一種快速無擾動備用電源替續控制裝置的應用

吳成

摘 要：鋼鐵企業供電通常采用雙電源分段式供電模式，基于電力系統運行方式的要求，一般不允許兩路電源聯通（合環），兩段之間的關系是互為備用。傳統的備用電源自動投入裝置（簡稱備自投）自動合上，仍然有很多負荷脫離電源，難以扭轉生產工藝流程被嚴重破壞及機械受損的現象。利用無擾動備用電源替續控制裝置快速切換，可以有效滿足供電系統連續運行的要求，確保生產設備的穩定狀態，確保用于生產的設備能連續工作，減少生產停止、小耽誤;及時控制生產工藝流程被嚴重破壞或部分機械損傷的局面，達到降本增效、實現企業成本最大化的目的。

關鍵詞：雙電源供電;備自投;替續控制;涌流

1 備自投

保證供電可靠性，主要是裝置備用電源替續控制系統，使受電用戶在重新獲得電源后，能保持失電前的生產工藝流程不受到破壞，能最大限度地繼續保持正常生產。但是當今工況的備自投做不到無擾切換，因為人們一直在沿用古老的備自投設計原則：即為了保證備用電源不投到故障點上，和工作電源不向備用電源倒送電，必須在確認工作電源已斷開（根據無流判據）及工作母線完全無電壓（根據無壓判據）后才能投入備用電源。眾所周知，當今的工業負荷包括發電廠的負荷在內，照明負荷占比很小，而主要是電動機負荷，如泵、風機、粉碎機、傳送帶等。這些電動機在失去電源全部停轉后，即使再送上備用電源，將面臨很多嚴重的問題。如已有很多電動機被切除;大量電動機同時自起動;有的工藝流程遭受不可逆的徹底破壞等，人們要耗費大量時間并付出可觀的代價才能恢復生產。所以，備自投設計者必須正視如何保證電動機失去電源后快速、安全再受電的問題。此外，備自投在切除工作電源的同時，必須斷開母線上的電源支路及電容器支路，而在投入電源時應快速完成電源支路的再同期及電容器的無涌流再投入。對于供電設備為變壓器的備自投，應能支持備用變壓器按冷備用方式運行，以減少變壓器空載能耗。為此，備自投應具備徹底抑制空投備用變壓器時的勵磁涌流的功能。在備用電源為暗備用時，備自投必須確保在計及當前備用電源已有負荷的前提下，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聯切負荷的功能。串聯接線電網中的各變電站應具備開關狀態信息的互通功能，以保證分段運行時，仍能通過替續控制動作實現兩段電源互為備用，電源自動投入[1]。

鋼鐵企業供電方式通常采用雙電源分段式供電模式[2]，如圖1所示。基于電力系統運行方式的要求，一般不允許電源1與電源2聯通（合環），兩段之間的關系是互為備用。傳統的備用電源自動投入裝置（簡稱備自投）根據如下三個條件實施切換，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段母線的全部負荷因失電而全部停運。即使3DL自動合上，仍然有很多負荷脫離電源（如接觸器因低電壓釋放和低壓保護動作將負荷切除）。大量實例表明，備用電源自動投入后仍無法扭轉生產工藝流程被嚴重破壞及部分機械受損的局面，以致當今不少企業取消或明令禁止使用備自投。

利用快速無擾動備用電源替續控制裝置[3]，可以有效滿足供電系統連續供電需求，確保生產設備穩定運行，確保用于生產的設備能連續運轉，減少生產停頓;控制生產工藝流程被嚴重破壞或部分機械受損的局面，達到降本增效、實現企業效益最大化的目的。

2 技術方案

確保工作電源切除后能迅速恢復所有負荷的正常工況，運用負荷側失電模擬量快速啟動和閉鎖綜合判據，快速識別出供電系統的失電工況，按照不同工況和負荷成分，采用不同的切換準則投入備用電源;通過監控分、合閘角的捕捉電動機群耐受電壓點的準則，實現備用電源的快速及安全切換。這樣，電動機就是安全的，稱這一控制準則為捕捉電動機耐受電壓點的準則。實現這個準則的方法就是實時監測工作電源切除角，隨之不斷測量當前的ΔU值，并根據已采樣的數據預測ΔU的變化。在ΔU值增大到超過允許值之前，根據捕捉到的分閘角計算出合閘角完成備用電源的投入，這既保證所有電動機不受損、不被切除，也不停轉，非常有利于迅速恢復工作。盡管在投入備用電源時，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電狀態的電動機群，其已無原動機為其補充動能，也無勵磁機支撐其勵磁。因而，其僅僅是個發出電壓的發電機，會很容易被強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，確保母線負荷供電的連續性、穩定性，具備聯切、聯投、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機負荷，還可能有來自其他電源的線路，因此替續控制必須在切除工作電源的同時，切除那些有電源的線路。而在投入備用電源后，隨即起動為各線路配備的快速同期控制器，以最短時間完成這些電源線路與備用電源的再同期。這個同期控制器的重要指標是確保同期點的壓差和頻差滿足定值要求的前提下，捕捉到第一次出現的零相角差的時機完成并網。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識別是差頻同期還是同頻同期的功能，以便應對可能在環網中進行同期操作的要求。

替續控制考慮了在備用電源投入時快速無涌流投入原先被切除的電容器，當替續控制切除工作電源時，需同時切除調壓和無功補償用的電力電容器，而在投入備用電源后應恢復電力電容器的工作，即要立即投入電容器[4]。在切除電容器電源時可能誘發很大的電弧及過電壓，其后果是損壞開關、電力電容器和其他電氣設備。在給電容器重新上電時可能產生很大的充電涌流，對電網和電容器本身都產生很壞的影響。因此，需要采取無擾動投、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的電壓、電流相位角，實現對電弧、過電壓及充電電流的最大限度抑制。這樣，可以實現電容器的切除和投入與替續控制切除工作電源和投入備用電源同步進行，也確保了電容器、開關及相關電氣設備的安全。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操作開關，而是使用通常的三相聯動開關。

利用涌流抑制專利技術控制三相電壓的合閘相位角，使合閘時的充電電壓大小及相位與電容器在分閘時留下的剩余電壓相同，實現電容器無涌流空投。這一技術支持三相聯動開關，確保抑制三相充電涌流，且電容器不需專設放電設備，做到即切即投。

利用快速無擾動備用電源替續控制裝置[5]，可以有效解決單母線分段供電問題。當任意一路電源跳電后，母線上負荷脫離電源，導致出現生產工藝流程被嚴重破壞及部分機械受損的局面，確保了生產設備的穩定、連續運轉，成功制止了故障擴散，生產流程中斷問題，提高了工作效率和生產效率，降低了企業運行和維護成本，實現了節能降耗。

本技術涉及鋼鐵企業供配電系統，特別適合鋼鐵冶金企業供配電安全運行，有利于供配電系統用電設備的連續穩定運行，保障生產的連續工作，減少生產事故、生產損失，從而達到降本增效的目的，是保障供配電系統設備安全運行的有效手段和方法。本技術屬于冶金企業用電技術領域，確保用于生產的設備能連續運轉，減少生產停頓、小耽誤及生產事故，以達到降本增效，實現企業效益最大化的目的。利用快速無擾動備用電源替續控制系統，可以有效滿足供電系統連續供電需求，確保生產設備能穩定運行，提高工作效率、生產效益，起到降本增效的作用。國內大中型鋼鐵企業大多都趨于大型化、專業化、智能化，由于工廠供電負荷的復雜、多樣性，電源波動、擾動、故障經常發生，供配電系統連續、穩定運行尤為重要。利用快速無擾動備用電源替續控制系統，可以有效滿足供電系統連續供電需求，確保用于生產的設備能連續運轉，減少生產停頓、小耽誤;把控生產工藝流程被嚴重破壞或部分機械受損的局面，為我國鋼鐵企業帶來顯著的經濟效益和社會效益，推廣應用前景極其廣闊。

3 結語

快速無擾動備用電源替續控制裝置，已經成功用于寧鋼余熱回收發電低壓供電系統上，是集安全可靠、運行監控、微機保護、遠程網絡管理于一體的智能化控制系統。其便于維護、穩定的特性非常適用于重要負荷，且前景廣闊;尤其在發生電力系統電源擾動、波動及故障時，可以有效滿足負荷連續供電要求，確保生產設備能連續、穩定運行，以有效制止故障擴散，減小損失。

參考文獻

[1] 曲鴻春.基于雙電源供電的變壓器經濟運行技術研究[D].淄博：山東理工大學，2009.

[2] 李雨，李中西，齊從謙.智能式雙電源供電系統自動切換裝置的研制[J].電網技術，2003（11）：68-71.

[3] 資訊.快速無擾動備用電源替續控制系統設計準則[J].http：//www.cnelc.com/Article/1/AD100054962_2.html，2007-2-28.

[4] 賈紅琴，陳桂萍.多功能備自投系統在供電系統的應用研究[J].甘肅科技，2010，26（017）：46-49.

[5] 金沙.微機無擾動穩定控制裝置在常減壓車間供配電系統中應用[J].神州（中旬刊），2016，000（005）：26.