动，单向，只能由工作电源切向备用电源。事故切换有两种方式： ✧ 事故串联切换。保护起动，先跳工作电源开关，在确认工作开关已跳开且切换条件满

足时，合上备用电源。串联切换有三种切换条件：快速、同期捕捉、残压。

✧ 事故同时切换。保护起动，先发跳工作电源开关命令，在切换条件满足时即（或经用

户延时）发合备用电源开关命令。事故同时切换也有三种切换条件：快速、同期捕捉、残压。

5.2.3. 不正常情况切换

不正常情况切换由装置检测到不正常情况后自行起动，单向，只能由工作电源切向备用电源。不正常情况指以下两种情况：

✧ 厂用母线失电。当厂用母线三相电压均低于整定值，时间超过整定延时，则装置根据

选择方式进行串联或同时切换。切换条件：快速、同期捕捉、残压。

✧ 工作电源开关误跳。因各种原因（包括人为误操作）造成工作电源开关误跳开，装置

将在切换条件满足时合上备用电源。切换条件：快速、同期捕捉、残压。

5.3. 低压减载功能

本装置低压减载只在装置进行切换时才会起作用。

切换过程中的短时断电将使厂用母线电压和电动机转速下降，备用电源合上后电动机成组自起动成功与否将主要取决于厂用母线电压。此时若切除某些不重要辅机，将有利于重要辅机的自起动，本装置可有二段低压减载出口，二段可分别设定延时，以备用电源合上为延时起始时间。

5.4. 闭锁报警、故障处理功能

装置具有闭锁报警及故障处理功能，其中闭锁结构如图五所示：

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PT 隔离开关打开

位置闭锁

开关全合开关全分

闭锁 A(不能自复归) 可在“异常报告”

中查询

装置异常保护闭锁PT 断线后备失电

闭锁 B(能自复归) “异常报告”中显示“出口闭锁”

外部出口闭锁

出口闭锁

“方式设置”中出

口退出所有切换方式均退出

快切\残压越前时间越前相角AD,EEPROM, RAM,CPU 等

图5 闭锁结构图

与上述闭锁结构相关，中控信号中有关信号定义如下： ✧ 装置闭锁：闭锁A 中有任意一条满足，或装置动作一次以后 ✧ 出口闭锁：闭锁B 中有任意一条满足

✧ 开位异常：位置闭锁的三个条件中有任意一条满足 ✧ 装置异常：同闭锁A 中装置异常

而面板中“闭锁”灯在以下情况下将点亮： ✧ 装置动作一次以后 ✧ 有闭锁A ✧ 有闭锁B

5.4.1. 开关位置异常（位置闭锁/去耦合）

装置起动切换的必要条件之一是工作、备用开关一个合着，另一个打开，同时PT 隔离开关必须合上，若正常监测时发现这一条件不满足（工作开关误跳除外），将闭锁出口，发“装置闭锁”中控信号，并进入等待复归状态。

另外，切换过程中如发现一定时间内该跳的开关未跳开或该合的开关未合上，装置将根据不同的切换方式分别处理并给出位置异常闭锁信号。如：同时切换或并联切换中，若该跳开的

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开关未能跳开，将造成两电源并列，此时装置将执行去耦合功能，跳开刚合上的开关。

5.4.2. 装置异常

装置投入后即始终对某些重要部件如CPU 、RAM 、EEPROM 、AD 等进行自检，一旦有故障将发“装置异常”中控信号，并进入等待复归状态。

5.4.3. 保护闭锁

保护闭锁为外接开入量。某些保护动作时（如分支过流、母差等），为防止备用电源误投入故障母线，可由这些保护给出的空接点将装置闭锁，装置将给出“保护闭锁”信号并进入等待复归状态。

提示 ：装置等待复归是一种运行状态，而不是中控信号，只要装置发出“装置闭锁”信

号，则装置一定进入等待复归状态。在等待复归状态下，装置不能切换，必须经手动复归且不存在造成装置闭锁的条件后，装置才能进入运行态，可以进行下一次切换。

5.4.4. PT 断线

厂用母线PT 一相或二相断线时，装置将闭锁报警并进入等待复归状态。

5.4.5. 后备电源失电监测

若工作电源投入时备用电源失电或备用电源投入时工作电源失电，都将无法进行切换操作，装置将给出报警信号并进入等待复归状态。考虑备用段PT 检修的情况，可在“方式设置”菜单中选择此项功能的投退。“后备失电闭锁”功能退出后，在后备不失电情况下，装置仍然可以实现快速、同捕、残压切换，而在后备失电情况下，只能实现残压切换。

5.4.6. 装置闭锁（等待复归状态）

这是一个总的信号，在闭锁A 条件满足或进行了一次切换后，装置将自行闭锁，进入等待复归状态，在此状态下，将不响应任何外部操作及起动信号，只能手动复归解除，如闭锁或故障仍存在，则复归后信号依旧。

5.4.7. 出口闭锁

当出现以下三种情况之一时：

✧ 装置方式设置菜单中的出口投退选择为“退出” ✧ 外接“出口闭锁”开入量有闭锁输入

✧ 装置快切、越前相角、越前时间、残压切换均整定为“退出”状态

装置将给出“出口闭锁”中控信号以警示运行人员。出口闭锁可往复投退，不必经手动复

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归。出口闭锁时，装置不进入等待复归状态，一旦以上三种条件都不满足，装置自动投入运行。

5.4.8. 装置失电

装置开关电源输出的＋5V ，±15V ，＋24V 任一路失电都将引起工作异常，特设电压监视回路，一旦失电立即报警，该功能独立于CPU 工作。

5.5. 起动后加速保护功能

装置在起动任何切换时，都将同时输出一对空接点，接点容量为DC220（110）V 、50W ，用于投入MFC2041-1型微机分支保护装置的后加速保护功能，接点闭合持续时间为5秒。分支保护的后加速保护功能正常运行时不投入。

5.6. 事件追忆、录波、打印、通信、GPS 对时功能

切换完成后，本装置提供完整的事件追忆和切换过程（残压曲线）录波功能。

5.6.1. 事件追忆

事件追忆有以下内容，可通过液晶读出或接打印机打印出： ✧ 动作时间（年、月、日、时、分、秒、毫秒） ✧ 本次切换中所有整定值

✧ 所有功能投退状态（如：低压起动投/退，快速切换投/退等） ✧ 起动原因（保护、手动、开关误跳等） ✧ 选择的切换方式（串联、同时、并联） ✧ 装置发出了哪些跳合闸命令

✧ 合闸时满足的条件（快速、同期捕捉、残压） ✧ 闭锁和故障情况

✧ 装置起动时刻的时间、频差、相差、母线三相电压及分支三相电流 ✧ 发跳闸命令时刻的时间、频差、相差、母线三相电压及分支三相电流 ✧ 跳闸完成时刻的时间、频差、相差、母线三相电压及分支三相电流 ✧ 发合闸命令时刻的时间、频差、相差、母线三相电压及分支三相电流 ✧ 合闸完成时刻的时间、频差、相差、母线三相电压及分支三相电流 装置可保存动作的事件追忆信息，并不因掉电或复归而丢失。

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5.6.2. 录波

✧ 可将打印机直接接上装置，打印出从起动开始前100ms 及其后每隔10ms 时间的频差、

相差、母线电压、分支电流幅值，每次切换录波时间为2秒。

✧ 可将便携式电脑直接接上装置面板上的232通信口，在电脑上运行专用上位机软件，传

送以上数据，并传送采样数据，显示或打印电流电压录波曲线，并作分析。

5.6.3. 通信

装置有两路通信接口：一路为RS232接口，可通过该接口接便携式电脑，配合我公司的专用软件，实现装置模拟量，开关量、动作信息、录波数据上传、入库、查询、打印等功能。另一路为485接口，双线制，用于接入DCS 系统，默认规约为MODBUS ，默认通信速率9600bps 。

5.6.4. GPS 对时

空接点或有源接点接入，装置默认方式为有源接点（直流24V ）脉冲输入。

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6. 定值参数设定

装置所有整定值、方式设定（控制字）均可在液晶屏上按菜单提示用按键设定，修改前必须输入正确密码。密码为四位数字，装置出厂时的密码为0000，用户使用时可根据需要自己设定密码。

6.1. 整定定值

备注：

✧ 同捕恒定越前时间。此整定值根据装置外围实际合闸回路总时间来进行整定。由于装

置是根据实时测量数据计算判断发合闸命令的提前量，并与同捕恒定越前时间比较，所以同捕恒定越前时间比同捕恒定越前相角更精确。

✧ 初始相角的整定：举例说明。假定工作电源电压与备用电源电压已在6KV 侧同相（不同

相时，可通过调整接线使二者同相，情况参见7.3），且假定母线电压与工作电源电压间是同相的，二者间通过Y/Y-12变压器联系（参考图7.3），则，如果工作取U AN , 母线取U AN ，整定初始相角为0度。如果工作取U AN , 母线取U AB ，整定初始相角为-30度，如果工作取U AC , 母线取U AB ，整定初始相角为-60度

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6.2. 方式设置

备注：

后备失电闭锁投退。此功能用于在备用PT 检修时，暂时将“后备失电闭锁”功能退

出，此时装置仍能进行切换，但切换方式与正常方式有所不同：在后备不失电情况下，装置仍然可以进行正常切换，而在后备失电情况下，只能实现残压切换。

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7. 设计说明

7.1. 装置配置

每台机组每一个厂用分支须配置一套独立的快切装置，正常手动切换为双向，事故自动切换为单向，只能从工作切向备用。手动切换和自动切换一般动作于一个6KV 工作电源开关和一个6KV 备用电源开关，或一个6KV 工作电源开关和备用电源高低压两个开关。

起/备变平时可以热备用，也可以冷备用。在冷备用情况下，切换时，装置可同时合高低压两侧开关。但要想实现快速切换，高低压开关最好均为快速开关（合闸时间小于0.1S ），当使用少油开关时，不能保证快速切换，但可实现同期捕捉切换。

7.2. 组屏

每个标准屏(柜) 最多可安装4套快切装置、1台打印机、1个打印机共享器、4排压板（每排8个），一般情况下，以安装2套或3套装置为宜。

7.3. 交流电压输入

✧ 厂用母线电压：Ua ，Ub ，Uc 或Ua ，Ub ，Uc ，Un 。一般情况下建议用前者。与N 相接

地或B 相接地无关。

✧ 工作电源电压Ugz ：可取高厂变分支PT 电压或发电机端电压，任一相电压或任一线电

压。

✧ 备用电源电压Uby ：可取备用段PT 、高备变分支PT ，或高备变高压侧母线PT 电压，任

一相电压或任一线电压。

✧ 工作电源电压与备用电源电压间必须在6KV 侧同相。某些场合下，如果工作电源电压

Ugz 取发电机端PT 电压，或者备用电源电压Uby 取高备变高压侧PT 电压，而且高厂变或者高备变的高低压绕组之间有角差，在这种情况下，需通过改变发电机端PT 接线或者高备变高压侧PT 接线，以保证工作电源电压与备用电源电压间在6KV 侧同相。 例如，有如下的厂用系统接线图6。工作电源电压取发电机端PT 电压，高厂变为Y/Y-12接线方式。备用电源电压取自高备变高压侧1PT ，高备变为Y/Δ-11接线方式，高备变原边和副边之间存在30°的角差。母线电压取自2PT 。

此时，如果发电机端PT 电压取自U AC ，则备用电压需取1PT 的U AN 。如果发电机端PT 电压取

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自U AB ，则备用电压需取1PT 的U NB ，才能保证工作电源电压和备用电源电压在6KV 侧是同相的。相关的向量图见图7。而工作（备用）电源电压与母线电压间的接线角度差可以通过装置内部整定的初始角度差解决，参加前述。

由于引接电压造成的电压幅值差异可通过装置内部调整。

Y A

∆A

备用取自U AN

工作取自U AC

工作取自U AB

∆B

备用取自U NB

Y C

C

B

图6 快切交流电压引接示意图 图7 电压向量示意图

7.4. 附图

✧ 附图1：外部输入输出示意图 ✧ 附图2：装置面板示意图 ✧ 附图3：装置背板端子排图 ✧ 附图4：装置外形尺寸图 ✧ 附图5：屏面开孔尺寸图

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附图1 MFC2000-2 型快切装置外部输入输出示意图

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附图2 MFC2000-2型快切装置面板示意图

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附图3 MFC2000-2型快切装置

装置背板端子排图

MFC2000-2型微机厂用电快速切换装置 技术说明书

附图4 MFC2000-2型快切装置

附图5 MFC2000-2型快切装置

屏面开孔尺寸图

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8. 附录

鉴定意见

1. 装置设计思想和实现方法先进，用INTEL 96系列单片机测量快速变化的频率、相位和

电压幅值，精度高，速度快。

2. 装置功能齐全、实用，具有正常监测显示、切换、闭锁、低压减载、事件追忆、过程

录波、打印通信等功能，特别是具备同期捕捉功能，为国内外首创。 3. 操作使用方便，修改整定用密码锁管理，安全可靠。

4. 经型式试验、试运行和鉴定会专家组测试结果表明，装置性能稳定、运行动作可靠、

抗干扰能力强。

5. 提交鉴定会文件图纸基本齐全、完整、清晰，可以指导生产。 6. 建议进一步完善各种切换方式的整定和调试方法研究。

鉴定委员会一致认为，MFC2000型微机厂用电快速切换装置其功能和技术性能居国内领先水平。

鉴定委员会一致同意该装置通过技术鉴定，可以小批量生产。

主任委员： 丁国华（签名） 副主任委员： 洪佩孙（签名）

1997 年 8 月 5 日

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