母線殘壓保持裝置在氧化鋁廠供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李云雙

摘 要：介紹了母線殘壓保持裝置在氧化鋁廠10kV供電系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，當(dāng)10kV饋線回路發(fā)生短路故障時(shí)，母線殘壓保持裝置能夠在20ms內(nèi)將出現(xiàn)短路故障回路的阻抗增加到網(wǎng)側(cè)總阻抗的20倍以上，使10kV總配電所母線殘壓恢復(fù)并保持到額定電壓的95%以上，讓其他10kV饋線回路不受短路故障的影響，增加了氧化鋁廠供電系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：母線失壓；出線電抗器；母線殘壓保持裝置；限流阻抗；節(jié)能

氧化鋁廠任一10kV饋線回路發(fā)生短路故障時(shí)，與該回路相連的10kV總配電所母線會(huì)出現(xiàn)失壓現(xiàn)象，這種失壓會(huì)影響其余10kV饋線回路的正常工作，只有切除了該回路的短路故障，母線電壓才能恢復(fù)。為防止出現(xiàn)失壓時(shí)對(duì)正常供電回路的影響，傳統(tǒng)的供電方案是在10kV總配電所每條饋線回路出口處加裝出線電抗器。這種措施雖然能夠解決失壓?jiǎn)栴}，但出線電抗器的電能損耗巨大，很不節(jié)能，也給企業(yè)帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。母線殘壓保持裝置是一種新型電氣設(shè)備，既能在短路故障時(shí)防止故障回路對(duì)正常供電回路的影響，也不存在電能損耗的問題，用母線殘壓保持裝置來(lái)取代出線電抗器，是氧化鋁廠供電系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步的一種必然選擇。

1 氧化鋁廠對(duì)供電系統(tǒng)可靠性的要求

如果從用電負(fù)荷等級(jí)來(lái)劃分的話，氧化鋁廠的用電負(fù)荷可以歸結(jié)為一二級(jí)用電負(fù)荷，一般都需要設(shè)立兩個(gè)獨(dú)立的供電電源。即使其中一個(gè)電源因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)難以有效供電的時(shí)候，可以使用另外一個(gè)備用電源，以保證正常的生產(chǎn)秩序。這樣的備用方案，對(duì)于保證供電系統(tǒng)可靠性來(lái)講，是很有必要的。

氧化鋁廠10kV總配電所在整個(gè)供配電系統(tǒng)中相當(dāng)重要，是氧化鋁廠的供電核心。當(dāng)10kV總配電所母線電壓瞬間失壓時(shí)，生產(chǎn)流程中對(duì)電壓非常敏感的高壓變頻器、接觸器、斷路器等電氣元件就會(huì)動(dòng)作，使所控制的電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)全廠好幾百臺(tái)電動(dòng)機(jī)突然停止運(yùn)行，會(huì)造成管道內(nèi)高溫高壓且具有腐蝕性的漿液回流、使生產(chǎn)陷入混亂狀態(tài)，只有保證總配電所10kV母線在故障時(shí)不出現(xiàn)失壓，才能保證氧化鋁供電系統(tǒng)的安全和可靠。所以在氧化鋁供電系統(tǒng)中要采取一定的防范措施，以避免10kV總配電所母線的瞬間失壓?jiǎn)栴}。

2 傳統(tǒng)氧化鋁廠供配電系統(tǒng)

在氧化鋁廠根據(jù)生產(chǎn)工藝各片區(qū)的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)供電半徑的原則，通常會(huì)設(shè)置若干個(gè)10kV分配電所，每個(gè)10kV分配電所內(nèi)均采用單母線分段方式，正常時(shí)母聯(lián)斷開，為分列運(yùn)行，當(dāng)其中任一回路停電時(shí)，合入母聯(lián)開關(guān)以保證所有負(fù)荷的正常供電。10kV分配電所的供電電源由上級(jí)10kV總配電所引來(lái)，為防止10kV饋線回路電纜發(fā)生短路故障而引起總配電所10kV母線的失壓，通常在10kV饋線出口處加裝線路電抗器，以保證饋線電纜短路時(shí)母線剩余電壓不低于65%的額定電壓，使對(duì)電壓敏感的電氣元件保持正常工作。

采取加裝線路電抗器措施后，能有效避免10kV總配電所母線失壓，效果是很好的。但是，在正常工作時(shí)電抗器也始終在供電系統(tǒng)中運(yùn)行，也帶來(lái)巨大的電能損耗，很不節(jié)能，也給企業(yè)帶來(lái)了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3 母線殘壓保持裝置

母線殘壓保持裝置是一種新型的電氣設(shè)備，在正常時(shí)不投入運(yùn)行，也不消耗電能；但在故障時(shí)能夠在20ms以內(nèi)將出現(xiàn)短路故障支路的阻抗增加到網(wǎng)側(cè)總阻抗的20倍以上，將母線殘壓恢復(fù)及保持到額定電壓的95%以上。母線殘壓保持裝置有3個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，分別是控制器、換流器和限流阻抗。控制器能夠在1～2ms內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量及判斷出支路出現(xiàn)短路故障、并發(fā)出控制指令；換流器能在2～3ms內(nèi)斷開50kA以上的短路電流，并將短路電流換入到與其并聯(lián)的限流阻抗中去，并將短路電流限制在2kA左右；限流阻抗能夠吸收很大的能量。

母線殘壓保持裝置同時(shí)具有斷路器功能，可直接裝入10kV開關(guān)柜內(nèi)，替代斷路器進(jìn)行正常分合閘操作、微機(jī)綜合保護(hù)、通訊等功能。

4 母線殘壓保持裝置工作原理

母線殘壓保持裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的裝備比較多，一般情況下主要有：換流器；檢測(cè)線圈，限流阻抗；切離開關(guān)；微機(jī)綜合保護(hù)；電流互感器等。

在測(cè)控單元中，檢測(cè)線圈可以對(duì)于饋線回路的電流運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，如果短路電流的取值超過(guò)了對(duì)應(yīng)的承受范圍的haunted，可以以專用算法的方式來(lái)處理，可以在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)于三相電流有效值的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，并且結(jié)合實(shí)際情況發(fā)出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作指令。此次換流器會(huì)在2～3ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)開斷操作，以短路電流換流的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于限制電流的抵抗，由此保證短路電流的取值處于相對(duì)理想的狀態(tài)。如果在此過(guò)程中存在短路的情況，應(yīng)該以保證額定電壓處于95%以上為基本原則，避免無(wú)故障回路敏感電氣元件運(yùn)行故障的發(fā)生，由此還可以短路造成的沖擊效益得以降低。在短路故障切除之后，給予換流器下發(fā)命令，要求其在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)限流高阻抗推出，由此使得系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。如果此次饋線回路的短路依然高于300ms，這就說(shuō)明了故障并沒有處理好，此時(shí)應(yīng)該從分支回路斷路器和分支回路母線故障的角度入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)于對(duì)應(yīng)分支回路的切除操作。

5 母線殘壓保持裝置在氧化鋁廠的應(yīng)用方案和效果分析

針對(duì)母線殘壓保持裝置的特點(diǎn)，可以將其應(yīng)用于氧化鋁廠的供電系統(tǒng)中，以此來(lái)取代傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中的真空斷路器和出線電抗器。

氧化鋁廠供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)母線殘壓保持裝置的換流器閉合，限流阻抗不接入供電系統(tǒng)中。當(dāng)10kV饋線回路電纜發(fā)生短路故障時(shí)，換流器斷開，切換開關(guān)閉合以使限流阻抗接入氧化鋁廠供電系統(tǒng)中，以維持總配電所10kV母線的電壓，讓正常10kV饋出回路能夠保持正常工作，而不受短路故障的影響。當(dāng)氧化鋁廠分支回路短路故障被切除后，再斷開切離開關(guān)，切除限流阻抗，閉合換流器而恢復(fù)正常運(yùn)行，如果超過(guò)300ms短路故障還沒有被切除，則判斷為分支回路斷路器故障或本饋線回路故障，則母線殘壓保持裝置的斷路器斷開，切除該分支回路。

在氧化鋁廠引入母線殘壓保持裝置來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)方案的斷路器和電抗器，在故障狀態(tài)下保持了10kV總配電所母線的電壓。在正常狀態(tài)下又切除了限流電阻，減少了電能損耗，達(dá)到了節(jié)能降耗的作用。在電抗器后的電纜、用電設(shè)備也可按引入母線殘壓保持裝置后的短路電流值進(jìn)行選擇，同時(shí)也降低了電纜、用電設(shè)備的造價(jià)。

6 結(jié)語(yǔ)

為保證氧化鋁廠的供電可靠性，傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)都采用在10kV總配電所的饋出線出口處加裝線路電抗器，以此來(lái)保證10kV供電系統(tǒng)中任一點(diǎn)的短路故障時(shí)，不影響其他10kV供電回路的正常工作。但加裝線路電抗器會(huì)產(chǎn)生增加電壓降，增加電能損耗，很不節(jié)能，而引入母線殘壓保持裝置后，則改變了這一弊端。隨著電氣技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，母線殘壓保持裝置在氧化鋁供電系統(tǒng)中也將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

參考文獻(xiàn)

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