母線殘壓保持裝置在氧化鋁廠供電系統中的應用

李云雙

摘 要：介紹了母線殘壓保持裝置在氧化鋁廠10kV供電系統中的應用情況，當10kV饋線回路發生短路故障時，母線殘壓保持裝置能夠在20ms內將出現短路故障回路的阻抗增加到網側總阻抗的20倍以上，使10kV總配電所母線殘壓恢復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的可靠性。

關鍵詞：母線失壓；出線電抗器；母線殘壓保持裝置；限流阻抗；節能

氧化鋁廠任一10kV饋線回路發生短路故障時，與該回路相連的10kV總配電所母線會出現失壓現象，這種失壓會影響其余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。為防止出現失壓時對正常供電回路的影響，傳統的供電方案是在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問題，但出線電抗器的電能損耗巨大，很不節能，也給企業帶來不必要的經濟損失。母線殘壓保持裝置是一種新型電氣設備，既能在短路故障時防止故障回路對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取代出線電抗器，是氧化鋁廠供電系統技術進步的一種必然選擇。

1 氧化鋁廠對供電系統可靠性的要求

如果從用電負荷等級來劃分的話，氧化鋁廠的用電負荷可以歸結為一二級用電負荷，一般都需要設立兩個獨立的供電電源。即使其中一個電源因為各種原因出現難以有效供電的時候，可以使用另外一個備用電源，以保證正常的生產秩序。這樣的備用方案，對于保證供電系統可靠性來講，是很有必要的。

氧化鋁廠10kV總配電所在整個供配電系統中相當重要，是氧化鋁廠的供電核心。當10kV總配電所母線電壓瞬間失壓時，生產流程中對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動作，使所控制的電動機停止運轉，當全廠好幾百臺電動機突然停止運行，會造成管道內高溫高壓且具有腐蝕性的漿液回流、使生產陷入混亂狀態，只有保證總配電所10kV母線在故障時不出現失壓，才能保證氧化鋁供電系統的安全和可靠。所以在氧化鋁供電系統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問題。

2 傳統氧化鋁廠供配電系統

在氧化鋁廠根據生產工藝各片區的特點和經濟供電半徑的原則，通常會設置若干個10kV分配電所，每個10kV分配電所內均采用單母線分段方式，正常時母聯斷開，為分列運行，當其中任一回路停電時，合入母聯開關以保證所有負荷的正常供電。10kV分配電所的供電電源由上級10kV總配電所引來，為防止10kV饋線回路電纜發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母線剩余電壓不低于65%的額定電壓，使對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，在正常工作時電抗器也始終在供電系統中運行，也帶來巨大的電能損耗，很不節能，也給企業帶來了不必要的經濟損失。

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備，在正常時不投入運行，也不消耗電能；但在故障時能夠在20ms以內將出現短路故障支路的阻抗增加到網側總阻抗的20倍以上，將母線殘壓恢復及保持到額定電壓的95%以上。母線殘壓保持裝置有3個關鍵設備，分別是控制器、換流器和限流阻抗。控制器能夠在1～2ms內準確測量及判斷出支路出現短路故障、并發出控制指令；換流器能在2～3ms內斷開50kA以上的短路電流，并將短路電流換入到與其并聯的限流阻抗中去，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具有斷路器功能，可直接裝入10kV開關柜內，替代斷路器進行正常分合閘操作、微機綜合保護、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構復雜，涉及的裝備比較多，一般情況下主要有：換流器；檢測線圈，限流阻抗；切離開關；微機綜合保護；電流互感器等。

在測控單元中，檢測線圈可以對于饋線回路的電流運行情況進行監視，如果短路電流的取值超過了對應的承受范圍的haunted，可以以專用算法的方式來處理，可以在最短的時間內實現對于三相電流有效值的準確預測，并且結合實際情況發出對應的動作指令。此次換流器會在2～3ms內實現開斷操作，以短路電流換流的方式實現對于限制電流的抵抗，由此保證短路電流的取值處于相對理想的狀態。如果在此過程中存在短路的情況，應該以保證額定電壓處于95%以上為基本原則，避免無故障回路敏感電氣元件運行故障的發生，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，給予換流器下發命令，要求其在一定時間內實現限流高阻抗推出，由此使得系統處于正常運轉的狀態。如果此次饋線回路的短路依然高于300ms，這就說明了故障并沒有處理好，此時應該從分支回路斷路器和分支回路母線故障的角度入手，實現對于對應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用方案和效果分析

針對母線殘壓保持裝置的特點，可以將其應用于氧化鋁廠的供電系統中，以此來取代傳統供電系統中的真空斷路器和出線電抗器。

氧化鋁廠供電系統正常運行時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中。當10kV饋線回路電纜發生短路故障時，換流器斷開，切換開關閉合以使限流阻抗接入氧化鋁廠供電系統中，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。當氧化鋁廠分支回路短路故障被切除后，再斷開切離開關，切除限流阻抗，閉合換流器而恢復正常運行，如果超過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代替傳統方案的斷路器和電抗器，在故障狀態下保持了10kV總配電所母線的電壓。在正常狀態下又切除了限流電阻，減少了電能損耗，達到了節能降耗的作用。在電抗器后的電纜、用電設備也可按引入母線殘壓保持裝置后的短路電流值進行選擇，同時也降低了電纜、用電設備的造價。

6 結語

為保證氧化鋁廠的供電可靠性，傳統的供電系統都采用在10kV總配電所的饋出線出口處加裝線路電抗器，以此來保證10kV供電系統中任一點的短路故障時，不影響其他10kV供電回路的正常工作。但加裝線路電抗器會產生增加電壓降，增加電能損耗，很不節能，而引入母線殘壓保持裝置后，則改變了這一弊端。隨著電氣技術的進一步發展，母線殘壓保持裝置在氧化鋁供電系統中也將發揮越來越大的作用。

參考文獻

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