CZ-ZRD母線殘壓保持裝置

基于“短路故障快速判斷技術”為控制基礎,采用“電磁斥力快速斷路器”為執行元件,可實現當支路發生短路故障20ms內投入“補償阻抗”,提升母線電壓達到90%以上,隔離故障
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1 電壓暫降的概述

1.1 什么是電壓暫降

在國內認識“電壓暫降”的過程中,采用過的術語有:“電壓凹陷”、“晃電”、“電壓跌落”和“電壓驟降”等。

201312月頒布國標GB/T 30137-2013 《電能質量 電壓暫降與短時中斷》 關于“電壓暫降”的定義:電力系統中某點工頻電壓方均根值突然降低至0.1 p.u.~0.9 p.u.,并在短暫持續10ms~1min后恢復正常的現象。

1.2 電壓暫降的誘因

當輸配電系統中發生短路故障、大容量感應電機啟動、雷擊、開關誤操作、變壓器以及電容器組投切等事件時,均可引起電壓暫降。

其中,短路故障、大容量感應電機啟動和雷擊是引起電壓暫降的最主要原因,而三相短路故障引起的電壓暫降最為嚴重,影響面最廣,對用戶造成的損失最大;故對于短路造成電壓暫降問題的治理顯得格外重要和緊迫。

1.3 電壓暫降的兩個特征

 

圖一 電壓暫降均方根圖形

電壓暫降的兩個特征:

  1. 暫降深度Ud%(或剩余電壓U%)。

  2. 持續時間t=tf(電壓下降時間)+ts(電壓降低后持續時間)+tr(電壓上升時間)。

1.4 電壓暫降的危害

常規微機綜保驅動真空斷路器切除短路故障的時間t=保護判斷及出口時間+斷路器分閘時間+燃弧過零時間,∑t大多需要80ms以上,這也是母線電壓暫降的時間。

電壓暫降是否給企業造成停產損失,取決于母線上重要負荷是否能穿越低電壓故障時間,即負荷對低電壓的忍耐時間與晃電時間的博弈結果!在新型自動化程度高的大型企業中或發電廠中,對供電的連續性要求非常高。但內網短路故障造成的晃電影響并不能被完全杜絕,由于短路引起的電壓跌落,導致敏感設備或元件(如開關電源、電磁閥、低壓繼電器、接觸器及無低電壓穿越功能的變頻器等)停止運行,造成供電或生產中斷,而恢復時間較長,給企業帶來不同程度的經濟損失。

一般異步電動機的繞組短路衰減時間常數τ30~40ms左右,就是說只要內網短路故障持續左右的時間,電機的磁場就會衰減殆盡。當短路故障點被斷路器切除時刻,母線電壓進入恢復期,所有在網的異步電動機同時重建磁場,實際上就是電機群直接啟動,啟動伊始要向電網索取相當于電機群額定電流總和5~7倍的無功電流,形成強烈的電流沖擊,此過程稱為電機的二次沖擊。

二次沖擊電流在該系統變壓器和線路的阻抗上會形成較大的壓降,降低了電動機的機端電壓,致使電機的電磁轉矩不足,影響了電機轉速恢復,造成自啟失??;并且增加了過流時間,客觀上延緩了母線電壓的恢復過程;嚴重情況下會造成系統大面積停電跳閘事故。

故縮短電壓暫降時間才是治理電壓暫降故障提高供電連續性的關鍵!

3 母線殘壓保持裝置

母線殘壓保持裝置(CZ-ZRD)是專門針對中壓配電系統設計開發的;基于“短路故障快速判斷技術”為控制基礎,采用“電磁斥力快速斷路器”為執行元件,可實現當支路發生短路故障20ms內投入“補償阻抗”,提升母線電壓達到90%以上,隔離故障支路對系統側電源(母線)電壓的影響。

 

3.1 一次原理

 

圖二 一次原理圖

本裝置由“電磁斥力快速斷路器”、“補償阻抗”及快速測控裝置組成;該裝置為集成化的成套開關柜,可替代饋出線柜,且保留常規開關柜內部所有配置。

電壓暫降治理由“電磁斥力快速斷路器”和“補償阻抗”完成,常規微機綜保負責開關柜的其他保護功能。

下級短路故障時20ms內投入“補償阻抗”,可抬升母線側電壓為90%以上,短路故障被故障點支路斷路器切除后,快速斷路器自動合閘,將“補償阻抗”退出。

3.2 工作邏輯

  1. 正常運行期間

    正常運行時中速斷路器和快速斷路器合閘,裝置運行無損耗無壓降。

  2. 線路發生短路故障時

    快速測控裝置可在2ms內檢測判斷并出口,驅動快速斷路器動作,20ms內將“補償阻抗”投入,可抬升PPC點(母線側)電壓為90%以上。

  3. 短路故障排除情況

    CT檢出電流回落到額定電流之內,快速斷路器自動合閘,將“補償阻抗”退出。

    CT檢測電流并未回落,即故障點d切除失敗,時長達到0.3s(時間可設定),我們認為故障點開關存在拒動故障,此時快速測控裝置作為后備保護會提供聯跳信號,驅動本裝置中速斷路器跳閘,協助綜保完成對故障的切除。

3.3 型號命名

 

3.4 技術參數

序號

技術特性

單位

額定參數

通用電氣參數

1

額定電壓(Ur)

kV

6/10/20/35

2

額定電流(Ir)

A

1250/1600/2000/2500

3

額定開斷電流(Ik

kA

31.5/40

4

額定絕緣水平

額定短時工頻耐受電壓(Ud)1min

kV

30/42/65/95

額定雷電沖擊耐受電壓(Up)

kV

60/75/125/185

5

額定頻率(fr)

Hz

50

電磁斥力快速斷路器關鍵參數

6

額定分閘時間

ms

5

7

額定合閘時間

ms

15

8

動作分散度

ms

0.5

9

機械壽命

10000

補償阻抗關鍵參數

10

補償阻抗值

Ω

根據系統計算

11

母線側電壓補償率

%

90

12

響應時間

ms

20

3.7 裝置外形

參考尺寸:1000W*1660D*2300H),DH根據額定電流進行相應調整,該裝置可以與其他開關柜拼柜安裝。

 

圖三 裝置尺寸圖

4 母線殘壓保持裝置的派生系列

4.1 CZ-ZRD-RC

在很多改造升級工程中,現場的開關柜因拆除困難及主母線無法停電等困擾,一般不適宜直接更換為CZ-ZRD;故我們認為可以保留現有的開關柜,利用備用空間安裝CZ-ZRD-RC,CZ-ZRD-RC主要完成電壓暫降治理功能,不充當常規開關柜的功能。

一次原理圖如下:

 

圖四 CZ-ZRD-RC一次原理圖

參考尺寸:1000W*1660D*2300H),DH根據額定電流進行相應調整,該裝置進出線一般采用高壓電纜。

 

圖五 CZ-ZRD-RC裝置尺寸圖

4.2 CZ-ZRD-KC

針對直配負荷(即該線路僅有單臺電機或單臺變壓器)無需配置“補償阻抗”,采用CZ-ZRD-KC直接切除故障即可。

CZ-ZRD-KC“電磁斥力快速斷路器”及快速測控裝置組成,在支路發生短路故障時,可20ms內快速將該支路直接切除。CZ-ZRD-KC的設計完全可以與常規開關柜一致,可取代常規開關柜。

一次原理如下:

 

圖六 CZ-ZRD-KC一次原理圖

參考尺寸:800(1000)W*1500D*2300H)。

 

圖七 CZ-ZRD-KC裝置尺寸圖

5 典型應用方案

 

圖八 典型應用方案圖

應用解析:CZ-ZRD全功能型母線殘壓保持裝置可取代常規饋線柜,一般建議安裝在總降站饋線;CZ-ZRD-RC為獨立安裝設備,與饋線柜的串接;CZ-ZRD-KC等同快速開關柜,一般接變壓器或電機等直配負荷。

 

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