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ZRD母线残压保持装置
【日期】 2012年11月23日   【浏览】 [10686]
前言
企业内部中压电网某一电压等级的供电系统中,若某一条支路发生短路,与该支路相连的母线(本文特别定义,以该母线为界,该母线及母线以下的线路,定义为区内网;该母线以上的线路定义为区外网),该母线上电压陡降严重,母线残余的电压(以下称残压)一般低于额定电压的20%,只有当该支路断路器开断,切除了短路故障,母线电压才能恢复。母线电压从陡降到恢复这段时间就是断路器开断短路故障的时间,大约在0.1秒左右,也就是微机综合保护判断故障的时间(20ms-30ms),加上断路器固有动作时间(40ms-80ms),再加上电弧过零时间(16ms左右)。母线电压出现凹陷这段时间,企业供电系统称之为“晃电”。晃电实录的电压波形见图一。
图一  实际录到的晃电时电压波形
“晃电”发生期间,母线残压很低,使一些未发生短路故障的负载运行中断,如变频器、电动机、继电器、电磁阀等。这些对“晃电”反应明显的负载称之为敏感负载,其特点是有机械运动以及有电能或磁能储能元件的存在。企业内使用的电机多为异步电机,而异步电机的旋转磁场的保持来自于电网的无功支持,某支路短路时母线残压很低,其他支路上的异步电机得不到无功支持,且还要向短路点输出短路电流,异步电机的短路时间常数τ一般在30ms以下,“晃电”时间接近3τ,按指数规律衰减的异步电机的磁场消耗殆尽,在短路故障点切除后电压恢复的时刻,电网对异步电机重建磁场产生了5-7倍额定电流的冲击,造成继电保护误动作。图二是实录的异步电机在电网短路时和短路故障切除时两次冲击电流波形。
图二  实录录波的异步电机在电网短路时电流波形
通常母线残压在50%以下时,敏感负载可容忍的“晃电”时间不大于30ms。
当区外网发生短路故障,可以将区内网整体(全部负载)或部分重要负载切换到另一个区外网,但区内网中某支路发生短路就不能整体切换了,只能部分切换。若区内网中重要的敏感负载已人为集中到少数支路或其支路数本就不多,部分切换是可以解决区内网短路造成重要负载停运的问题,必要条件是要有可以切换的合适区外网。
如果区内网中重要的敏感负载支路很多,部分切换的成本就太大,如果连可切换的区外网条件都不具备,那么要解决区内网晃电问题,采用母线残压保持装置是可取的方案!
母线残压保持技术目标是要在20ms以内将出现短路故障支路的阻抗增加到区外网总阻抗的20倍以上,将母线残压恢复及保持到额定电压的95%以上。使用了母线残压保持装置后,当区内网发生短路故障时,母线残压恢复及保持的电压波形见图三。
图三  母线残压恢复及保持的电压波形
母线残压保持技术主要有三个关键技术组成:
一,能在1-2ms内准确测量及判断出支路出现短路、并发出命令的控制器。
二,能在2ms-3ms内断开50kA以上的短路电流,并且不能产生1.5倍以上额定相电压的过电压的换流器,将短路电流换入到与其并联的高阻抗中去,将短路电流限制在2kA左右。
三,该阻抗必须线性度好,并且吸收能量大。
母线残压保持装置,必须包括支路断路器功能,省去支路断路器。使其装入一个与开关柜大小相当的壳体内,要求体积小,成本低。要保留原开关柜所有的重要功能,既开断、正常操作、综合保护及通讯等功能,并有明显的断口,便于检修。
母线残压保持装置(ZRD),是本公司为了解决需要生产连续性高的企业,因区内网晃电造成的连续生产中断而开发的一种新型产品,不仅维持了母线残压,保护其它重要负载不受一条支路短路故障的影响,也具有支路断路器全部功能,同时对该母线主变压器短路电流冲击产生的损害大大降低,变压器得到很好的保护,同时对其分支母线以下的断路器遮断容量也相应大大降低。
本装置使用了本公司六项最新专利技术:
ZL02258132.4 、ZL02286666.5、ZL200420024429.6、
ZL200420078998.9、ZL20052013969、ZL00219352.3
 
装置的工作原理
本装置主要由专用原装进口换流器、测控单元、专用特制罗克线圈、限流阻抗、切离开关、微机综合保护装置、电流互感器等构成。(见图四)
测控单元通过罗克线圈,监视支路电流,当短路电流大于设定值,高速DSP通过专用算法1~2毫秒内快速精确的预测出三相电流的有效值,并发出动作信号。
装置中的换流器在2~3毫秒内快速开断,短路电流换流进入限流高阻抗中,限制短路电流,短路电流幅值大大降低。
本装置可在支路设备发生短路故障6~16毫秒内,将母线残压保持在额定电压的95%以上,保证了其他无故障支路敏感负载的正常工作。同时主变压器等设备所受到的短路冲击大大降低。
分支路内的短路故障D1(见图四)切除后,测控单元检测支路电流接近额定电流时立即给换流器命令,10毫秒内限流高阻抗退出,系统即可恢复正常运行。
发生短路故障的支路在发生短路超过300毫秒,故障没有解除,本装置测控单元认为是故障点的分支路真空断路器拒动或支路的母线故障D2(见图四),立即给切离开关发出分闸命令,切除该支路。
除上述功能之外,装置还包括微机保护、继电保护、事件记忆、通讯接口、支路电流监测等全部功能,安装本装置之后,原有支路开关可以取消。
图四ZRD母线残压保持装置原理图
适用范围
一、本装置可替代支路断路器、普通串联限流电抗器,在新供用电系统设计及企业系统改造时,可利用本装置加大支路系统阻抗,使分支路断路器的开断电流进一步减小,降低造价。见图五
图五
二、如果不重要负载人为集中到少数支路上,可采用图六方案,发生短路时,本装置快速投入限流阻抗,母线的残压迅速恢复到额定电压的95%以上,可完全满足维持重要负荷继续运行而不受影响。对不允许瞬时间断供电须强行自启动的重要负载,可提高供电质量。
 
图六
三、若要保持分支路母线残压,分支路上同样可以安装本装置。
装置技术参数
设备名称:                          母线残压保持装置( ZRD)
系统额定电压:                       6kV-10kV-20kV-35kV
系统额定电流:                       630A-1250A-1600A-2000A
额定短时开断电流                     40kA-50kA-63kA                      
雷电冲击耐受电压(峰值):            60kV -185kV
短时(1min)工频耐受电压 :          32kV-95kV
额定频率:                            50Hz
额定短时耐受电流                      100kA-160kA
额定峰值耐受电流                      100kA-160kA
 
装置的型号:
 
 
标准配置及外型图
 
(ZRD母线残压保持装置10kV参考柜体尺寸图)
订货须知
额定电压
额定电流
安装方式
使用条件
其他数据要求在合同中注明
使用环境条件
环境温度   -40°C- 50°C
海拔高度   一般不大于2000米,大于2000米特殊设计
使用场所   无酸碱腐蚀处
安装地点   户内
相对湿度   日平均相对湿度不大于95%
污秽等级   不超过II级
包装、运输、储存
一般采用木箱包装,装置底座应固定在包装箱底板上。
不要在三级以下公路上长距离运输,必要时可分解包装。
长期不用时,应储存在干燥、通风的仓库内,不宜长期在户外储存。
运输过程中装置应避免碰撞、受潮及暴晒。
装置参数选择及技术服务
本公司根据用户提供的发电机、变压器、线路等系统参数及用户要求,负责技术设计。同时还可应用户要求,派工程技术人员到现场进行产品介绍、现场勘测、指导安装与调试以及人员培训。
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