無擾動快切在母線分段運行配電系統的應用

杜樹鑫

(中國石油錦州石化分公司,遼寧 錦州 121000)

無擾動快切在母線分段運行配電系統的應用

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

母聯自投;殘壓;快速切換;同期切換

石油化工行業對供電穩定性要求很高,變配電站一般為兩條獨立電源供電,采用單母線分段形式,在母聯處加裝母聯自投裝置.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開關接帶失電段負荷.石油化工行業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電機的形式運行.但由于沒有勵磁系統和逐漸遞減的轉數,機端電壓的頻率和幅值逐漸衰減.傳統母聯自投技術因考慮沖擊對系統和設備的影響,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.

1 快切的啟動方式

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

(1)品質因數啟動.品質因數啟動檢測電源頻率、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.品質因數啟動的定值要根據系統的實際情況整定,各項參數太接近于電網正常運行參數,系統稍有波動快切裝置就會動作,增加快切失敗的風險.整定參數相對電網正常運行參數偏離過大,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.一般系統的實際電壓和額定電壓有一定差值,所以不推薦使用系統額定電壓來整定,品質啟動電壓整定為系統正常運行電壓的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的備用電源自動投系統,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因數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,這時候實際就是傳統的quot;備自投quot;,系統一定會波動,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,如果電網波動短時恢復,為盡量保持系統穩定,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.有些企業由傳統備用電源自投系統向快切裝置改造時保留了原始備自投功能,為了避免傳統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備用電源自投系統.建議傳統備自投系統改造成快切裝置時,完全關閉或拆除備自投系統,完全用快切裝置實現各項功能.

(4)開關變位啟動.當系統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,根據電力系統特點設置并聯或串聯啟動.

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,合母聯時根據系統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.從快切裝置發出合閘命令到實際母聯合閘需要一定時間,這個值根據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%,原理和傳統備用電源自投系統相差無幾.但此時要考慮正常段電源系統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斷路器.電壓幅值一般設置為系統電壓的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、同時和并聯,所謂quot;串聯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的場合;quot;同時quot;是裝置啟動時向故障電源開關發跳閘命令,同時向母聯開關發合閘命令,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,而此時母聯開關已經合上,整個系統處于合環狀態,快切裝置檢測到此種情況,立即向已經合上的母聯開關發跳閘命令將母聯開關跳開,避免引發系統性風險;并聯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的場合下應用,企業要根據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,配合進線側的電壓采集作為無擾動快切的主要啟動參數.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和快切啟動動作時低電流判據.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電源是否正常的依據.引入進線側電壓為無擾動快切裝置手動切換提供依據,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、母聯柜的斷路器的常開常閉位置接點,以判定進線、母聯的分合狀態.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、2#進線和母聯,1#進線和2#進線.根據系統的運行方式,需要安裝旋鈕來或者壓板選擇并聯切換和串聯切換.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 結語

大型企業尤其是石油化工類企業用電量大,電網結構復雜,受雷電、臺風等自然災害因素和企業內部電氣短路崩燒等影響,系統停電、晃電事件時有發生.快切裝置的出現有效擬補了備自投裝置的不足,我們需要根據各自企業配電系統的特點,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服務.

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