CZ-ZRD母线残压保持装置

基于“短路故障快速判断技术”为控制基础,采用“电磁斥力快速断路器”为执行元件,可实现当支路发生短路故障20ms内投入“补偿阻抗”,提升母线电压达到90%以上,隔离故障
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1 电压暂降的概述

1.1 什么是电压暂降

在国内认识“电压暂降”的过程中,采用过的术语有:“电压凹陷”、“晃电”、“电压跌落”和“电压骤降”等。

201312月颁布国标GB/T 30137-2013 《电能质量 电压暂降与短时中断》 关于“电压暂降”的定义:电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1 p.u.~0.9 p.u.,并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象。

1.2 电压暂降的诱因

当输配电系统中发生短路故障、大容量感应电机启动、雷击、开关误操作、变压器以及电容器组投切等事件时,均可引起电压暂降。

其中,短路故障、大容量感应电机启动和雷击是引起电压暂降的最主要原因,而三相短路故障引起的电压暂降最为严重,影响面最广,对用户造成的损失最大;故对于短路造成电压暂降问题的治理显得格外重要和紧迫。

1.3 电压暂降的两个特征

 

图一 电压暂降均方根图形

电压暂降的两个特征:

  1. 暂降深度Ud%(或剩余电压U%)。

  2. 持续时间t=tf(电压下降时间)+ts(电压降低后持续时间)+tr(电压上升时间)。

1.4 电压暂降的危害

常规微机综保驱动真空断路器切除短路故障的时间t=保护判断及出口时间+断路器分闸时间+燃弧过零时间,∑t大多需要80ms以上,这也是母线电压暂降的时间。

电压暂降是否给企业造成停产损失,取决于母线上重要负荷是否能穿越低电压故障时间,即负荷对低电压的忍耐时间与晃电时间的博弈结果!在新型自动化程度高的大型企业中或发电厂中,对供电的连续性要求非常高。但内网短路故障造成的晃电影响并不能被完全杜绝,由于短路引起的电压跌落,导致敏感设备或元件(如开关电源、电磁阀、低压继电器、接触器及无低电压穿越功能的变频器等)停止运行,造成供电或生产中断,而恢复时间较长,给企业带来不同程度的经济损失。

一般异步电动机的绕组短路衰减时间常数τ30~40ms左右,就是说只要内网短路故障持续左右的时间,电机的磁场就会衰减殆尽当短路故障点被断路器切除时刻,母线电压进入恢复期,所有在网的异步电动机同时重建磁场,实际上就是电机群直接启动,启动伊始要向电网索取相当于电机群额定电流总和5~7倍的无功电流,形成强烈的电流冲击,此过程称为电机的二次冲击

二次冲击电流在该系统变压器和线路的阻抗上会形成较大的压降,降低了电动机的机端电压,致使电机的电磁转矩不足,影响了电机转速恢复,造成自启失败;并且增加了过流时间,客观上延缓了母线电压的恢复过程;严重情况下会造成系统大面积停电跳闸事故

故缩短电压暂降时间才是治理电压暂降故障提高供电连续性的关键!

3 母线残压保持装置

母线残压保持装置(CZ-ZRD)是专门针对中压配电系统设计开发的;基于“短路故障快速判断技术”为控制基础,采用“电磁斥力快速断路器”为执行元件,可实现当支路发生短路故障20ms内投入“补偿阻抗”,提升母线电压达到90%以上,隔离故障支路对系统侧电源(母线)电压的影响。

 

3.1 一次原理

 

图二 一次原理图

本装置由“电磁斥力快速断路器”、“补偿阻抗”及快速测控装置组成;该装置为集成化的成套开关柜,可替代馈出线柜,且保留常规开关柜内部所有配置。

电压暂降治理由“电磁斥力快速断路器”和“补偿阻抗”完成,常规微机综保负责开关柜的其他保护功能。

下级短路故障时20ms内投入“补偿阻抗”,可抬升母线侧电压为90%以上,短路故障被故障点支路断路器切除后,快速断路器自动合闸,将“补偿阻抗”退出。

3.2 工作逻辑

  1. 正常运行期间

    正常运行时中速断路器和快速断路器合闸,装置运行无损耗无压降。

  2. 线路发生短路故障时

    快速测控装置可在2ms内检测判断并出口,驱动快速断路器动作,20ms内将“补偿阻抗”投入,可抬升PPC点(母线侧)电压为90%以上。

  3. 短路故障排除情况

    CT检出电流回落到额定电流之内,快速断路器自动合闸,将“补偿阻抗”退出。

    CT检测电流并未回落,即故障点d切除失败,时长达到0.3s(时间可设定),我们认为故障点开关存在拒动故障,此时快速测控装置作为后备保护会提供联跳信号,驱动本装置中速断路器跳闸,协助综保完成对故障的切除。

3.3 型号命名

 

3.4 技术参数

序号

技术特性

单位

额定参数

通用电气参数

1

额定电压(Ur)

kV

6/10/20/35

2

额定电流(Ir)

A

1250/1600/2000/2500

3

额定开断电流(Ik

kA

31.5/40

4

额定绝缘水平

额定短时工频耐受电压(Ud)1min

kV

30/42/65/95

额定雷电冲击耐受电压(Up)

kV

60/75/125/185

5

额定频率(fr)

Hz

50

电磁斥力快速断路器关键参数

6

额定分闸时间

ms

5

7

额定合闸时间

ms

15

8

动作分散度

ms

0.5

9

机械寿命

10000

补偿阻抗关键参数

10

补偿阻抗值

Ω

根据系统计算

11

母线侧电压补偿率

%

90

12

响应时间

ms

20

3.7 装置外形

参考尺寸:1000W*1660D*2300H),DH根据额定电流进行相应调整,该装置可以与其他开关柜拼柜安装。

 

图三 装置尺寸图

4 母线残压保持装置的派生系列

4.1 CZ-ZRD-RC

在很多改造升级工程中,现场的开关柜因拆除困难及主母线无法停电等困扰,一般不适宜直接更换为CZ-ZRD;故我们认为可以保留现有的开关柜,利用备用空间安装CZ-ZRD-RCCZ-ZRD-RC主要完成电压暂降治理功能,不充当常规开关柜的功能。

一次原理图如下:

 

图四 CZ-ZRD-RC一次原理图

参考尺寸:1000W*1660D*2300H),DH根据额定电流进行相应调整,该装置进出线一般采用高压电缆。

 

图五 CZ-ZRD-RC装置尺寸图

4.2 CZ-ZRD-KC

针对直配负荷(即该线路仅有单台电机或单台变压器)无需配置“补偿阻抗”,采用CZ-ZRD-KC直接切除故障即可。

CZ-ZRD-KC“电磁斥力快速断路器”及快速测控装置组成,在支路发生短路故障时,可20ms内快速将该支路直接切除。CZ-ZRD-KC的设计完全可以与常规开关柜一致,可取代常规开关柜。

一次原理如下:

 

图六 CZ-ZRD-KC一次原理图

参考尺寸:800(1000)W*1500D*2300H)。

 

图七 CZ-ZRD-KC装置尺寸图

5 典型应用方案

 

图八 典型应用方案图

应用解析:CZ-ZRD全功能型母线残压保持装置可取代常规馈线柜,一般建议安装在总降站馈线;CZ-ZRD-RC为独立安装设备,与馈线柜的串接;CZ-ZRD-KC等同快速开关柜,一般接变压器或电机等直配负荷。

 

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CZ-ZRD母线残压保持装置
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