一種快速無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制裝置的應(yīng)用

吳成

摘 要：鋼鐵企業(yè)供電通常采用雙電源分段式供電模式，基于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的要求，一般不允許兩路電源聯(lián)通（合環(huán)），兩段之間的關(guān)系是互為備用。傳統(tǒng)的備用電源自動(dòng)投入裝置（簡稱備自投）自動(dòng)合上，仍然有很多負(fù)荷脫離電源，難以扭轉(zhuǎn)生產(chǎn)工藝流程被嚴(yán)重破壞及機(jī)械受損的現(xiàn)象。利用無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制裝置快速切換，可以有效滿足供電系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的要求，確保生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定狀態(tài)，確保用于生產(chǎn)的設(shè)備能連續(xù)工作，減少生產(chǎn)停止、小耽誤;及時(shí)控制生產(chǎn)工藝流程被嚴(yán)重破壞或部分機(jī)械損傷的局面，達(dá)到降本增效、實(shí)現(xiàn)企業(yè)成本最大化的目的。

關(guān)鍵詞：雙電源供電;備自投;替續(xù)控制;涌流

1 備自投

保證供電可靠性，主要是裝置備用電源替續(xù)控制系統(tǒng)，使受電用戶在重新獲得電源后，能保持失電前的生產(chǎn)工藝流程不受到破壞，能最大限度地繼續(xù)保持正常生產(chǎn)。但是當(dāng)今工況的備自投做不到無擾切換，因?yàn)槿藗円恢痹谘赜霉爬系膫渥酝对O(shè)計(jì)原則：即為了保證備用電源不投到故障點(diǎn)上，和工作電源不向備用電源倒送電，必須在確認(rèn)工作電源已斷開（根據(jù)無流判據(jù)）及工作母線完全無電壓（根據(jù)無壓判據(jù)）后才能投入備用電源。眾所周知，當(dāng)今的工業(yè)負(fù)荷包括發(fā)電廠的負(fù)荷在內(nèi)，照明負(fù)荷占比很小，而主要是電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，如泵、風(fēng)機(jī)、粉碎機(jī)、傳送帶等。這些電動(dòng)機(jī)在失去電源全部停轉(zhuǎn)后，即使再送上備用電源，將面臨很多嚴(yán)重的問題。如已有很多電動(dòng)機(jī)被切除;大量電動(dòng)機(jī)同時(shí)自起動(dòng);有的工藝流程遭受不可逆的徹底破壞等，人們要耗費(fèi)大量時(shí)間并付出可觀的代價(jià)才能恢復(fù)生產(chǎn)。所以，備自投設(shè)計(jì)者必須正視如何保證電動(dòng)機(jī)失去電源后快速、安全再受電的問題。此外，備自投在切除工作電源的同時(shí)，必須斷開母線上的電源支路及電容器支路，而在投入電源時(shí)應(yīng)快速完成電源支路的再同期及電容器的無涌流再投入。對(duì)于供電設(shè)備為變壓器的備自投，應(yīng)能支持備用變壓器按冷備用方式運(yùn)行，以減少變壓器空載能耗。為此，備自投應(yīng)具備徹底抑制空投備用變壓器時(shí)的勵(lì)磁涌流的功能。在備用電源為暗備用時(shí)，備自投必須確保在計(jì)及當(dāng)前備用電源已有負(fù)荷的前提下，置換工作電源后不至于因過載而跳閘，即備自投具有備用電源投入前自動(dòng)聯(lián)切負(fù)荷的功能。串聯(lián)接線電網(wǎng)中的各變電站應(yīng)具備開關(guān)狀態(tài)信息的互通功能，以保證分段運(yùn)行時(shí)，仍能通過替續(xù)控制動(dòng)作實(shí)現(xiàn)兩段電源互為備用，電源自動(dòng)投入[1]。

鋼鐵企業(yè)供電方式通常采用雙電源分段式供電模式[2]，如圖1所示?；陔娏ο到y(tǒng)運(yùn)行方式的要求，一般不允許電源1與電源2聯(lián)通（合環(huán)），兩段之間的關(guān)系是互為備用。傳統(tǒng)的備用電源自動(dòng)投入裝置（簡稱備自投）根據(jù)如下三個(gè)條件實(shí)施切換，以3DL正常斷開的暗備用為例：

①電源1故障跳開1DL，即線路無流;

②電源2電壓正常，即有壓;

③Ⅰ段母線電壓已下降到給定值以下，即無壓;

顯然，如果滿足條件③就意味著，Ⅰ段母線的全部負(fù)荷因失電而全部停運(yùn)。即使3DL自動(dòng)合上，仍然有很多負(fù)荷脫離電源（如接觸器因低電壓釋放和低壓保護(hù)動(dòng)作將負(fù)荷切除）。大量實(shí)例表明，備用電源自動(dòng)投入后仍無法扭轉(zhuǎn)生產(chǎn)工藝流程被嚴(yán)重破壞及部分機(jī)械受損的局面，以致當(dāng)今不少企業(yè)取消或明令禁止使用備自投。

利用快速無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制裝置[3]，可以有效滿足供電系統(tǒng)連續(xù)供電需求，確保生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，確保用于生產(chǎn)的設(shè)備能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少生產(chǎn)停頓;控制生產(chǎn)工藝流程被嚴(yán)重破壞或部分機(jī)械受損的局面，達(dá)到降本增效、實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化的目的。

2 技術(shù)方案

確保工作電源切除后能迅速恢復(fù)所有負(fù)荷的正常工況，運(yùn)用負(fù)荷側(cè)失電模擬量快速啟動(dòng)和閉鎖綜合判據(jù)，快速識(shí)別出供電系統(tǒng)的失電工況，按照不同工況和負(fù)荷成分，采用不同的切換準(zhǔn)則投入備用電源;通過監(jiān)控分、合閘角的捕捉電動(dòng)機(jī)群耐受電壓點(diǎn)的準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)備用電源的快速及安全切換。這樣，電動(dòng)機(jī)就是安全的，稱這一控制準(zhǔn)則為捕捉電動(dòng)機(jī)耐受電壓點(diǎn)的準(zhǔn)則。實(shí)現(xiàn)這個(gè)準(zhǔn)則的方法就是實(shí)時(shí)監(jiān)測工作電源切除角，隨之不斷測量當(dāng)前的ΔU值，并根據(jù)已采樣的數(shù)據(jù)預(yù)測ΔU的變化。在ΔU值增大到超過允許值之前，根據(jù)捕捉到的分閘角計(jì)算出合閘角完成備用電源的投入，這既保證所有電動(dòng)機(jī)不受損、不被切除，也不停轉(zhuǎn)，非常有利于迅速恢復(fù)工作。盡管在投入備用電源時(shí)，母線殘壓UG和備用電源電壓UB之間可能有一定的相位差，但因這群處在異步發(fā)電狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)群，其已無原動(dòng)機(jī)為其補(bǔ)充動(dòng)能，也無勵(lì)磁機(jī)支撐其勵(lì)磁。因而，其僅僅是個(gè)發(fā)出電壓的發(fā)電機(jī)，會(huì)很容易被強(qiáng)大的備用電源無損拉入同步。從根本上解決備自投上述問題，確保母線負(fù)荷供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性，具備聯(lián)切、聯(lián)投、涌流抑制功能。

在很多情況下，工作母線上不僅有用電的照明和電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，還可能有來自其他電源的線路，因此替續(xù)控制必須在切除工作電源的同時(shí)，切除那些有電源的線路。而在投入備用電源后，隨即起動(dòng)為各線路配備的快速同期控制器，以最短時(shí)間完成這些電源線路與備用電源的再同期。這個(gè)同期控制器的重要指標(biāo)是確保同期點(diǎn)的壓差和頻差滿足定值要求的前提下，捕捉到第一次出現(xiàn)的零相角差的時(shí)機(jī)完成并網(wǎng)。為了加速同期速度，可放寬容許壓差和容許頻差的定值。同期控制器還需具備自動(dòng)識(shí)別是差頻同期還是同頻同期的功能，以便應(yīng)對(duì)可能在環(huán)網(wǎng)中進(jìn)行同期操作的要求。

替續(xù)控制考慮了在備用電源投入時(shí)快速無涌流投入原先被切除的電容器，當(dāng)替續(xù)控制切除工作電源時(shí)，需同時(shí)切除調(diào)壓和無功補(bǔ)償用的電力電容器，而在投入備用電源后應(yīng)恢復(fù)電力電容器的工作，即要立即投入電容器[4]。在切除電容器電源時(shí)可能誘發(fā)很大的電弧及過電壓，其后果是損壞開關(guān)、電力電容器和其他電氣設(shè)備。在給電容器重新上電時(shí)可能產(chǎn)生很大的充電涌流，對(duì)電網(wǎng)和電容器本身都產(chǎn)生很壞的影響。因此，需要采取無擾動(dòng)投、切電容器的措施，筆者使用了涌流抑制器，完美精確控制電力電容器分閘及合閘時(shí)的電壓、電流相位角，實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧、過電壓及充電電流的最大限度抑制。這樣，可以實(shí)現(xiàn)電容器的切除和投入與替續(xù)控制切除工作電源和投入備用電源同步進(jìn)行，也確保了電容器、開關(guān)及相關(guān)電氣設(shè)備的安全。特別需要指出的是，電容器的投切不要求使用三相分相分時(shí)操作開關(guān)，而是使用通常的三相聯(lián)動(dòng)開關(guān)。

利用涌流抑制專利技術(shù)控制三相電壓的合閘相位角，使合閘時(shí)的充電電壓大小及相位與電容器在分閘時(shí)留下的剩余電壓相同，實(shí)現(xiàn)電容器無涌流空投。這一技術(shù)支持三相聯(lián)動(dòng)開關(guān)，確保抑制三相充電涌流，且電容器不需專設(shè)放電設(shè)備，做到即切即投。

利用快速無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制裝置[5]，可以有效解決單母線分段供電問題。當(dāng)任意一路電源跳電后，母線上負(fù)荷脫離電源，導(dǎo)致出現(xiàn)生產(chǎn)工藝流程被嚴(yán)重破壞及部分機(jī)械受損的局面，確保了生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，成功制止了故障擴(kuò)散，生產(chǎn)流程中斷問題，提高了工作效率和生產(chǎn)效率，降低了企業(yè)運(yùn)行和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

本技術(shù)涉及鋼鐵企業(yè)供配電系統(tǒng)，特別適合鋼鐵冶金企業(yè)供配電安全運(yùn)行，有利于供配電系統(tǒng)用電設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，保障生產(chǎn)的連續(xù)工作，減少生產(chǎn)事故、生產(chǎn)損失，從而達(dá)到降本增效的目的，是保障供配電系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的有效手段和方法。本技術(shù)屬于冶金企業(yè)用電技術(shù)領(lǐng)域，確保用于生產(chǎn)的設(shè)備能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少生產(chǎn)停頓、小耽誤及生產(chǎn)事故，以達(dá)到降本增效，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化的目的。利用快速無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制系統(tǒng)，可以有效滿足供電系統(tǒng)連續(xù)供電需求，確保生產(chǎn)設(shè)備能穩(wěn)定運(yùn)行，提高工作效率、生產(chǎn)效益，起到降本增效的作用。國內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)大多都趨于大型化、專業(yè)化、智能化，由于工廠供電負(fù)荷的復(fù)雜、多樣性，電源波動(dòng)、擾動(dòng)、故障經(jīng)常發(fā)生，供配電系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。利用快速無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制系統(tǒng)，可以有效滿足供電系統(tǒng)連續(xù)供電需求，確保用于生產(chǎn)的設(shè)備能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少生產(chǎn)停頓、小耽誤;把控生產(chǎn)工藝流程被嚴(yán)重破壞或部分機(jī)械受損的局面，為我國鋼鐵企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推廣應(yīng)用前景極其廣闊。

3 結(jié)語

快速無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制裝置，已經(jīng)成功用于寧鋼余熱回收發(fā)電低壓供電系統(tǒng)上，是集安全可靠、運(yùn)行監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理于一體的智能化控制系統(tǒng)。其便于維護(hù)、穩(wěn)定的特性非常適用于重要負(fù)荷，且前景廣闊;尤其在發(fā)生電力系統(tǒng)電源擾動(dòng)、波動(dòng)及故障時(shí)，可以有效滿足負(fù)荷連續(xù)供電要求，確保生產(chǎn)設(shè)備能連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，以有效制止故障擴(kuò)散，減小損失。

參考文獻(xiàn)

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