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MQMS快速切换控制装置

时间:2023-02-15 浏览:2666

一、功能原理介绍

■定义

一种以“供电电源故障快速判断技术”为控制基础的、基于“涡流驱动快速开关”的电源故障时的备用电源快速切换装置,称为“快速断路器及切换控制器装置”

(简称“快切”,代号MQMS)。主要为了快速阻断负荷系统异步电动机磁场能量向故障工作电源短路点衰减的通路、减小切换电源时异步电动机的二次冲击,避免切换后电机失稳停转。电源短路故障时的最快切换时间不大于16ms。装置为多面开关柜成套形式,适用于新建和改造项目。

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■组成

见图15,MS装置主要由切换控制器、工作电源进线开关K1、工作电源电压监测PT1、备用电源进线开关K2、备用电源电压监测PT2和母联开关K3、综保、柜体及附件等组成。

其中K1、K2、K3为分闸时间小于5ms、合闸时间小于15ms的加拿大Max-Swi制造的涡流驱动快速开关。

■工作逻辑

正常运行时,工作电源进线开关K1、备用电源K2处于合闸状态,母联开关K3处于分闸状态;切换控制器实时监测工、备电源的电压同期状态,符合并网条件时,快切功能解锁,不符合并网条件时,快切功能闭锁,并报警。

当工作电源系统发生开路(开关K偷跳)或短路(d点)故障时,并且工备电源的电压同期性满足并网条件,切换控制器命令K1跳闸,然后再合K3,实现对负荷供电的切换,故障解除后,可自动或手动返回。

二、型号命名及参数

装置型号及命名

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■参数指标(见表6)

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三、使用环境及用途

使用环境

安装地点户内,无酸碱腐蚀

环境温度-40~50℃

相对湿度*95%

污秽等级≤|级

海拨高度≤2000米,超过2000米需特殊设计

■快切选型及用途

1、三切式(MQMS-T)符合并列运行条件但采用分裂运行方式的双电源供电系统,在进线和母联处采用三台快速开关柜的三切式快切,见图16。

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2、双切式(MQMS-D)符合并列运行条件且采用并列运行方式的双电源供电系统,在进线处采用两台快速开关柜的双切式快切,见图17。

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四、结构类型

■10(6)KV柜型结构

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■主要配置(见表7)

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五、晃电介绍及解决方案

■关于晃电

如图1所示,内部电网(简称“内网”)总降母线上某条支路发生短路故障d,母线电压出现骤降……在断路器K切除该故障支路之前,母线上所有的负荷将一直处于低电压工况……短路故障切除后,电压才开始恢复,由于异步电动机群磁场重建的二次冲击电流会延缓母线电压的恢复时间,这个母线电压从骤降直至恢复到额定电压70%以上的短暂低电压供电的“电压凹陷”现象,称为“晃电”!

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晃电是否给企业造成停产损失,取决于母线上负荷是否能成功实现低电压故障穿越,即负荷对低电压的忍耐时间与晃电时间的博弈结果!

晃电时间包括:继电保护判断时间、断路器固有分闸时间、燃弧时间和电压恢复时间之和,一般要超过80ms,甚至更长。

从图2的时序图就可以看出:中、低压的变频器和低压系统的继电器、接触器、电磁阀等,忍耐极限一般就只有20~30ms,必然穿越失败。但是,可以通过采用一些附加设备或软件优化的方法,延长这些设备对低电压的忍耐时间,实现低电压穿越……

然而,问题的要点不在这,中、低压系统断路器的控制电源为直流,不会因交流系统的低电压而跳闸,因此它们所控制的异步电动机在低电压期间则一直在网,并以发电方式向短路故障点反馈输出短路电流,直到绕组内的磁场衰减完毕或短路故障点被切除,此过程为电机的“一次冲击”;一般异步电动机的绕组短路衰减时间常数T为30~40ms左右,就是说只要内网短路故障持续3r左右的时间,电机的磁场就会衰减殆尽,变成挂在网上减速旋转的铁疙瘩……

当短路故障点被断路器K切除时刻,母线电压进入恢复期,所有在网的异步电动机同时重建磁场,此时电动机的软启动装置都处于退出状态,实际上就是“电机群直接启动”,启动伊始要向电网索取相当于电机群额定电流总和5~7倍的无功电流,形成强烈的电流冲击,此过程称为电机的“二次冲击”。

二次冲击电流在该系统变压器和线路的阻抗上会形成较大的压降,降低了电动机的机端电压,致使电机的电磁转矩不足,影响了电机转速恢复,并增加了过流时间,客观上延缓了母线电压的恢复过程,也就是电动机磁场重建的过程。只要当造成冲击电流的电机群总容量达到本系统电源容量的40%以上时,母线电压极易低于70%(电磁转矩小于50%),一旦这些电机处于额定负载状态,必然导致电机群失稳(详见

《电机学》中关于“电磁转矩”的相关论述)停转,最终使该系统崩溃。

这就是,即使断路器K成功地切除了内网短路故障,还是经常会发生大面积停机事故的根本原因!

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■晃电的治理措施

1、串联支路电抗器方案如图3,在需要保护的母线的每条出线串联支路电抗器,用以抬升支路短路故障(d1)时的母线剩余电压,保障供电。

支路电抗器方案也存在一定的问题,尤其是当电抗器进线侧电缆头故障时(如图3所示d2点),电抗器反而起不到保障母线供电的作用!这是目前针对内网晃电的典型设计。

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2、“防晃电模块”和“分批延时重启继电器”解决方案

“防晃电模块”是针对继电器、接触器,在晃电时延长线包保持时间的一种低压系统的解决方案,达到晃电时不跳闸的效果……可是无法解决异步电机的“二次冲击”问题。

因此,为了避免二次冲击,不得不有选择地使用防晃电模块,先接受部分跳闸的事实,事故后利用“分批延时重启继电器”,将跳闸的负荷,根据工艺特点、容量大小预先分组,在跳闸后自动分批重启,以期尽快恢复生产。该方案不仅要求熟悉生产工艺,而且接线复杂,实际操作难度大,并且,由于模块本身的可靠性低于被保护对象的可靠性,又衍生出更多的故障。

这两种方案只针对低压系统,并不能解决中压系统的晃电问题。

3、“快切”解决方案有时将电源开路故障(K偷跳)片面地认为就是“晃电”,因此提出了一种

“快切”解决方案,即针对电源开路故障的“备自投”控制器;对短路故障d1可能引发的二次冲击问题,则主张跳掉一部分负荷,再分批延时重启。指导思想与上述方案有类似的不足之处。

关键是,此“快切”方案仅提供控制器,而K1-3还是采用普通断路器,当KO切除d1故障点时刻,也就是K1开断时刻,电源已经恢复正常,K1断开纯属多余;再合K3,整个切换时间远大于K0开断时间(即晃电时间),用大于晃电时间的操作治理晃电,不符合逻辑。

尤其是对于故障点d2,对母线来说,属负荷故障,快切还不能动作,母线上的负荷还是要承受d2故障的影响。因此,治理晃电,单方面考虑快切策略,还显不足。

■晃电治理的思想要素

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1、“减小二次冲击”是方向变频器、接触器等都有抗晃电治理办法,但是,异步电动机在电压恢复时刻的

“二次冲击”却是造成大面积停电事故的根本原因。

针对这一客观物理现象,减小异步电动机的“二次冲击”,避免电机在二次冲击期间停机事故的发生,是治理晃电的方向。

2、“缩短晃电时间”是要点停产即事故!必须在事故发生前完成治理。

因此,缩短晃电时间一—在事故即将发生前就提前结束晃电是治理的要点!

图5中可以看出,将“晃电期间”压缩到

“原事故点”(20ms时刻)之前即可避免变频器及低压负载等设备停运事故的发生,而且实际运行经验证明,只要在短路后第一个大半波(小于20ms)之内将短路故障隔离,就可以将异步电动机的“二次冲击”电流限制到2倍左右额定电流以内,避免电机失稳,确保生产的连续性。

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3、“快速设备”是物质基础

因此,20ms之内完成“故障判断”和“执行操作”的“快速”设备,是成功治理晃电的物质基础,尤其是基于加拿大Max-Swi公司制造的5ms内分闸的“涡流驱动”

快速开关而成套的母线残压保持装置(ZRD)和高速断路器及切换控制器装置(MS),是综合治理晃电的重要设备。

4、“孤立故障点”是策略

如图6所示,对于造成内网晃电的短路故障点d4,采取两头治理的策略:一头是在故障点的电源侧,即母线支路开关的位置,采用“母线残压保持装置”(ZRD)简称“母保”(图6中绿色的模块),来快速隔离故障点对母线电压的影响,保障母线对其它非故障支路的连续供电;另一头是在故障点的负荷侧,采用“快速断路器及切换控制器装置”(MS)简称“快切”(图6中蓝色和紫色的模块),将故障点以下的负荷切换到备用段电源或电压已经被“母保”恢复的本段其它支路的电源上。这样可以将故障点彻底地从系统中孤立出去,去除故障点的负面影响,最大限度地保障系统对所有负荷的供电连续性!

■10kV系统晃电的典型治理方案

1、典型10kV一次系统晃电治理示意图

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2、10kV晃电故障点及治理方案(见表1)

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35kV系统晃电的典型治理方案

1、典型35kV一次系统晃电治理示意图

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2、35kV晃电故障点及治理方案(见表2)

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■治理晃电整体解决方案

1、整体解决方案示意图

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2、治理方案描述

·各晃电故障点及治理方案说明简表(见表3)

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六、使用维护

·开箱检验无损坏,方可对照柜体编号就位安装。

·必须按照装置《调试大纲》进行必要的投运前试验。

·一切合格后方可投运,并提交《投运报告》。

·正常运行过程中,按照普通开关柜维护规程进行维护。

·当装置动作后,须按照《调试大纲》对柜内关键元件进行检查,若出异常,质保期内,实行无偿服务。

七、订货须知

·签订《技术协议》前应提供以下数据资料:系统一次接线图及主要参数,并明确提出治理要求,其中主要参数包括:系统额定电压、系统最大方式短路电流、系统可正常生产的小方式短路电流,母保还需要支路额定电流及综保定值表,快切还需要负荷类型。

·根据以上数据确定各母保装置的型号及供货范围。

·签订《技术协议》和商务合同。

·单套装置供货周期为:45个工作日,超过5套交货期另计。

八、包装、运输、储存

·一般采用木箱包装,装置固定在包装箱的底座上。

·不得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,应存储在干燥、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。

九、质量保证与售后服务

·质保期为交货后18个月或投运后12个月,以先到为准,质保期内免费维护,质保期外有偿服务,终身保修。

·我方派专业人员配合用户在进行投运前现场试验。

·质保期内发生质量问题,除免费维修外,维修部件质保期按修复后重新计算。

十、专利技术

·ZL02258132.4.《开关永磁操动装置》·ZL02286666.5,《气体放电管驱动器》

·ZL200420024429.6,《备用电源自动投入装置》

·ZL200420078998.9《开关永磁操动器》

·Z120052013969,《可恢复大容量高速开关装置》

·ZL00219352.3,《大容量高速开关装置》



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