雙重電源控制的實(shí)例應(yīng)用探討

吳桂林 羅榮

【摘? 要】隨著社會(huì)的進(jìn)步，各種安全生產(chǎn)的重要性日益突出，尤其在化工生產(chǎn)的雙重電源供電的探討可靠性方面，應(yīng)從設(shè)計(jì)布局上要考慮周全。雙重電源分兩路電源主供、獨(dú)立的保安電源（包括UPS＼EPS及柴油發(fā)電機(jī)等）。本文結(jié)合項(xiàng)目中10kV兩路進(jìn)線備用電源自投、快切等裝置在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題，進(jìn)行分析探討解決方案。

【關(guān)鍵詞】備自投;繼電保護(hù);動(dòng)作邏輯;可靠供電

0 序言

根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)《化工和危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)（試行）》通知安監(jiān)總管三（2017）121號(hào)中規(guī)定：化工生產(chǎn)裝置未按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置雙重電源供電，一律判定為重大事故隱患。為確保化工生產(chǎn)控制安全，落實(shí)設(shè)計(jì)上對(duì)雙重電源的控制理解，現(xiàn)對(duì)雙重電源供電、保安段的備自投（快切 ）裝置接線運(yùn)行情況及定值設(shè)置進(jìn)行分析及探討。

1 雙重電源的幾種控制形式

首先，如何理解雙重電源的含義進(jìn)行說(shuō)明。 根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052--2009第2.0.2條，雙重電源是指一個(gè)負(fù)荷的電源是由兩個(gè)互相獨(dú)立的電源提供的。第3.0.2條又規(guī)定，一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí)，另--電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。說(shuō)明雙重電源應(yīng)分別來(lái)自不同電網(wǎng)的電源，或來(lái)自同一電網(wǎng)但在運(yùn)行時(shí)相互間聯(lián)系很弱，或者來(lái)自同一個(gè)電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠(yuǎn)，一個(gè)電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運(yùn)行時(shí)或發(fā)生短路故障時(shí)，另一路仍能不中斷供電，這樣的雙路電源都可視為雙重電源。目的就是一級(jí)負(fù)荷的雙重電源一定要保證在允許的切換時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確可靠切換。

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016--2014的規(guī)定，結(jié)合目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件、不同地區(qū)的供電狀況以及消防用電設(shè)備的具體情況，具體設(shè)置。

附圖1為一種典型的兩路主供電源與獨(dú)立的保安電源（包括UPS＼EPS、柴油發(fā)電機(jī)）供電關(guān)系示意圖。圖中獨(dú)立變電站1和2的110kV供電進(jìn)線線路均為來(lái)自不同的地方上級(jí)變電站， 10kV和380V供電網(wǎng)絡(luò)相互保安供電說(shuō)明如下。

圖1中一：主供電源由獨(dú)立站1分兩段10kV供電，分別主供工藝設(shè)備主機(jī)1#、主機(jī)2#（備機(jī)）等。

圖1中二：由獨(dú)立站2兩段10kV用快切形成的10kV保安段電源，供多工段的10kV保安電源（如獨(dú)立站2因地理位置限制，也可從獨(dú)立站1中取兩路10kV電源供電）。本保安段除供區(qū)域內(nèi)全廠10kV重點(diǎn)電機(jī)外，還供10/400V變壓器等。

一般一級(jí)負(fù)載（如重點(diǎn)380V電機(jī)等）由各主供（備供）取一路電源與保安段來(lái)電源形成單獨(dú)切換的雙重電源供電，這部分電源負(fù)荷選?。?/p>

選取配供發(fā)電機(jī)容量。以能短時(shí)中斷供電電源的重點(diǎn)工藝設(shè)備。

因電網(wǎng)電壓失電，發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)正常供電為宜（約1.5分鐘自啟送電成功）。

這部分只能確保一般重點(diǎn)電機(jī)事故狀態(tài)自動(dòng)斷電-切換-有電源的開關(guān)自動(dòng)合閘，確保不能出現(xiàn)生產(chǎn)大的波動(dòng)和重大人身傷害事故和重大環(huán)保事故發(fā)生。

圖1中三：特殊一級(jí)負(fù)荷是指完全不能中斷電源的負(fù)載，包括主機(jī)的交流潤(rùn)滑油泵、重點(diǎn)設(shè)備的控制電源（還可在其控制柜內(nèi)加獨(dú)立的UPS電源）、重點(diǎn)消防電源、重點(diǎn)事故照明等，選擇無(wú)擾切換的EPS電源。一旦外網(wǎng)停電后，EPS直接供電，其充電電源，待發(fā)電機(jī)自啟后提供，確保重點(diǎn)工藝設(shè)備不能發(fā)生重大人身、設(shè)備事故和重大環(huán)境事故。

2 應(yīng)用實(shí)例備自投探討

以乙二醇項(xiàng)目10kV保安段為例，采用國(guó)電南瑞NSR-3641備自投裝置進(jìn)行兩路進(jìn)線電源的切換來(lái)提高供電的可靠性。

2.1.備自投動(dòng)作邏輯

如圖2，根據(jù)自投的斷路器1DL或2DL不同，進(jìn)線備自投有兩種動(dòng)作方式：合 1DL稱為方式一，合2DL稱為方式二?，F(xiàn)分別對(duì)其充電、放電以及動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。

2.1.1.方式一：進(jìn)線有壓備自投1DL，2DL無(wú)壓跳閘

如圖3說(shuō)明：進(jìn)線斷路器2DL處于合后位，分段斷路器3DL處于合后位， 進(jìn)線斷路器1DL處于跳位，Ⅰ母和Ⅱ母滿足無(wú)壓條件，進(jìn)線2無(wú)流，進(jìn)線1滿足有壓條件（若檢進(jìn)線軟壓板投入時(shí)判斷），跳斷路器 2DL，合斷路器1DL，構(gòu)成方式1。方式一的充電條件：

斷路器2DL處于合后位;3DL處于合后位;斷路器1DL處于跳位;進(jìn)線備自投的軟、硬壓板處于投入位置;無(wú)閉鎖進(jìn)線備自投條件;Ⅰ母和Ⅱ母均滿足有壓條件;若檢進(jìn)線軟壓板投入時(shí)，進(jìn)線1滿足有壓條件;若檢進(jìn)線軟壓板沒(méi)有投入時(shí)，不檢測(cè)進(jìn)線1是否有壓。

2.1.2.方式二：進(jìn)線有壓備自投2DL，1DL無(wú)壓跳閘

如圖4說(shuō)明：進(jìn)線斷路器1DL處于合后位，分段斷路器3DL處于合后位， 進(jìn)線斷路器2DL處于跳位，Ⅰ母和Ⅱ母滿足無(wú)壓條件，進(jìn)線1無(wú)流，進(jìn)線2滿足有壓條件（若檢進(jìn)線軟壓板投入時(shí)判斷），跳斷路器 1DL，合斷路器2DL，構(gòu)成方式2。方式二的充電條件：

斷路器 1DL 處于合后位;3DL 處于合后位;斷路器 2DL 處于跳位;進(jìn)線備自投的軟、硬壓板處于投入位置;無(wú)閉鎖進(jìn)線備自投條件;Ⅰ母和Ⅱ母均滿足有壓條件;若檢進(jìn)線軟壓板投入時(shí)，進(jìn)線2滿足有壓條件;若檢進(jìn)線軟壓板沒(méi)有投入時(shí)，不檢測(cè)進(jìn)線2是否有壓;

2.2. 10kV兩路進(jìn)線備自投應(yīng)用

1.方式一進(jìn)線備投應(yīng)用

如圖5說(shuō)明：將裝置參數(shù)列表中的橋開關(guān)位置選擇置0，使橋（分段）開關(guān)3DL位置信息從本板操作回路采集，即進(jìn)線2主供斷路器的狀態(tài);2DL/3DL均取進(jìn)線2主供的斷路器狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)線2合閘時(shí)，滿足進(jìn)線斷路器 2DL處于合后位，分段斷路器3DL處于合后位， 進(jìn)線斷路器1DL處于跳位。Ⅰ母和Ⅱ母均取母線PT電壓，當(dāng)進(jìn)線2異常時(shí)，Ⅰ母和Ⅱ母滿足無(wú)壓條件，進(jìn)線2無(wú)流，進(jìn)線1滿足有壓條件，跳斷路器2DL，合斷路器1DL，構(gòu)成進(jìn)線備投方式一。

2. 進(jìn)線備投方式二應(yīng)用

如圖6說(shuō)明：進(jìn)線1主供合閘，進(jìn)線斷路器1DL處于合后位;給NSR-3641備自投裝置的開入量3DLHW（背板端子423）/3DLHH（背板端子425）接入控制電源+，并將裝置參數(shù)列表中的橋開關(guān)位置選擇置1，使橋（分段）開關(guān)3DL位置信息從外部遙信采集，即使橋（分段）開關(guān)3DL合跳位從背板段子423和424采集，使橋（分段）開關(guān)3DL合后位從背板段子425采集。此時(shí)分段斷路器3DL滿足處于合后位; 進(jìn)線斷路器2DL處于跳位;Ⅰ母和Ⅱ母均取母線PT電壓，當(dāng)進(jìn)線1（主供）異常時(shí)，Ⅰ母和Ⅱ母滿足無(wú)壓條件，進(jìn)線 1 無(wú)流，進(jìn)線 2 滿足有壓條件，跳斷路器 1DL（進(jìn)線1），合斷路器 2DL（進(jìn)線2），構(gòu)成進(jìn)線備投方式二。

3兩路10kV進(jìn)線快切應(yīng)用，切換時(shí)間≤20ms

如圖7兩路快切電源集中控制示意圖。用于380V中小型變頻器和10kV電機(jī)等完全不可間斷的工藝設(shè)備裝置。

針對(duì)雙路電源快切裝置具備有下列功能：

快速切換：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生 “電壓暫降” 時(shí)，可以在控制類設(shè)備沒(méi)來(lái)得及釋放、變頻設(shè)備沒(méi)停止供電之前完成切換，保證重要敏感設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行。

本裝置利用短路故障快速識(shí)別技術(shù)和過(guò)零開斷技術(shù)開發(fā)的控制器作為核心控制部件，利用快速渦流驅(qū)動(dòng)技術(shù)開發(fā)的快速真空斷路器作為執(zhí)行部件，合閘時(shí)間可以做到10ms左右，分閘時(shí)間可以控制在5ms以內(nèi)，控制器可在5ms內(nèi)判斷出短路電流的有效值和過(guò)零點(diǎn)，并根據(jù)切換對(duì)象及故障類型按照并行切換方式或串行切換方式下達(dá)切換指令，對(duì)于控制類設(shè)備和變頻設(shè)備可以在18-20ms內(nèi)完成切換，對(duì)電機(jī)類設(shè)備可以在25ms之內(nèi)完成切換啟動(dòng)。這種一體化設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了的切換“無(wú)擾動(dòng)”。

對(duì)于中壓電機(jī)類設(shè)備可以在電動(dòng)機(jī)端電壓與備用電源系統(tǒng)之間的壓差、頻差和相角差等同期并列條件沒(méi)有破壞之前完成切換，切換時(shí)的沖擊極小。

智能控制：裝置完成自動(dòng)切換待系統(tǒng)恢復(fù)正常后，用戶可以選擇 “自動(dòng)回切” 或 “手動(dòng)回切”，對(duì)于控制對(duì)象為兩進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)時(shí)裝置能根據(jù)各開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)選擇切換對(duì)象。

微機(jī)綜保：快切控制器具有常規(guī)微機(jī)綜保的電壓監(jiān)測(cè)、越限報(bào)警、過(guò)流 速斷、限時(shí)速斷、過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)等功能，也可配置用戶指定的微機(jī)綜保，本裝置可以取代進(jìn)線柜。

遠(yuǎn)程通訊：本裝置配置了RS485通訊接口，可以按照用戶給定的通訊規(guī)約與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，并可按照監(jiān)控中心的命令進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

事件記憶：本裝置可記錄線路短路或裝置故障發(fā)生的時(shí)間、類型、相別及故障時(shí)的電流、電壓等電氣參數(shù)。

使用壽命長(zhǎng)：本裝置中快速真空斷路器采用直線運(yùn)動(dòng)的快速渦流驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)部件，磨損極小，機(jī)械壽命及可靠性大大提高。 同時(shí)，本裝置系過(guò)零點(diǎn)開斷，與普通斷路器相比開斷過(guò)程中電弧對(duì)觸頭釋放的能量大幅度減少，不僅提高了斷路器的開斷能力，而且開斷壽命明顯提高。

備自投和快切成套裝置比較就是制造成本后者大很多，但控制切換精確“無(wú)擾”切換是它的精髓。

4 結(jié)論

本文為確保生產(chǎn)工藝裝置供電可靠性，從雙重電源供電的幾種形式入手，分別簡(jiǎn)述幾種低壓雙重電源的工作方式和原理，10kV高壓電源的備自投和快切開關(guān)的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)，明確了應(yīng)用實(shí)例場(chǎng)景，具體如何選擇，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電力運(yùn)行方式和重要工藝設(shè)備的重要性做出相應(yīng)選擇，為防止安全事故發(fā)生作為前提做出取舍，以保證供電可靠性。

參考文獻(xiàn)：

1、NSR-3641備用電源自投裝置技術(shù)和使用說(shuō)明書

作者簡(jiǎn)介：

吳桂林 男1967年生，漢族，湖北枝江人，高級(jí)工程師，一直從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化控制技術(shù)工作。通訊地址： 湖北·枝江·湖北三寧化工股份有限公司? 郵編： 443206 郵箱13972044685@163.com。