雙重電源控制的實例應用探討

吳桂林 羅榮

【摘? 要】隨著社會的進步，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，應從設計布局上要考慮周全。雙重電源分兩路電源主供、獨立的保安電源（包括UPS＼EPS及柴油發(fā)電機等）。本文結(jié)合項目中10kV兩路進線備用電源自投、快切等裝置在現(xiàn)場調(diào)試過程中遇到的問題，進行分析探討解決方案。

【關鍵詞】備自投;繼電保護;動作邏輯;可靠供電

0 序言

根據(jù)國家安全監(jiān)管總局關于印發(fā)《化工和危險化學品生產(chǎn)經(jīng)營單位重大生產(chǎn)安全事故隱患判定標準（試行）》通知安監(jiān)總管三（2017）121號中規(guī)定：化工生產(chǎn)裝置未按國家標準要求設置雙重電源供電，一律判定為重大事故隱患。為確保化工生產(chǎn)控制安全，落實設計上對雙重電源的控制理解，現(xiàn)對雙重電源供電、保安段的備自投（快切 ）裝置接線運行情況及定值設置進行分析及探討。

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行說明。 根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052--2009第2.0.2條，雙重電源是指一個負荷的電源是由兩個互相獨立的電源提供的。第3.0.2條又規(guī)定，一級負荷應由雙重電源供電，當一電源發(fā)生故障時，另--電源不應同時受到損壞。說明雙重電源應分別來自不同電網(wǎng)的電源，或來自同一電網(wǎng)但在運行時相互間聯(lián)系很弱，或者來自同一個電網(wǎng)但其間的電氣距離較遠，一個電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運行時或發(fā)生短路故障時，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。目的就是一級負荷的雙重電源一定要保證在允許的切換時間內(nèi)準確可靠切換。

根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》GB50016--2014的規(guī)定，結(jié)合目前我國經(jīng)濟和技術條件、不同地區(qū)的供電狀況以及消防用電設備的具體情況，具體設置。

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

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

圖1中二：由獨立站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（如獨立站2因地理位置限制，也可從獨立站1中取兩路10kV電源供電）。本保安段除供區(qū)域內(nèi)全廠10kV重點電機外，還供10/400V變壓器等。

一般一級負載（如重點380V電機等）由各主供（備供）取一路電源與保安段來電源形成單獨切換的雙重電源供電，這部分電源負荷選?。?/p>

選取配供發(fā)電機容量。以能短時中斷供電電源的重點工藝設備。

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

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

圖1中三：特殊一級負荷是指完全不能中斷電源的負載，包括主機的交流潤滑油泵、重點設備的控制電源（還可在其控制柜內(nèi)加獨立的UPS電源）、重點消防電源、重點事故照明等，選擇無擾切換的EPS電源。一旦外網(wǎng)停電后，EPS直接供電，其充電電源，待發(fā)電機自啟后提供，確保重點工藝設備不能發(fā)生重大人身、設備事故和重大環(huán)境事故。

2 應用實例備自投探討

以乙二醇項目10kV保安段為例，采用國電南瑞NSR-3641備自投裝置進行兩路進線電源的切換來提高供電的可靠性。

2.1.備自投動作邏輯

如圖2，根據(jù)自投的斷路器1DL或2DL不同，進線備自投有兩種動作方式：合 1DL稱為方式一，合2DL稱為方式二。現(xiàn)分別對其充電、放電以及動作過程進行說明。

2.1.1.方式一：進線有壓備自投1DL，2DL無壓跳閘

如圖3說明：進線斷路器2DL處于合后位，分段斷路器3DL處于合后位， 進線斷路器1DL處于跳位，Ⅰ母和Ⅱ母滿足無壓條件，進線2無流，進線1滿足有壓條件（若檢進線軟壓板投入時判斷），跳斷路器 2DL，合斷路器1DL，構成方式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;進線備自投的軟、硬壓板處于投入位置;無閉鎖進線備自投條件;Ⅰ母和Ⅱ母均滿足有壓條件;若檢進線軟壓板投入時，進線1滿足有壓條件;若檢進線軟壓板沒有投入時，不檢測進線1是否有壓。

2.1.2.方式二：進線有壓備自投2DL，1DL無壓跳閘

如圖4說明：進線斷路器1DL處于合后位，分段斷路器3DL處于合后位， 進線斷路器2DL處于跳位，Ⅰ母和Ⅱ母滿足無壓條件，進線1無流，進線2滿足有壓條件（若檢進線軟壓板投入時判斷），跳斷路器 1DL，合斷路器2DL，構成方式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;進線備自投的軟、硬壓板處于投入位置;無閉鎖進線備自投條件;Ⅰ母和Ⅱ母均滿足有壓條件;若檢進線軟壓板投入時，進線2滿足有壓條件;若檢進線軟壓板沒有投入時，不檢測進線2是否有壓;

2.2. 10kV兩路進線備自投應用

1.方式一進線備投應用

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

2. 進線備投方式二應用

如圖6說明：進線1主供合閘，進線斷路器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)列表中的橋開關位置選擇置1，使橋（分段）開關3DL位置信息從外部遙信采集，即使橋（分段）開關3DL合跳位從背板段子423和424采集，使橋（分段）開關3DL合后位從背板段子425采集。此時分段斷路器3DL滿足處于合后位; 進線斷路器2DL處于跳位;Ⅰ母和Ⅱ母均取母線PT電壓，當進線1（主供）異常時，Ⅰ母和Ⅱ母滿足無壓條件，進線 1 無流，進線 2 滿足有壓條件，跳斷路器 1DL（進線1），合斷路器 2DL（進線2），構成進線備投方式二。

3兩路10kV進線快切應用，切換時間≤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電機等完全不可間斷的工藝設備裝置。

針對雙路電源快切裝置具備有下列功能：

快速切換：當系統(tǒng)發(fā)生 “電壓暫降” 時，可以在控制類設備沒來得及釋放、變頻設備沒停止供電之前完成切換，保證重要敏感設備的連續(xù)運行。

本裝置利用短路故障快速識別技術和過零開斷技術開發(fā)的控制器作為核心控制部件，利用快速渦流驅(qū)動技術開發(fā)的快速真空斷路器作為執(zhí)行部件，合閘時間可以做到10ms左右，分閘時間可以控制在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零點，并根據(jù)切換對象及故障類型按照并行切換方式或串行切換方式下達切換指令，對于控制類設備和變頻設備可以在18-20ms內(nèi)完成切換，對電機類設備可以在25ms之內(nèi)完成切換啟動。這種一體化設計，真正實現(xiàn)了的切換“無擾動”。

對于中壓電機類設備可以在電動機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有破壞之前完成切換，切換時的沖擊極小。

智能控制：裝置完成自動切換待系統(tǒng)恢復正常后，用戶可以選擇 “自動回切” 或 “手動回切”，對于控制對象為兩進線開關和母聯(lián)開關時裝置能根據(jù)各開關的運行狀態(tài)自動選擇切換對象。

微機綜保：快切控制器具有常規(guī)微機綜保的電壓監(jiān)測、越限報警、過流 速斷、限時速斷、過流保護、過負荷保護等功能，也可配置用戶指定的微機綜保，本裝置可以取代進線柜。

遠程通訊：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)控中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳，并可按照監(jiān)控中心的命令進行遠程操作。

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

使用壽命長：本裝置中快速真空斷路器采用直線運動的快速渦流驅(qū)動機構，沒有復雜的傳動機構和轉(zhuǎn)動部件，磨損極小，機械壽命及可靠性大大提高。 同時，本裝置系過零點開斷，與普通斷路器相比開斷過程中電弧對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的工作原理和優(yōu)缺點，明確了應用實例場景，具體如何選擇，需根據(jù)現(xiàn)場電力運行方式和重要工藝設備的重要性做出相應選擇，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：

1、NSR-3641備用電源自投裝置技術和使用說明書

作者簡介：

吳桂林 男1967年生，漢族，湖北枝江人，高級工程師，一直從事電力系統(tǒng)及其自動化控制技術工作。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。