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ZRD母線殘壓保持裝置
【日期】 2012年11月23日   【瀏覽】 [11893]
前言
企業內部中壓電網某一電壓等級的供電系統中,若某一條支路發生短路,與該支路相連的母線(本文特別定義,以該母線為界,該母線及母線以下的線路,定義為區內網;該母線以上的線路定義為區外網),該母線上電壓陡降嚴重,母線殘余的電壓(以下稱殘壓)一般低于額定電壓的20%,只有當該支路斷路器開斷,切除了短路故障,母線電壓才能恢復。母線電壓從陡降到恢復這段時間就是斷路器開斷短路故障的時間,大約在0.1秒左右,也就是微機綜合保護判斷故障的時間(20ms-30ms),加上斷路器固有動作時間(40ms-80ms),再加上電弧過零時間(16ms左右)。母線電壓出現凹陷這段時間,企業供電系統稱之為“晃電”。晃電實錄的電壓波形見圖一。
圖一  實際錄到的晃電時電壓波形
“晃電”發生期間,母線殘壓很低,使一些未發生短路故障的負載運行中斷,如變頻器、電動機、繼電器、電磁閥等。這些對“晃電”反應明顯的負載稱之為敏感負載,其特點是有機械運動以及有電能或磁能儲能元件的存在。企業內使用的電機多為異步電機,而異步電機的旋轉磁場的保持來自于電網的無功支持,某支路短路時母線殘壓很低,其他支路上的異步電機得不到無功支持,且還要向短路點輸出短路電流,異步電機的短路時間常數τ一般在30ms以下,“晃電”時間接近3τ,按指數規律衰減的異步電機的磁場消耗殆盡,在短路故障點切除后電壓恢復的時刻,電網對異步電機重建磁場產生了5-7倍額定電流的沖擊,造成繼電保護誤動作。圖二是實錄的異步電機在電網短路時和短路故障切除時兩次沖擊電流波形。
圖二  實錄錄波的異步電機在電網短路時電流波形
通常母線殘壓在50%以下時,敏感負載可容忍的“晃電”時間不大于30ms。
當區外網發生短路故障,可以將區內網整體(全部負載)或部分重要負載切換到另一個區外網,但區內網中某支路發生短路就不能整體切換了,只能部分切換。若區內網中重要的敏感負載已人為集中到少數支路或其支路數本就不多,部分切換是可以解決區內網短路造成重要負載停運的問題,必要條件是要有可以切換的合適區外網。
如果區內網中重要的敏感負載支路很多,部分切換的成本就太大,如果連可切換的區外網條件都不具備,那么要解決區內網晃電問題,采用母線殘壓保持裝置是可取的方案!
母線殘壓保持技術目標是要在20ms以內將出現短路故障支路的阻抗增加到區外網總阻抗的20倍以上,將母線殘壓恢復及保持到額定電壓的95%以上。使用了母線殘壓保持裝置后,當區內網發生短路故障時,母線殘壓恢復及保持的電壓波形見圖三。
圖三  母線殘壓恢復及保持的電壓波形
母線殘壓保持技術主要有三個關鍵技術組成:
一,能在1-2ms內準確測量及判斷出支路出現短路、并發出命令的控制器。
二,能在2ms-3ms內斷開50kA以上的短路電流,并且不能產生1.5倍以上額定相電壓的過電壓的換流器,將短路電流換入到與其并聯的高阻抗中去,將短路電流限制在2kA左右。
三,該阻抗必須線性度好,并且吸收能量大。
母線殘壓保持裝置,必須包括支路斷路器功能,省去支路斷路器。使其裝入一個與開關柜大小相當的殼體內,要求體積小,成本低。要保留原開關柜所有的重要功能,既開斷、正常操作、綜合保護及通訊等功能,并有明顯的斷口,便于檢修。
母線殘壓保持裝置(ZRD),是本公司為了解決需要生產連續性高的企業,因區內網晃電造成的連續生產中斷而開發的一種新型產品,不僅維持了母線殘壓,保護其它重要負載不受一條支路短路故障的影響,也具有支路斷路器全部功能,同時對該母線主變壓器短路電流沖擊產生的損害大大降低,變壓器得到很好的保護,同時對其分支母線以下的斷路器遮斷容量也相應大大降低。
本裝置使用了本公司六項最新專利技術:
ZL02258132.4 、ZL02286666.5、ZL200420024429.6、
ZL200420078998.9、ZL20052013969、ZL00219352.3
 
裝置的工作原理
本裝置主要由專用原裝進口換流器、測控單元、專用特制羅克線圈、限流阻抗、切離開關、微機綜合保護裝置、電流互感器等構成。(見圖四)
測控單元通過羅克線圈,監視支路電流,當短路電流大于設定值,高速DSP通過專用算法1~2毫秒內快速精確的預測出三相電流的有效值,并發出動作信號。
裝置中的換流器在2~3毫秒內快速開斷,短路電流換流進入限流高阻抗中,限制短路電流,短路電流幅值大大降低。
本裝置可在支路設備發生短路故障6~16毫秒內,將母線殘壓保持在額定電壓的95%以上,保證了其他無故障支路敏感負載的正常工作。同時主變壓器等設備所受到的短路沖擊大大降低。
分支路內的短路故障D1(見圖四)切除后,測控單元檢測支路電流接近額定電流時立即給換流器命令,10毫秒內限流高阻抗退出,系統即可恢復正常運行。
發生短路故障的支路在發生短路超過300毫秒,故障沒有解除,本裝置測控單元認為是故障點的分支路真空斷路器拒動或支路的母線故障D2(見圖四),立即給切離開關發出分閘命令,切除該支路。
除上述功能之外,裝置還包括微機保護、繼電保護、事件記憶、通訊接口、支路電流監測等全部功能,安裝本裝置之后,原有支路開關可以取消。
圖四ZRD母線殘壓保持裝置原理圖
適用范圍
一、本裝置可替代支路斷路器、普通串聯限流電抗器,在新供用電系統設計及企業系統改造時,可利用本裝置加大支路系統阻抗,使分支路斷路器的開斷電流進一步減小,降低造價。見圖五
圖五
二、如果不重要負載人為集中到少數支路上,可采用圖六方案,發生短路時,本裝置快速投入限流阻抗,母線的殘壓迅速恢復到額定電壓的95%以上,可完全滿足維持重要負荷繼續運行而不受影響。對不允許瞬時間斷供電須強行自啟動的重要負載,可提高供電質量。
 
圖六
三、若要保持分支路母線殘壓,分支路上同樣可以安裝本裝置。
裝置技術參數
設備名稱:                          母線殘壓保持裝置( ZRD)
系統額定電壓:                       6kV-10kV-20kV-35kV
系統額定電流:                       630A-1250A-1600A-2000A
額定短時開斷電流                     40kA-50kA-63kA                      
雷電沖擊耐受電壓(峰值):            60kV -185kV
短時(1min)工頻耐受電壓 :          32kV-95kV
額定頻率:                            50Hz
額定短時耐受電流                      100kA-160kA
額定峰值耐受電流                      100kA-160kA
 
裝置的型號:
 
 
標準配置及外型圖
 
(ZRD母線殘壓保持裝置10kV參考柜體尺寸圖)
訂貨須知
額定電壓
額定電流
安裝方式
使用條件
其他數據要求在合同中注明
使用環境條件
環境溫度   -40°C- 50°C
海拔高度   一般不大于2000米,大于2000米特殊設計
使用場所   無酸堿腐蝕處
安裝地點   戶內
相對濕度   日平均相對濕度不大于95%
污穢等級   不超過II級
包裝、運輸、儲存
一般采用木箱包裝,裝置底座應固定在包裝箱底板上。
不要在三級以下公路上長距離運輸,必要時可分解包裝。
長期不用時,應儲存在干燥、通風的倉庫內,不宜長期在戶外儲存。
運輸過程中裝置應避免碰撞、受潮及暴曬。
裝置參數選擇及技術服務
本公司根據用戶提供的發電機、變壓器、線路等系統參數及用戶要求,負責技術設計。同時還可應用戶要求,派工程技術人員到現場進行產品介紹、現場勘測、指導安裝與調試以及人員培訓。
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