AMY-ZRD母線殘壓保持裝置

如圖1所示，內(nèi)部電網(wǎng)（簡(jiǎn)稱“內(nèi)網(wǎng)"）總降母線上某條支路發(fā)生短路故障d，母線電壓出現(xiàn)驟降一一在斷路器K切除該故障支路之前，母線上所有的負(fù)荷將一直處于低電壓工況一一短路故障切除后，電壓才開(kāi)始恢復(fù)，由于異步電動(dòng)機(jī)群磁場(chǎng)重建的二次沖擊電流會(huì)延緩母線電壓的恢復(fù)時(shí)間，這個(gè)母線電壓從驟降直至恢復(fù)到額定電壓70％以上的短暫低電壓供電的“電壓凹陷"現(xiàn)象，稱為“晃電"！

晃電是否給企業(yè)造成停產(chǎn)損失，取決于母線上負(fù)荷是否能成功實(shí)現(xiàn)低電壓故障穿越，即負(fù)荷對(duì)低電壓的忍耐時(shí)間與晃電時(shí)間的博弈結(jié)果！

晃電時(shí)間包括：繼電保護(hù)判斷時(shí)間、斷路器固有分閘時(shí)間、燃弧時(shí)間和電壓恢復(fù)時(shí)間之和，一般要超過(guò)80ms，甚至更長(zhǎng)。

從圖2的時(shí)序圖就可以看出：中、低壓的變頻器和低壓系統(tǒng)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(guò)采用一些附加設(shè)備或軟件優(yōu)化的方法，延長(zhǎng)這些設(shè)備對(duì)低電壓的忍耐時(shí)間，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越“

然而，問(wèn)題的要點(diǎn)不在這，中、低壓系統(tǒng)斷路器的控制電源為直流，不會(huì)因交流系統(tǒng)的低電壓而跳閘，因此它們所控制的異步電動(dòng)機(jī)在低電壓期間貝刂一直在網(wǎng)，并以發(fā)電方式向短路故障點(diǎn)反饋輸出短路電流，直到繞組內(nèi)的磁場(chǎng)衰減完畢或短路故障點(diǎn)被切除，此過(guò)程為電機(jī)的“一次沖擊"；一般異步電動(dòng)機(jī)的繞組短路衰減時(shí)間常數(shù)T為30、40ms左右，就是說(shuō)只要內(nèi)網(wǎng)短路故障持續(xù)3r左右的時(shí)間，電機(jī)的磁場(chǎng)就會(huì)衰減殆盡，變成掛在網(wǎng)上減速旋轉(zhuǎn)的鐵疙瘩“ ·

當(dāng)短路故障點(diǎn)被斷路器K切除時(shí)刻，母線電壓進(jìn)入恢復(fù)期，所有在網(wǎng)的異步電動(dòng)機(jī)同時(shí)重建磁場(chǎng)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)裝置都處于退出狀態(tài)，實(shí)際上就是“電機(jī)群直接啟動(dòng)"，啟動(dòng)伊始要向電網(wǎng)索取相當(dāng)于電機(jī)群額定電流總和5、7倍的無(wú)功電流，形成強(qiáng)烈的電流沖擊，此過(guò)程稱為電機(jī)的“二次沖擊”。

二次沖擊電流在該系統(tǒng)變壓器和線路的阻抗上會(huì)形成較大的壓降，降低了電動(dòng)機(jī)的機(jī)端電壓，致使電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不足，影響了電機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)，并增加了過(guò)流時(shí)間，客觀上延緩了母線電壓的恢復(fù)過(guò)程，也就是電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)重建的過(guò)程。只要當(dāng)造成沖擊電流的電機(jī)群總?cè)萘窟_(dá)到本系統(tǒng)電源容量的40以上時(shí)，母線電壓極易低于70％（電磁轉(zhuǎn)矩小于50％），一旦這些電機(jī)處于額定負(fù)載狀態(tài)，必然導(dǎo)致電機(jī)群失穩(wěn)（詳見(jiàn)《電機(jī)學(xué)》中關(guān)于“電磁轉(zhuǎn)矩"的相關(guān)論述）停轉(zhuǎn)，最終使該系統(tǒng)崩潰。

這就是，即使斷路器K成功地切除了內(nèi)網(wǎng)短路故障，還是經(jīng)常會(huì)發(fā)生大面積停機(jī)事故的根本原因！

如圖3，在需要保護(hù)的母線的每條出線串聯(lián)支路電抗器，用以抬升支路短路故障(dl)時(shí)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(wèn)題，尤其是當(dāng)電抗器進(jìn)線側(cè)電纜頭故障時(shí)（如圖3所示d2點(diǎn)），電抗器反而起不到保障母線供電的作用！

這是目前針對(duì)內(nèi)網(wǎng)晃電的典型設(shè)計(jì)。

“防晃電模塊"是針對(duì)繼電器、接觸器，在晃電時(shí)延長(zhǎng)線包保持時(shí)間的一種低壓系統(tǒng)的解決方案，達(dá)到晃電時(shí)不跳閘的效果“一·可是無(wú)法解決異步電機(jī)的“二次沖擊"問(wèn)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(shí)，事故后利用分批延時(shí)重啟繼電器"，將跳閘的負(fù)荷，根據(jù)工藝特點(diǎn)、容量大小預(yù)先分組，在跳閘后自動(dòng)分批重啟，以期盡快恢復(fù)生產(chǎn)。該方案不僅要求熟悉生產(chǎn)工藝，而且接線復(fù)雜，實(shí)際操作難度大并且，由于模塊本身的可靠性低于被保護(hù)對(duì)象的可靠性，又衍生出更多的故障。

這兩種方案只針對(duì)低壓系統(tǒng)，并不能解決中壓系統(tǒng)的晃電問(wèn)題。

有時(shí)將電源開(kāi)路故障（K偷跳）片面地認(rèn)為就是“晃電"，因此提出了一種“快切"解決方案，即針對(duì)電源開(kāi)路故障的“備自投" 控制器；對(duì)短路故障dl可能引發(fā)的二次沖擊問(wèn)題，則主張?zhí)粢徊糠重?fù)荷，再分批延時(shí)重啟。指導(dǎo)思想與上述方案有類似的不足之處。

關(guān)鍵是，此“快切"方案僅提供控制器，而Kl一3還是采用普通斷

路器，當(dāng)KO切除dl故障點(diǎn)時(shí)刻，也就是Kl開(kāi)斷時(shí)刻，電源已經(jīng)

恢復(fù)正常，Kl斷開(kāi)純屬多余；再合K3，整個(gè)切換時(shí)間遠(yuǎn)大于圖4電源故障治理策略示意圖

KO開(kāi)斷時(shí)間（即晃電時(shí)間），用大于晃電時(shí)間的操作治理晃電，不符合邏輯。

尤其是對(duì)于故障點(diǎn)d2，對(duì)母線來(lái)說(shuō)，屬負(fù)荷故障，快切還不能動(dòng)作，母線上的負(fù)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。

變頻器、接觸器等都有抗晃電治理辦法，但是，異步電動(dòng)機(jī)在電壓恢復(fù)時(shí)刻的“二次沖擊"卻是造成大面積停電事故的根本原因。

針對(duì)這一客觀物理現(xiàn)象，減小異步電動(dòng)機(jī)的“二次沖擊"，避免電機(jī)在二次沖擊期間停機(jī)事故的發(fā)生，是治理晃電的方向。

停產(chǎn)即事故！必須在事故發(fā)生前完成治理。

因此，縮短晃電時(shí)間一一在事故即將發(fā)生前就提前結(jié)束晃電是治理的要點(diǎn)！

圖5中可以看出，將“晃電期間"壓縮到“原事故點(diǎn)" (20ms時(shí)刻）之前即可避免變頻器及低壓負(fù)載等設(shè)備停運(yùn)事故的發(fā)生，而且實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，只要在短路后第一個(gè)大半波（小于20ms）之內(nèi)將短

路故障隔離，就可以將異步電動(dòng)機(jī)的“二次沖擊"電流限制到2倍左{毫秒}右額定電流以內(nèi)，避免電機(jī)失穩(wěn)，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。

因此，20ms之內(nèi)完成“故障判斷"和“執(zhí)行操作"的“快速"設(shè)備，是成功治理晃電的物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是用2ms內(nèi)分閘的“電磁斥力"快速斷路器并與之成套的母線殘壓保持裝置()M (R)和快速斷路器及快速切換裝置()M (S)，是綜合治理晃電的重要設(shè)備。

如圖6所示，對(duì)于造成內(nèi)網(wǎng)晃電的短路故障點(diǎn)d4，采取兩頭治理的策略：一頭是在故障點(diǎn)的電源側(cè)，即母線支路開(kāi)關(guān)的位置，采用“母線殘壓保持裝置" (AMY-ZRD)簡(jiǎn)稱“母保''（圖6中綠色的模劌，來(lái)快速隔離故障點(diǎn)對(duì)母線電壓的影響，保障母線對(duì)其它非故障支路的連續(xù)供電；另一頭是在故障點(diǎn)的負(fù)荷側(cè)，采用“快速斷路器及快速切換裝置" ()M (S)簡(jiǎn)稱“快切"（圖6中藍(lán)色和紫色的模塊），將故障點(diǎn)以下的負(fù)荷切換到備用段電源或電壓已經(jīng)被“母保"恢復(fù)的本段其它支路的電源上。這樣可以將故障點(diǎn)徹底地從系統(tǒng)中孤立出去，去除故障點(diǎn)的負(fù)面影響，最大限度地保障系統(tǒng)對(duì)所有負(fù)荷的供電連續(xù)性！

快速隔離本支路的短路故障點(diǎn)對(duì)母線電壓的影響，抬升母線殘壓，保障母線對(duì)非故障支路負(fù)荷的連續(xù)正常供電。

快速阻隔非故障支路異步電動(dòng)機(jī)向短路故障點(diǎn)衰減磁場(chǎng)能量的通路，減小電源恢復(fù)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的二次沖擊，避免大面積停機(jī)事故。

一種以“短路故障快速判斷技術(shù)'為控制基礎(chǔ)的，基于“電磁斥力"快速開(kāi)關(guān)，以達(dá)到快速隔離本支路的短路故障點(diǎn)對(duì)電源（母線）電壓的影響，切斷非故障支路異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)能量的衰減通路，抬升母線殘壓，減小電源恢復(fù)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的二次沖擊，保障電源（母線）對(duì)其它非故障線路連續(xù)正常供電目的的高阻抗自動(dòng)投切的短路故障隔離設(shè)備，稱為母線殘壓（剩余電壓）保持裝置（簡(jiǎn)稱“母保"，型號(hào)AMY-ZRD)，裝置夕卜形為開(kāi)關(guān)柜形式，適用于新建和改造項(xiàng)目。

見(jiàn)圖9，典型的AMY-ZRD裝置主要由母保開(kāi)關(guān)、母保阻抗、母?？刂破?、切離開(kāi)關(guān)、電流互感器丶綜保、過(guò)電壓保護(hù)器、柜體及附件等組成，其中母保開(kāi)關(guān)為VSC快速開(kāi)關(guān)，切離開(kāi)關(guān)為普通真空斷路器。

正常工作時(shí)，切離開(kāi)關(guān)、母保開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)；

當(dāng)發(fā)生短路故障d時(shí)，AMY-ZRD控制器通過(guò)電流互感器測(cè)到短路電流，經(jīng)“短路故障快速判斷算法"判斷出故障，立即發(fā)出母保開(kāi)關(guān)分閘指令，將母保阻抗投入線路，補(bǔ)償本支路因短路而損失的阻抗，將本支路電流從短路值限制到額定電流以內(nèi)，從而維持了母線的剩余電壓，保障母線對(duì)其它未發(fā)生短路故障的支路連續(xù)供電。

若故障點(diǎn)d被切除后，本支路負(fù)荷恢復(fù)，電流會(huì)發(fā)生至少50％的變化，控制器立即發(fā)出母保開(kāi)關(guān)合閘的指令，恢復(fù)本支路的正常供電；若故障點(diǎn)d切除失敗，控制器在故障后200mS向切離開(kāi)關(guān)發(fā)出分閘扌旨令，協(xié)助微機(jī)綜保實(shí)施后備保護(hù)動(dòng)作，并在300mS時(shí)命令母保開(kāi)關(guān)合閘，退出母保阻抗，完成一次母線殘壓保護(hù)功能操作。

母保可在20ms以內(nèi)轉(zhuǎn)換80以內(nèi)的短路電流，并將其限制到本支路的額定電流以下，用在總降變電所，可使得下級(jí)變斤在斷路器、電纜的設(shè)計(jì)選型時(shí)節(jié)省大量投資；同時(shí)，主變的短路阻抗也可適當(dāng)選小，避免使用高阻變，節(jié)省投資和運(yùn)行損耗。

母保的限流作用，使得變壓器的限后短路電流相對(duì)限前短路電流下降了N倍，電動(dòng)力也就下降了N倍，客觀上降低了短路電流對(duì)變壓器的沖擊效應(yīng)，可延長(zhǎng)變壓器壽命。

在母聯(lián)處使用母保，可積極考慮采用并列運(yùn)行方式；當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，母保在20ms之內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速解列，圖氏短路容量，達(dá)到明顯的限流效果，并避免故障穿越現(xiàn)象發(fā)生。

母保裝置的典型用法。

若本支路有后備保護(hù)配合需求，則選用阻抗型出線柜，阻抗型又分阻開(kāi)式和單阻式兩種型式，其中，阻開(kāi)式較阻抗式多整合了—臺(tái)普通斷路器和綜保等元件，但節(jié)省了—面開(kāi)關(guān)柜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空間有利，綜合造價(jià)有所降低。

若本支路無(wú)后備保護(hù)配合需求，如單負(fù)載或是降壓變等，則可選用直開(kāi)型出線柜，具體見(jiàn)圖11。