一、功能(néng)原理(lǐ)介紹
■定義
一種以“供電(diàn)電(diàn)源故障快速判斷技(jì )術”為(wèi)控制基礎的、基于“渦流驅動快速開關”的電(diàn)源故障時的備用(yòng)電(diàn)源快速切換裝(zhuāng)置,稱為(wèi)“快速斷路器及切換控制器裝(zhuāng)置”
(簡稱“快切”,代号MQMS)。主要為(wèi)了快速阻斷負荷系統異步電(diàn)動機磁場能(néng)量向故障工(gōng)作(zuò)電(diàn)源短路點衰減的通路、減小(xiǎo)切換電(diàn)源時異步電(diàn)動機的二次沖擊,避免切換後電(diàn)機失穩停轉。電(diàn)源短路故障時的最快切換時間不大于16ms。裝(zhuāng)置為(wèi)多(duō)面開關櫃成套形式,适用(yòng)于新(xīn)建和改造項目。
■組成
見圖15,MS裝(zhuāng)置主要由切換控制器、工(gōng)作(zuò)電(diàn)源進線(xiàn)開關K1、工(gōng)作(zuò)電(diàn)源電(diàn)壓監測PT1、備用(yòng)電(diàn)源進線(xiàn)開關K2、備用(yòng)電(diàn)源電(diàn)壓監測PT2和母聯開關K3、綜保、櫃體(tǐ)及附件等組成。
其中(zhōng)K1、K2、K3為(wèi)分(fēn)閘時間小(xiǎo)于5ms、合閘時間小(xiǎo)于15ms的加拿(ná)大Max-Swi制造的渦流驅動快速開關。
■工(gōng)作(zuò)邏輯
正常運行時,工(gōng)作(zuò)電(diàn)源進線(xiàn)開關K1、備用(yòng)電(diàn)源K2處于合閘狀态,母聯開關K3處于分(fēn)閘狀态;切換控制器實時監測工(gōng)、備電(diàn)源的電(diàn)壓同期狀态,符合并網條件時,快切功能(néng)解鎖,不符合并網條件時,快切功能(néng)閉鎖,并報警。
當工(gōng)作(zuò)電(diàn)源系統發生開路(開關K偷跳)或短路(d點)故障時,并且工(gōng)備電(diàn)源的電(diàn)壓同期性滿足并網條件,切換控制器命令K1跳閘,然後再合K3,實現對負荷供電(diàn)的切換,故障解除後,可(kě)自動或手動返回。
二、型号命名(míng)及參數
裝(zhuāng)置型号及命名(míng)
■參數指标(見表6)
三、使用(yòng)環境及用(yòng)途
使用(yòng)環境
安(ān)裝(zhuāng)地點戶内,無酸堿腐蝕
環境溫度-40~50℃
相對濕度*95%
污穢等級≤|級
海撥高度≤2000米,超過2000米需特殊設計
■快切選型及用(yòng)途
1、三切式(MQMS-T)符合并列運行條件但采用(yòng)分(fēn)裂運行方式的雙電(diàn)源供電(diàn)系統,在進線(xiàn)和母聯處采用(yòng)三台快速開關櫃的三切式快切,見圖16。
2、雙切式(MQMS-D)符合并列運行條件且采用(yòng)并列運行方式的雙電(diàn)源供電(diàn)系統,在進線(xiàn)處采用(yòng)兩台快速開關櫃的雙切式快切,見圖17。
四、結構類型
■10(6)KV櫃型結構
■主要配置(見表7)
五、晃電(diàn)介紹及解決方案
■關于晃電(diàn)
如圖1所示,内部電(diàn)網(簡稱“内網”)總降母線(xiàn)上某條支路發生短路故障d,母線(xiàn)電(diàn)壓出現驟降……在斷路器K切除該故障支路之前,母線(xiàn)上所有(yǒu)的負荷将一直處于低電(diàn)壓工(gōng)況……短路故障切除後,電(diàn)壓才開始恢複,由于異步電(diàn)動機群磁場重建的二次沖擊電(diàn)流會延緩母線(xiàn)電(diàn)壓的恢複時間,這個母線(xiàn)電(diàn)壓從驟降直至恢複到額定電(diàn)壓70%以上的短暫低電(diàn)壓供電(diàn)的“電(diàn)壓凹陷”現象,稱為(wèi)“晃電(diàn)”!
晃電(diàn)是否給企業造成停産(chǎn)損失,取決于母線(xiàn)上負荷是否能(néng)成功實現低電(diàn)壓故障穿越,即負荷對低電(diàn)壓的忍耐時間與晃電(diàn)時間的博弈結果!
晃電(diàn)時間包括:繼電(diàn)保護判斷時間、斷路器固有(yǒu)分(fēn)閘時間、燃弧時間和電(diàn)壓恢複時間之和,一般要超過80ms,甚至更長(cháng)。
從圖2的時序圖就可(kě)以看出:中(zhōng)、低壓的變頻器和低壓系統的繼電(diàn)器、接觸器、電(diàn)磁閥等,忍耐極限一般就隻有(yǒu)20~30ms,必然穿越失敗。但是,可(kě)以通過采用(yòng)一些附加設備或軟件優化的方法,延長(cháng)這些設備對低電(diàn)壓的忍耐時間,實現低電(diàn)壓穿越……
然而,問題的要點不在這,中(zhōng)、低壓系統斷路器的控制電(diàn)源為(wèi)直流,不會因交流系統的低電(diàn)壓而跳閘,因此它們所控制的異步電(diàn)動機在低電(diàn)壓期間則一直在網,并以發電(diàn)方式向短路故障點反饋輸出短路電(diàn)流,直到繞組内的磁場衰減完畢或短路故障點被切除,此過程為(wèi)電(diàn)機的“一次沖擊”;一般異步電(diàn)動機的繞組短路衰減時間常數T為(wèi)30~40ms左右,就是說隻要内網短路故障持續3r左右的時間,電(diàn)機的磁場就會衰減殆盡,變成挂在網上減速旋轉的鐵疙瘩……
當短路故障點被斷路器K切除時刻,母線(xiàn)電(diàn)壓進入恢複期,所有(yǒu)在網的異步電(diàn)動機同時重建磁場,此時電(diàn)動機的軟啓動裝(zhuāng)置都處于退出狀态,實際上就是“電(diàn)機群直接啓動”,啓動伊始要向電(diàn)網索取相當于電(diàn)機群額定電(diàn)流總和5~7倍的無功電(diàn)流,形成強烈的電(diàn)流沖擊,此過程稱為(wèi)電(diàn)機的“二次沖擊”。
二次沖擊電(diàn)流在該系統變壓器和線(xiàn)路的阻抗上會形成較大的壓降,降低了電(diàn)動機的機端電(diàn)壓,緻使電(diàn)機的電(diàn)磁轉矩不足,影響了電(diàn)機轉速恢複,并增加了過流時間,客觀上延緩了母線(xiàn)電(diàn)壓的恢複過程,也就是電(diàn)動機磁場重建的過程。隻要當造成沖擊電(diàn)流的電(diàn)機群總容量達到本系統電(diàn)源容量的40%以上時,母線(xiàn)電(diàn)壓極易低于70%(電(diàn)磁轉矩小(xiǎo)于50%),一旦這些電(diàn)機處于額定負載狀态,必然導緻電(diàn)機群失穩(詳見
《電(diàn)機學(xué)》中(zhōng)關于“電(diàn)磁轉矩”的相關論述)停轉,最終使該系統崩潰。
這就是,即使斷路器K成功地切除了内網短路故障,還是經常會發生大面積停機事故的根本原因!
■晃電(diàn)的治理(lǐ)措施
1、串聯支路電(diàn)抗器方案如圖3,在需要保護的母線(xiàn)的每條出線(xiàn)串聯支路電(diàn)抗器,用(yòng)以擡升支路短路故障(d1)時的母線(xiàn)剩餘電(diàn)壓,保障供電(diàn)。
支路電(diàn)抗器方案也存在一定的問題,尤其是當電(diàn)抗器進線(xiàn)側電(diàn)纜頭故障時(如圖3所示d2點),電(diàn)抗器反而起不到保障母線(xiàn)供電(diàn)的作(zuò)用(yòng)!這是目前針對内網晃電(diàn)的典型設計。
2、“防晃電(diàn)模塊”和“分(fēn)批延時重啓繼電(diàn)器”解決方案
“防晃電(diàn)模塊”是針對繼電(diàn)器、接觸器,在晃電(diàn)時延長(cháng)線(xiàn)包保持時間的一種低壓系統的解決方案,達到晃電(diàn)時不跳閘的效果……可(kě)是無法解決異步電(diàn)機的“二次沖擊”問題。
因此,為(wèi)了避免二次沖擊,不得不有(yǒu)選擇地使用(yòng)防晃電(diàn)模塊,先接受部分(fēn)跳閘的事實,事故後利用(yòng)“分(fēn)批延時重啓繼電(diàn)器”,将跳閘的負荷,根據工(gōng)藝特點、容量大小(xiǎo)預先分(fēn)組,在跳閘後自動分(fēn)批重啓,以期盡快恢複生産(chǎn)。該方案不僅要求熟悉生産(chǎn)工(gōng)藝,而且接線(xiàn)複雜,實際操作(zuò)難度大,并且,由于模塊本身的可(kě)靠性低于被保護對象的可(kě)靠性,又(yòu)衍生出更多(duō)的故障。
這兩種方案隻針對低壓系統,并不能(néng)解決中(zhōng)壓系統的晃電(diàn)問題。
3、“快切”解決方案有(yǒu)時将電(diàn)源開路故障(K偷跳)片面地認為(wèi)就是“晃電(diàn)”,因此提出了一種
“快切”解決方案,即針對電(diàn)源開路故障的“備自投”控制器;對短路故障d1可(kě)能(néng)引發的二次沖擊問題,則主張跳掉一部分(fēn)負荷,再分(fēn)批延時重啓。指導思想與上述方案有(yǒu)類似的不足之處。
關鍵是,此“快切”方案僅提供控制器,而K1-3還是采用(yòng)普通斷路器,當KO切除d1故障點時刻,也就是K1開斷時刻,電(diàn)源已經恢複正常,K1斷開純屬多(duō)餘;再合K3,整個切換時間遠(yuǎn)大于K0開斷時間(即晃電(diàn)時間),用(yòng)大于晃電(diàn)時間的操作(zuò)治理(lǐ)晃電(diàn),不符合邏輯。
尤其是對于故障點d2,對母線(xiàn)來說,屬負荷故障,快切還不能(néng)動作(zuò),母線(xiàn)上的負荷還是要承受d2故障的影響。因此,治理(lǐ)晃電(diàn),單方面考慮快切策略,還顯不足。
■晃電(diàn)治理(lǐ)的思想要素
1、“減小(xiǎo)二次沖擊”是方向變頻器、接觸器等都有(yǒu)抗晃電(diàn)治理(lǐ)辦(bàn)法,但是,異步電(diàn)動機在電(diàn)壓恢複時刻的
“二次沖擊”卻是造成大面積停電(diàn)事故的根本原因。
針對這一客觀物(wù)理(lǐ)現象,減小(xiǎo)異步電(diàn)動機的“二次沖擊”,避免電(diàn)機在二次沖擊期間停機事故的發生,是治理(lǐ)晃電(diàn)的方向。
2、“縮短晃電(diàn)時間”是要點停産(chǎn)即事故!必須在事故發生前完成治理(lǐ)。
因此,縮短晃電(diàn)時間一—在事故即将發生前就提前結束晃電(diàn)是治理(lǐ)的要點!
圖5中(zhōng)可(kě)以看出,将“晃電(diàn)期間”壓縮到
“原事故點”(20ms時刻)之前即可(kě)避免變頻器及低壓負載等設備停運事故的發生,而且實際運行經驗證明,隻要在短路後第一個大半波(小(xiǎo)于20ms)之内将短路故障隔離,就可(kě)以将異步電(diàn)動機的“二次沖擊”電(diàn)流限制到2倍左右額定電(diàn)流以内,避免電(diàn)機失穩,确保生産(chǎn)的連續性。
3、“快速設備”是物(wù)質(zhì)基礎
因此,20ms之内完成“故障判斷”和“執行操作(zuò)”的“快速”設備,是成功治理(lǐ)晃電(diàn)的物(wù)質(zhì)基礎,尤其是基于加拿(ná)大Max-Swi公(gōng)司制造的5ms内分(fēn)閘的“渦流驅動”
快速開關而成套的母線(xiàn)殘壓保持裝(zhuāng)置(ZRD)和高速斷路器及切換控制器裝(zhuāng)置(MS),是綜合治理(lǐ)晃電(diàn)的重要設備。
4、“孤立故障點”是策略
如圖6所示,對于造成内網晃電(diàn)的短路故障點d4,采取兩頭治理(lǐ)的策略:一頭是在故障點的電(diàn)源側,即母線(xiàn)支路開關的位置,采用(yòng)“母線(xiàn)殘壓保持裝(zhuāng)置”(ZRD)簡稱“母保”(圖6中(zhōng)綠色的模塊),來快速隔離故障點對母線(xiàn)電(diàn)壓的影響,保障母線(xiàn)對其它非故障支路的連續供電(diàn);另一頭是在故障點的負荷側,采用(yòng)“快速斷路器及切換控制器裝(zhuāng)置”(MS)簡稱“快切”(圖6中(zhōng)藍色和紫色的模塊),将故障點以下的負荷切換到備用(yòng)段電(diàn)源或電(diàn)壓已經被“母保”恢複的本段其它支路的電(diàn)源上。這樣可(kě)以将故障點徹底地從系統中(zhōng)孤立出去,去除故障點的負面影響,最大限度地保障系統對所有(yǒu)負荷的供電(diàn)連續性!
■10kV系統晃電(diàn)的典型治理(lǐ)方案
1、典型10kV一次系統晃電(diàn)治理(lǐ)示意圖
2、10kV晃電(diàn)故障點及治理(lǐ)方案(見表1)
35kV系統晃電(diàn)的典型治理(lǐ)方案
1、典型35kV一次系統晃電(diàn)治理(lǐ)示意圖
2、35kV晃電(diàn)故障點及治理(lǐ)方案(見表2)
■治理(lǐ)晃電(diàn)整體(tǐ)解決方案
1、整體(tǐ)解決方案示意圖
2、治理(lǐ)方案描述
·各晃電(diàn)故障點及治理(lǐ)方案說明簡表(見表3)
六、使用(yòng)維護
·開箱檢驗無損壞,方可(kě)對照櫃體(tǐ)編号就位安(ān)裝(zhuāng)。
·必須按照裝(zhuāng)置《調試大綱》進行必要的投運前試驗。
·一切合格後方可(kě)投運,并提交《投運報告》。
·正常運行過程中(zhōng),按照普通開關櫃維護規程進行維護。
·當裝(zhuāng)置動作(zuò)後,須按照《調試大綱》對櫃内關鍵元件進行檢查,若出異常,質(zhì)保期内,實行無償服務(wù)。
七、訂貨須知
·簽訂《技(jì )術協議》前應提供以下數據資料:系統一次接線(xiàn)圖及主要參數,并明确提出治理(lǐ)要求,其中(zhōng)主要參數包括:系統額定電(diàn)壓、系統最大方式短路電(diàn)流、系統可(kě)正常生産(chǎn)的小(xiǎo)方式短路電(diàn)流,母保還需要支路額定電(diàn)流及綜保定值表,快切還需要負荷類型。
·根據以上數據确定各母保裝(zhuāng)置的型号及供貨範圍。
·簽訂《技(jì )術協議》和商(shāng)務(wù)合同。
·單套裝(zhuāng)置供貨周期為(wèi):45個工(gōng)作(zuò)日,超過5套交貨期另計。
八、包裝(zhuāng)、運輸、儲存
·一般采用(yòng)木(mù)箱包裝(zhuāng),裝(zhuāng)置固定在包裝(zhuāng)箱的底座上。
·不得在三級以下公(gōng)路上長(cháng)距離運輸,必要時,可(kě)分(fēn)解包裝(zhuāng)。
·長(cháng)期不用(yòng)時,應存儲在幹燥、通風的倉庫内,不宜長(cháng)期在戶外儲存。
·運輸過程中(zhōng)裝(zhuāng)置應避免碰撞、受潮及暴曬。
九、質(zhì)量保證與售後服務(wù)
·質(zhì)保期為(wèi)交貨後18個月或投運後12個月,以先到為(wèi)準,質(zhì)保期内免費維護,質(zhì)保期外有(yǒu)償服務(wù),終身保修。
·我方派專業人員配合用(yòng)戶在進行投運前現場試驗。
·質(zhì)保期内發生質(zhì)量問題,除免費維修外,維修部件質(zhì)保期按修複後重新(xīn)計算。
十、專利技(jì )術
·ZL02258132.4.《開關永磁操動裝(zhuāng)置》·ZL02286666.5,《氣體(tǐ)放電(diàn)管驅動器》
·ZL200420024429.6,《備用(yòng)電(diàn)源自動投入裝(zhuāng)置》
·ZL200420078998.9《開關永磁操動器》
·Z120052013969,《可(kě)恢複大容量高速開關裝(zhuāng)置》
·ZL00219352.3,《大容量高速開關裝(zhuāng)置》