杜樹鑫

(中國石油錦州石化分公司,遼寧 錦州 121000)

無擾動快切在母線分段運行配電系統(tǒng)的應用

杜樹鑫

(中國石油錦州石化分公司,遼寧 錦州 121000)

無擾動快切技術近些年發(fā)展很快,無擾動快切裝置優(yōu)于備自投裝置,在于其不僅檢測兩段母線電壓和電流幅值,對系統(tǒng)頻率、相位等參數(shù)也進行實時檢測比較,當一條電源失電,在系統(tǒng)沖擊允許范圍內(nèi)快速合上母聯(lián)開關,由正常母線段通過母聯(lián)接帶失電母線段,失電母線段所接帶負荷基本不受影響.

母聯(lián)自投;殘壓;快速切換;同期切換

石油化工行業(yè)對供電穩(wěn)定性要求很高,變配電站一般為兩條獨立電源供電,采用單母線分段形式,在母聯(lián)處加裝母聯(lián)自投裝置.任何一條電源失電,自投裝置啟動用正常供電母線段通過母聯(lián)開關接帶失電段負荷.石油化工行業(yè)供電負載大多為三相電動機,電動機停電后,慣性和存儲的磁場能量使得此時的電動機以發(fā)電機的形式運行.但由于沒有勵磁系統(tǒng)和逐漸遞減的轉(zhuǎn)數(shù),機端電壓的頻率和幅值逐漸衰減.傳統(tǒng)母聯(lián)自投技術因考慮沖擊對系統(tǒng)和設備的影響,從啟動到完成的時間一般需要1～2s,這種情況下失電段接帶的負荷均已進入失電或失步狀態(tài).

1 快切的啟動方式

品質(zhì)、失壓、保護、開關變位和手動為快切裝置的5種啟動方式.其中品質(zhì)和失壓啟動需要根據(jù)電力系統(tǒng)實際情況進行整定.

(1)品質(zhì)因數(shù)啟動.品質(zhì)因數(shù)啟動檢測電源頻率、電壓、負荷電流、斷路器位置等信息,需要系統(tǒng)頻率、電壓、負荷電流低于設定值和斷路器位置共同滿足時開始啟動.品質(zhì)因數(shù)啟動的定值要根據(jù)系統(tǒng)的實際情況整定,各項參數(shù)太接近于電網(wǎng)正常運行參數(shù),系統(tǒng)稍有波動快切裝置就會動作,增加快切失敗的風險.整定參數(shù)相對電網(wǎng)正常運行參數(shù)偏離過大,雖然快切裝置不會頻繁啟動,但啟動時快速和同期切換的成功率會很低,大概率為殘壓切換,失去安裝快切裝置的意義.一般系統(tǒng)的實際電壓和額定電壓有一定差值,所以不推薦使用系統(tǒng)額定電壓來整定,品質(zhì)啟動電壓整定為系統(tǒng)正常運行電壓的90%,頻差設定為48.5～49Hz,電流越限整定為80%～90%的正常負荷電流,同時非故障段電壓正常(一般電壓設定在80%以上).

(2)失壓啟動.失壓啟動實際就是傳統(tǒng)的備用電源自動投系統(tǒng),故障段電壓低于整定值,故障線電流在設定的電流越線值以下,對側(cè)電壓正常,達到整定延時快切裝置啟動.失壓啟動雖然為品質(zhì)因數(shù)啟動的后備啟動形式,但失壓啟動后大概率進入殘壓切換形式,達不到快速切換和同期切換的條件,這時候?qū)嶋H就是傳統(tǒng)的quot;備自投quot;,系統(tǒng)一定會波動,所以在定值設定時不但要設置一個失壓啟動電壓值,還要設定一個延時,如果電網(wǎng)波動短時恢復,為盡量保持系統(tǒng)穩(wěn)定,快切裝置沒有必要啟動,這里推薦失壓啟動值設定為系統(tǒng)正常運行電壓的70%,延時100ms.

(3)保護啟動.保護啟動主要是配合光纖縱差保護的一種啟動方式,在光纖縱差保護裝置上設置一個常開無源接點,從快切裝置取開入量公共正電源,接入光纖縱差保護裝置無源接點一端,另一端接回快切裝置保護啟動端子,當光纖縱差保護動作時無源接點閉合強行啟動快切裝置.有些企業(yè)由傳統(tǒng)備用電源自投系統(tǒng)向快切裝置改造時保留了原始備自投功能,為了避免傳統(tǒng)備自投和快切裝置互相干擾,快切裝置關閉其他啟動方式只開啟了保護啟動.在無擾動快切技術趨于成熟的今天,快切裝置完全可以替代傳統(tǒng)備用電源自投系統(tǒng).建議傳統(tǒng)備自投系統(tǒng)改造成快切裝置時,完全關閉或拆除備自投系統(tǒng),完全用快切裝置實現(xiàn)各項功能.

(4)開關變位啟動.當系統(tǒng)處于正常單母線分段運行時,任何一段電源斷路器因故障偷跳或人為誤操作導致電源斷路器跳閘,快切裝置均會啟動合母聯(lián)斷路器.因此,正常倒閘操作時需將快切裝置閉鎖后進行.

(5)手動啟動.手動啟動一定意義上就是使用無擾動快切裝置倒閘操作,根據(jù)電力系統(tǒng)特點設置并聯(lián)或串聯(lián)啟動.

2 快切的切換方式

快切裝置啟動將故障段電源斷路器跳開,合母聯(lián)時根據(jù)系統(tǒng)實際情況分為快速切換、同期切換和殘壓切換.

(1)快速切換.當快切裝置啟動跳開故障段電源斷路器,裝置備用電源和故障段殘壓角差和頻差小于安全值,快速合上母聯(lián)時故障段所帶負荷和備用電源都不會造成沖擊,這是無擾到快切技術想解決的根本問題.一般設置備用電源和故障段的角差小于30°,頻差小于1.5Hz時啟動快速切換.

(2)同期切換.裝置備用電源和故障段殘壓角差和頻差大于安全值,無擾動快切裝置對殘壓的頻差和角差變化實時跟蹤,在衰減的殘壓與備用電源電壓向量第一次相位重合時合閘.從快切裝置發(fā)出合閘命令到實際母聯(lián)合閘需要一定時間,這個值根據(jù)不同開關的合閘速度不同有所差異,對新型開關一般設為越前-30°～-40°.

(3)殘壓切換.裝置備用電源和故障段殘壓角差和頻差大于安全值,同期切換又沒有成功,快切裝置進入最后切換程序殘壓切換.殘壓切換成功率趨近于100%,原理和傳統(tǒng)備用電源自投系統(tǒng)相差無幾.但此時要考慮正常段電源系統(tǒng)的實際容量進行核算,一般都需要提前甩去一部分負荷再合母聯(lián)斷路器.電壓幅值一般設置為系統(tǒng)電壓的20%～30%.

3 無擾動快切裝置的動作順序

快切裝置的動作順序分為串聯(lián)、同時和并聯(lián),所謂quot;串聯(lián)quot;就是裝置啟動時先將故障電源開關跳開,然后將備用電源投入,此種方式下適用于兩條電源不能隨意合環(huán)的場合;quot;同時quot;是裝置啟動時向故障電源開關發(fā)跳閘命令,同時向母聯(lián)開關發(fā)合閘命令,因為開關的跳閘速度比合閘速度快,在某種意義上也是一種串聯(lián)形式.這里有個去耦合的概念,也就是說如果故障電源開關接到跳閘命令后因為某種原因拒動,而此時母聯(lián)開關已經(jīng)合上,整個系統(tǒng)處于合環(huán)狀態(tài),快切裝置檢測到此種情況,立即向已經(jīng)合上的母聯(lián)開關發(fā)跳閘命令將母聯(lián)開關跳開,避免引發(fā)系統(tǒng)性風險;并聯(lián)切換是先合備用電源開關后分故障電源開關,此種情況需要在兩條電源可以隨意合環(huán)的場合下應用,企業(yè)要根據(jù)各自特點選擇不同的切換方式.

4 無擾動快切的模擬量采集

兩段母線電壓為無擾動快切裝置最重要的采集量,將母線ABC三相電壓引入快切裝置作為母線失壓、頻率降低的判據(jù),配合進線側(cè)的電壓采集作為無擾動快切的主要啟動參數(shù).無擾動快切需接入1#、2#進線三相電流,作為過電流保護閉鎖快切啟動判據(jù)和快切啟動動作時低電流判據(jù).當進線電流超過設定的過電流保護值時閉鎖快切裝置,防止因母線短路或所帶負荷短路造成系統(tǒng)電壓、頻率降低,快切裝置動作后,將正常電源投在故障點上,造成正常電源保護跳閘.在1#、2#進線的電源入口端安裝電壓互感器,將兩相電壓引至快切裝置,作為快切裝置判定進線側(cè)電源是否正常的依據(jù).引入進線側(cè)電壓為無擾動快切裝置手動切換提供依據(jù),并且可以有效防止母線電壓互感器故障引起的誤動作.

5 無擾動快切的開關量采集

無擾動快切裝置需要采集1#/2#進線、母聯(lián)柜的斷路器的常開常閉位置接點,以判定進線、母聯(lián)的分合狀態(tài).同時將1#和2#進線保護裝置的接點引入無擾動快切,用來強行啟動和閉鎖無擾動快切裝置,比如,一般將線路縱差保護接點引入快切裝置強行啟動快切,將線路過流、速斷保護接點引入快切裝置閉鎖快切.

6 無擾動快切裝置的控制選擇

無擾動快切裝置在正常倒閘操作時需將其退出運行,在控制盤柜上應設置裝置投入退出旋鈕.在切換方式選擇上有手動切換和自動切換,在控制盤上應設置手動、自動切換旋鈕或連接壓板.在手動切換中需要選擇兩段進線和母聯(lián)斷路器進行操作,這樣需要安裝一個三方位旋鈕進行切換,分別為1#進線和母聯(lián)、2#進線和母聯(lián),1#進線和2#進線.根據(jù)系統(tǒng)的運行方式,需要安裝旋鈕來或者壓板選擇并聯(lián)切換和串聯(lián)切換.同時在控制盤上安裝快切裝置復歸按鈕,在裝置動作后對裝置進行復歸.無擾動快切裝置的控制選擇如圖1.

圖1 無擾動快切裝置的控制選擇

7 結(jié)語

大型企業(yè)尤其是石油化工類企業(yè)用電量大,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜,受雷電、臺風等自然災害因素和企業(yè)內(nèi)部電氣短路崩燒等影響,系統(tǒng)停電、晃電事件時有發(fā)生.快切裝置的出現(xiàn)有效擬補了備自投裝置的不足,我們需要根據(jù)各自企業(yè)配電系統(tǒng)的特點,應用合理的配置組合,整定合適的定值以便更好的讓無擾動快切技術為企業(yè)服務.

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