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      1. 產品中心

        MQ-MS快速切換控制裝置

        時間:2023-02-15 瀏覽:471

        一、功能原理介紹

        ■定義

        一種以“供電電源故障快速判斷技術”為控制基礎的、基于“渦流驅動快速開關”的電源故障時的備用電源快速切換裝置,稱為“快速斷路器及切換控制器裝置”

        (簡稱“快切”,代號MQ-MS)。主要為了快速阻斷負荷系統異步電動機磁場能量向故障工作電源短路點衰減的通路、減小切換電源時異步電動機的二次沖擊,避免切換后電機失穩停轉。電源短路故障時的最快切換時間不大于16ms。裝置為多面開關柜成套形式,適用于新建和改造項目。

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        ■組成

        見圖15,MS裝置主要由切換控制器、工作電源進線開關K1、工作電源電壓監測PT1、備用電源進線開關K2、備用電源電壓監測PT2和母聯開關K3、綜保、柜體及附件等組成。

        其中K1、K2、K3為分閘時間小于5ms、合閘時間小于15ms的加拿大Max-Swi制造的渦流驅動快速開關。

        ■工作邏輯

        正常運行時,工作電源進線開關K1、備用電源K2處于合閘狀態,母聯開關K3處于分閘狀態;切換控制器實時監測工、備電源的電壓同期狀態,符合并網條件時,快切功能解鎖,不符合并網條件時,快切功能閉鎖,并報警。

        當工作電源系統發生開路(開關K偷跳)或短路(d點)故障時,并且工備電源的電壓同期性滿足并網條件,切換控制器命令K1跳閘,然后再合K3,實現對負荷供電的切換,故障解除后,可自動或手動返回。

        二、型號命名及參數

        裝置型號及命名

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        ■參數指標(見表6)

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        三、使用環境及用途

        使用環境

        安裝地點戶內,無酸堿腐蝕

        環境溫度-40~50℃

        相對濕度*95%

        污穢等級≤|級

        海撥高度≤2000米,超過2000米需特殊設計

        ■快切選型及用途

        1、三切式(MQ-MS-T)符合并列運行條件但采用分裂運行方式的雙電源供電系統,在進線和母聯處采用三臺快速開關柜的三切式快切,見圖16。

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        2、雙切式(MQ-MS-D)符合并列運行條件且采用并列運行方式的雙電源供電系統,在進線處采用兩臺快速開關柜的雙切式快切,見圖17。

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        四、結構類型

        ■10(6)KV柜型結構

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        ■主要配置(見表7)

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        五、晃電介紹及解決方案

        ■關于晃電

        如圖1所示,內部電網(簡稱“內網”)總降母線上某條支路發生短路故障d,母線電壓出現驟降……在斷路器K切除該故障支路之前,母線上所有的負荷將一直處于低電壓工況……短路故障切除后,電壓才開始恢復,由于異步電動機群磁場重建的二次沖擊電流會延緩母線電壓的恢復時間,這個母線電壓從驟降直至恢復到額定電壓70%以上的短暫低電壓供電的“電壓凹陷”現象,稱為“晃電”!

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        晃電是否給企業造成停產損失,取決于母線上負荷是否能成功實現低電壓故障穿越,即負荷對低電壓的忍耐時間與晃電時間的博弈結果!

        晃電時間包括:繼電保護判斷時間、斷路器固有分閘時間、燃弧時間和電壓恢復時間之和,一般要超過80ms,甚至更長。

        從圖2的時序圖就可以看出:中、低壓的變頻器和低壓系統的繼電器、接觸器、電磁閥等,忍耐極限一般就只有20~30ms,必然穿越失敗。但是,可以通過采用一些附加設備或軟件優化的方法,延長這些設備對低電壓的忍耐時間,實現低電壓穿越……

        然而,問題的要點不在這,中、低壓系統斷路器的控制電源為直流,不會因交流系統的低電壓而跳閘,因此它們所控制的異步電動機在低電壓期間則一直在網,并以發電方式向短路故障點反饋輸出短路電流,直到繞組內的磁場衰減完畢或短路故障點被切除,此過程為電機的“一次沖擊”;一般異步電動機的繞組短路衰減時間常數T為30~40ms左右,就是說只要內網短路故障持續3r左右的時間,電機的磁場就會衰減殆盡,變成掛在網上減速旋轉的鐵疙瘩……

        當短路故障點被斷路器K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,此時電動機的軟啟動裝置都處于退出狀態,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,并增加了過流時間,客觀上延緩了母線電壓的恢復過程,也就是電動機磁場重建的過程。只要當造成沖擊電流的電機群總容量達到本系統電源容量的40%以上時,母線電壓極易低于70%(電磁轉矩小于50%),一旦這些電機處于額定負載狀態,必然導致電機群失穩(詳見

        《電機學》中關于“電磁轉矩”的相關論述)停轉,最終使該系統崩潰。

        這就是,即使斷路器K成功地切除了內網短路故障,還是經常會發生大面積停機事故的根本原因!

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        ■晃電的治理措施

        1、串聯支路電抗器方案如圖3,在需要保護的母線的每條出線串聯支路電抗器,用以抬升支路短路故障(d1)時的母線剩余電壓,保障供電。

        支路電抗器方案也存在一定的問題,尤其是當電抗器進線側電纜頭故障時(如圖3所示d2點),電抗器反而起不到保障母線供電的作用!這是目前針對內網晃電的典型設計。

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        2、“防晃電模塊”和“分批延時重啟繼電器”解決方案

        “防晃電模塊”是針對繼電器、接觸器,在晃電時延長線包保持時間的一種低壓系統的解決方案,達到晃電時不跳閘的效果……可是無法解決異步電機的“二次沖擊”問題。

        因此,為了避免二次沖擊,不得不有選擇地使用防晃電模塊,先接受部分跳閘的事實,事故后利用“分批延時重啟繼電器”,將跳閘的負荷,根據工藝特點、容量大小預先分組,在跳閘后自動分批重啟,以期盡快恢復生產。該方案不僅要求熟悉生產工藝,而且接線復雜,實際操作難度大,并且,由于模塊本身的可靠性低于被保護對象的可靠性,又衍生出更多的故障。

        這兩種方案只針對低壓系統,并不能解決中壓系統的晃電問題。

        3、“快切”解決方案有時將電源開路故障(K偷跳)片面地認為就是“晃電”,因此提出了一種

        “快切”解決方案,即針對電源開路故障的“備自投”控制器;對短路故障d1可能引發的二次沖擊問題,則主張跳掉一部分負荷,再分批延時重啟。指導思想與上述方案有類似的不足之處。

        關鍵是,此“快切”方案僅提供控制器,而K1-3還是采用普通斷路器,當KO切除d1故障點時刻,也就是K1開斷時刻,電源已經恢復正常,K1斷開純屬多余;再合K3,整個切換時間遠大于K0開斷時間(即晃電時間),用大于晃電時間的操作治理晃電,不符合邏輯。

        尤其是對于故障點d2,對母線來說,屬負荷故障,快切還不能動作,母線上的負荷還是要承受d2故障的影響。因此,治理晃電,單方面考慮快切策略,還顯不足。

        ■晃電治理的思想要素

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        1、“減小二次沖擊”是方向變頻器、接觸器等都有抗晃電治理辦法,但是,異步電動機在電壓恢復時刻的

        “二次沖擊”卻是造成大面積停電事故的根本原因。

        針對這一客觀物理現象,減小異步電動機的“二次沖擊”,避免電機在二次沖擊期間停機事故的發生,是治理晃電的方向。

        2、“縮短晃電時間”是要點停產即事故!必須在事故發生前完成治理。

        因此,縮短晃電時間一—在事故即將發生前就提前結束晃電是治理的要點!

        圖5中可以看出,將“晃電期間”壓縮到

        “原事故點”(20ms時刻)之前即可避免變頻器及低壓負載等設備停運事故的發生,而且實際運行經驗證明,只要在短路后第一個大半波(小于20ms)之內將短路故障隔離,就可以將異步電動機的“二次沖擊”電流限制到2倍左右額定電流以內,避免電機失穩,確保生產的連續性。

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        3、“快速設備”是物質基礎

        因此,20ms之內完成“故障判斷”和“執行操作”的“快速”設備,是成功治理晃電的物質基礎,尤其是基于加拿大Max-Swi公司制造的5ms內分閘的“渦流驅動”

        快速開關而成套的母線殘壓保持裝置(ZRD)和高速斷路器及切換控制器裝置(MS),是綜合治理晃電的重要設備。

        4、“孤立故障點”是策略

        如圖6所示,對于造成內網晃電的短路故障點d4,采取兩頭治理的策略:一頭是在故障點的電源側,即母線支路開關的位置,采用“母線殘壓保持裝置”(ZRD)簡稱“母?!保▓D6中綠色的模塊),來快速隔離故障點對母線電壓的影響,保障母線對其它非故障支路的連續供電;另一頭是在故障點的負荷側,采用“快速斷路器及切換控制器裝置”(MS)簡稱“快切”(圖6中藍色和紫色的模塊),將故障點以下的負荷切換到備用段電源或電壓已經被“母?!被謴偷谋径纹渌返碾娫瓷?。這樣可以將故障點徹底地從系統中孤立出去,去除故障點的負面影響,最大限度地保障系統對所有負荷的供電連續性!

        ■10kV系統晃電的典型治理方案

        1、典型10kV一次系統晃電治理示意圖

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        2、10kV晃電故障點及治理方案(見表1)

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        35kV系統晃電的典型治理方案

        1、典型35kV一次系統晃電治理示意圖

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        2、35kV晃電故障點及治理方案(見表2)

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        ■治理晃電整體解決方案

        1、整體解決方案示意圖

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        2、治理方案描述

        ·各晃電故障點及治理方案說明簡表(見表3)

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        六、使用維護

        ·開箱檢驗無損壞,方可對照柜體編號就位安裝。

        ·必須按照裝置《調試大綱》進行必要的投運前試驗。

        ·一切合格后方可投運,并提交《投運報告》。

        ·正常運行過程中,按照普通開關柜維護規程進行維護。

        ·當裝置動作后,須按照《調試大綱》對柜內關鍵元件進行檢查,若出異常,質保期內,實行無償服務。

        七、訂貨須知

        ·簽訂《技術協議》前應提供以下數據資料:系統一次接線圖及主要參數,并明確提出治理要求,其中主要參數包括:系統額定電壓、系統最大方式短路電流、系統可正常生產的小方式短路電流,母保還需要支路額定電流及綜保定值表,快切還需要負荷類型。

        ·根據以上數據確定各母保裝置的型號及供貨范圍。

        ·簽訂《技術協議》和商務合同。

        ·單套裝置供貨周期為:45個工作日,超過5套交貨期另計。

        八、包裝、運輸、儲存

        ·一般采用木箱包裝,裝置固定在包裝箱的底座上。

        ·不得在三級以下公路上長距離運輸,必要時,可分解包裝。

        ·長期不用時,應存儲在干燥、通風的倉庫內,不宜長期在戶外儲存。

        ·運輸過程中裝置應避免碰撞、受潮及暴曬。

        九、質量保證與售后服務

        ·質保期為交貨后18個月或投運后12個月,以先到為準,質保期內免費維護,質保期外有償服務,終身保修。

        ·我方派專業人員配合用戶在進行投運前現場試驗。

        ·質保期內發生質量問題,除免費維修外,維修部件質保期按修復后重新計算。

        十、專利技術

        ·ZL02258132.4.《開關永磁操動裝置》·ZL02286666.5,《氣體放電管驅動器》

        ·ZL200420024429.6,《備用電源自動投入裝置》

        ·ZL200420078998.9《開關永磁操動器》

        ·Z120052013969,《可恢復大容量高速開關裝置》

        ·ZL00219352.3,《大容量高速開關裝置》



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