http://www.moduwu.com 2022-10-19 11:04 南京國高電氣自動化有限公司
無擾動連續(xù)供電解決方案
項目背景
連續(xù)供電是生產(chǎn)的產(chǎn)能、品質(zhì)和安全的重要保障,晃電發(fā)生時,常常伴隨電壓暫降,超過大約80毫秒的電壓暫降會引起各類高低壓電機、變頻器等設備報警停機,導致生產(chǎn)系統(tǒng)停產(chǎn),嚴重釀成生產(chǎn)事故。現(xiàn)采用的備自投方案,擾動時切換較慢,會引起負載停機,有安全隱患以及停機風險,為了保證整體配電網(wǎng)的無擾動供電連續(xù),需在高壓側(cè)增加無擾動快切系統(tǒng)和負載側(cè)增加抗晃電模塊的整體解決方案。
高壓配電側(cè),是由110kv變電站與35kv變電站之間10kv兩條線路,兩站距離300米左右,正常運行時35kv站內(nèi)10kv高壓柜由110kv變電站10kv供電,35kv處于熱備狀態(tài)為兩進線一主一備結(jié)構(gòu),10KV母線均帶有各類電機、變頻器和變壓器等混合負載,任何一路電源擾動或失壓均影響負載連續(xù)運行。
低壓配電側(cè),低壓400v設備包括(450kw風機3臺,255Kw水泵2臺,132kw水泵2臺),低壓變壓器2000kvA4臺,2500KvA2臺,1000kvA1臺,對于低壓負載側(cè)的重要電機、變頻器等設備,需要增加DCM621KH再起式抗晃模塊和MSpower 低電壓穿越裝置作為快切切換風險的后備保障。
方案概述
通過對廠區(qū)配電網(wǎng)的整體理解,擬畫了配電說明簡示圖,如下圖1:
圖1
變電所兩10KV進線來自于110KV變電所,以及35KV的變電所,10KV母線帶有各類電機和變壓器等混合負載,同時,饋出多個回路到低壓配電側(cè)及其它變電所。400V低壓母線分別帶混合負載。風機,水泵等各類電機、變頻器和軟啟動器混合負載。
10KV變電所為廠區(qū)10KV總配電側(cè),向下到400V低壓配電側(cè)和各個變電所。根據(jù)現(xiàn)場配電運行的當前情況,結(jié)合現(xiàn)場施工安裝的可行性,考慮到35KV總降的變壓器容量問題,現(xiàn)擬定一套抗晃電解決方案。
10KV進線側(cè)配置DCM-635G高壓無擾動快切。
0.4kV負載側(cè),為了保證生產(chǎn)工藝的連續(xù)性,根據(jù)實際需求,針對一些關鍵的工藝節(jié)點,嚴格要求生產(chǎn)過程中不停機的重要設備,需要配置低壓抗晃電裝置,接觸器控制電機回路配置DCM621KH再起式抗晃電模塊,低壓變頻器配置低電壓穿越裝置(非關鍵變頻加裝DCM621KH抗晃電模塊)。
本方案中,考慮35kV進線及變壓器容量限制,現(xiàn)場的容量不足以支撐全部的母線設備工作,所以在切換的過程中,通過DCM635G裝置的智能卸載出口,卸載掉非重要負荷,保證重要負荷正常運行。
另外現(xiàn)場的低壓側(cè)斷路器帶有瞬時脫扣,當高壓切換過程中由于短暫的停電,導致低壓側(cè)的斷路器因脫扣跳閘,致使低壓母線失電,現(xiàn)場建議拆除瞬時失壓脫扣,400V低壓側(cè)可以配備低壓備自投,來實現(xiàn)掉電的切換。
10KV變電所電源快速切換系統(tǒng)以下簡稱“10KV系統(tǒng)”由DCM635G高壓電源無擾動快切裝置配合現(xiàn)場的自己的真空斷路器完成,下圖2為方案構(gòu)建,圖示做了部分簡化,配電結(jié)構(gòu)如下圖所示:

圖2
圖中,來自“110KV變電站”簡稱為進線一,來自“35KV變電站”簡稱為進線二。
正常工作時,進線一帶整段10kV母線,進線二帶處于熱備用狀態(tài),當母線失壓自動快速切斷主進線線路,快速合上備用開關,由另一路正常供電線路帶整段10kV母線。
DCM635G無擾動快切裝置對兩路進線及兩段母線電壓電流的幅值、頻率、相位等關鍵電參數(shù)進行采集,對當前運行模式進行智能識別,裝置具有手動切換、保護起動、失壓起動、誤跳起動等多種起動方式,具有快切、同期、殘壓、長延時等多種合閘策略,確保備用進線間相互無擾動快切。
切換工作過程簡述如下:
正常工況,進線一有壓,進線二有壓,進線一開關“1QF”合閘,進線二開關“2QF”分閘,無擾動快切裝置充電完成后進入待機狀態(tài)。
當進線一出現(xiàn)電壓暫降或停電,無擾動快切系統(tǒng)快速跳開開關“1QF”,并快速合上備用進線開關“2QF”,由進線二帶載,保證供電連續(xù)性,切換過程中負載設備不停機。
當進線一恢復供電,根據(jù)需要,手動切換恢復到初始狀態(tài)。
因在切換過程中,35kV的系統(tǒng)不足以帶動所有母線上設備,所以在切換的過程中,通過DCM-635G裝置的卸載出口功能,切掉非重要負荷,完成無擾動快切方案。裝置如圖3
圖3
現(xiàn)場馬達保護裝置具有輔助的再起功能,啟用此功能時,需要對線路進行改造,并且馬達保護裝置和現(xiàn)場DCS的兼容性存在不確定性。再起式抗晃電模塊作為電動機、變頻器的專業(yè)再起裝置,現(xiàn)場安裝直接并聯(lián)與控制回路,無需改造線路,并且體積小,磁吸式設計現(xiàn)場安裝方便,建議配置DCM621KH作為關鍵工藝節(jié)點的保障方案。
針對低壓負載側(cè)非常重要的直起式電動機,為了保證在極限情況下,確保這些重要設備連續(xù)工作,需要配置抗晃電模塊作為快切方案的補充方案。
模塊工作原理為,通過采集負載的工作電源、接觸器線圈電壓以及控制回路電壓形成復合判據(jù),起動結(jié)束后延時5秒進入抗晃待機模式,當接觸器位置信號發(fā)生了變化時,內(nèi)部超級電容系統(tǒng)自動投入,系統(tǒng)開始計時,在設定的最長晃電時間內(nèi),如果系統(tǒng)自動恢復了供電,經(jīng)再起動延時起動電機,恢復晃電前正常工況,從而保證生產(chǎn)正常進行。
重要直起式電機設備,配置DCM621KH抗晃模塊,方案如下圖4:

圖4
工作過程簡述如下:
正常工作時,當手動或遠程起動電機后,KM線圈得電,KM接觸器吸合, DCM621KH檢測到KM吸合狀態(tài),開始充電,5S充電結(jié)束后,進入抗晃待機模式,晃電發(fā)生后,電壓暫降,KM主動釋放,電機停機, DCM621KH內(nèi)部超級電容自動投入,為抗晃電模塊正常供電,系統(tǒng)開始計時,在設定的最長晃電時間內(nèi)(最長9秒),如果系統(tǒng)自動恢復了供電,經(jīng)再起動延時,裝置RS繼電器吸合,自動再起動電機,恢復晃電前的正常工況。
針對重要的變頻設備,根據(jù)連續(xù)工作要求等級的不同,有兩套方案可選,如果允許短暫停機,配置DCM621KH抗晃電模塊,如果不允許停機,配置MSpower低電壓穿越裝置。
方案一,配置DCM621KH抗晃模塊,方案圖5如下:

圖5
工作過程簡述如下:
正常工作時,當手動或遠程起動變頻器后,1KA1線圈得電,1KA1接觸器吸合,DCM621KH檢測到1KA1吸合狀態(tài),開始充電,5S充電結(jié)束后,進入抗晃待機模式,晃電發(fā)生后,電壓暫降,1KA1主動釋放,變頻器停機,DCM621KH的AL繼電器打開,閉鎖“變頻器故障閉鎖信號”輸出,DCM621KH內(nèi)部超級電容自動投入,為抗晃電模塊正常供電,系統(tǒng)開始計時,在設定的最長晃電時間內(nèi)(最長9秒),如果系統(tǒng)自動恢復了供電,裝置RE復位繼電器閉合,復位變頻器故障,經(jīng)再起動延時,裝置RS繼電器吸合,自動再起動變頻器,恢復晃電前的正常工況。
方案二,配置MSpower低電壓穿越裝置。
對于現(xiàn)場安裝的變頻器,為了保證晃電時不停機,需要配置MSpower低電壓穿越裝置。
MSpower裝置由主機、觸摸屏顯示單元、超級電容箱及直流配電系統(tǒng)組成。
主機及觸摸顯示單元用來顯示交流電源、直流輸出電流、運行工況、歷史記錄、系統(tǒng)設置、故障信息、帶時標的低電壓穿越信息以及成功穿越統(tǒng)計等,同時實現(xiàn)與外部聯(lián)鎖以及整套裝置的實時自檢,如下圖6

圖6
電壓暫降控制主機為整個裝置的核心單元,完成超級電容的充電管理,電網(wǎng)監(jiān)視,系統(tǒng)自檢等。將三相交流整流后經(jīng)過隔離變換將直流能量預充DC 520V±5%。當廠用電在±10%以內(nèi)波動時,電壓暫降主機不會對給煤機變頻器直流母線供電;當三相交流跌落到90%(360V)以下時,電壓暫降主機自動瞬時輸出,保證直流母線恢復到正常運行范圍。
超級電容箱,采用進口超級法拉電容,通過主機對超級電容進行充電管理,完成恒流、恒壓、涓流等多種充電模式,同時帶有自動溫度管理系統(tǒng),以及保護均壓系統(tǒng)等。
直流輸出回路主要有品牌直流斷路器、放電檢測等組成。每個直流配電回路對應一臺變頻器。
裝置結(jié)構(gòu)原理圖如下圖7:

圖7
三相交流電能經(jīng)斷路器QF1進入三相整流回路,脈動直流經(jīng)限流電阻對C1預充電,預充結(jié)束后通過直流接觸器KM1旁路限流電阻對電容C1滿荷充電。電感L1與Q1和Q2構(gòu)成BOOST 型式的升壓電路,將C1上的直流電荷泵到更高電壓對C2進行充電,并經(jīng)預充限流電阻對電容C3充電,經(jīng)晶閘管及二極管防逆流回路到直流接觸器后經(jīng)斷路器和熔斷器,送入變頻器的直流母線。
正常工作電壓時,變頻器通過內(nèi)部橋式整流的直流電源維持變頻器正常工作, BOOST 升壓電路處于待機狀態(tài);當電網(wǎng)電壓發(fā)生瞬時跌落并達到設定值時(默認80%,可整定), BOOST電路迅速投入運行,輸出穩(wěn)定的直流電壓,支撐變頻器直流母線的電壓穩(wěn)定,從而維持變頻電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。待電網(wǎng)電壓恢復之后(默認90%,可整定),BOOST升壓電路自動退出,變頻器繼續(xù)內(nèi)部整流供電工作。
本低電壓穿越裝置為旁路運行方式,原變頻器交流供電線路不做調(diào)整,也不需對變頻器進行新的設置,只需要就地安裝在原變頻控制柜旁即可。現(xiàn)場可引入直流屏直接為低電壓穿越裝置供電。
功能特點與參數(shù)
4.1無擾動快速切換
4.1.1 基本功能
◆裝置適用于雙進線結(jié)構(gòu)
◆具有手動起動、保護起動、失壓起動、誤跳起動、無流起動、逆功率起動及頻率異常起動等多種起動方式
◆裝置具有正常切換、事故切換、非工況切換(失壓、開關誤跳)功能
◆裝置具有并聯(lián)、串連、同時三種開關切換順序選擇
4.1.2輔助功能
◆區(qū)內(nèi)外智能切換閉鎖識別
◆備用電源失電
◆開關異常閉鎖
◆合閘回路測時
◆智能故障錄波
◆全息黑匣子記錄
◆裝置自檢故障告警
◆PT斷線
◆母聯(lián)開關電流保護(母聯(lián)方式)
◆智能卸載出口(選配)
◆定值遠方召喚和修改
◆模擬量:八路電壓量輸入(二路進線電壓+三路母線1段電壓+三路母線2段電壓)
九路電流量輸入(六路進線電流+三路母聯(lián)電流)
◆開入量:裝置滿配有30路開入量
◆開出:裝置滿配有22路繼電器出口
◆兩路標準RS485多機通訊口
◆兩路工業(yè)以太網(wǎng)口端口
◆支持單網(wǎng)、雙網(wǎng)通訊,能夠完全實現(xiàn)網(wǎng)絡的冗余互備
◆一路打印接口,兼容多種打印機
◆IEC-60870-5-103(串行通訊模式)、IEC-60870-5-103(工業(yè)以太網(wǎng)通訊模式)、MODBUS-RTU,MODBUS-TCP標準通信規(guī)約
◆裝置通過RS485差分電平支持1PPS和IRIG-B碼對時模式,誤差小于1ms,同時支持軟件后臺對時。
◆采用了雙核32位DSP微處理器,快切內(nèi)核和人機界面內(nèi)核獨立
◆實時多任務操作系統(tǒng)及C++編程技術,可實現(xiàn)在線編程
◆開關合閘時間精準統(tǒng)計,自動適應開關老化及開關更換
◆實時系統(tǒng)自檢,系統(tǒng)工作電源、AD狀態(tài)、內(nèi)存狀態(tài)實時自檢,確保穩(wěn)定可靠
◆抗干擾設計,最高EMC電磁兼容等級試驗,軟硬件復合閉鎖架構(gòu)
◆大屏幕雙顯示(液晶漢化顯示和LED顯示),方便運行人員巡檢
◆硬件互換性好,方便用戶維護及減少備件的數(shù)量
◆采用6U、19/3英寸標準機箱,背插式結(jié)構(gòu),可就地安裝在開關柜上或集中組屏
◆裝置電源:AC/DC 86~265V
◆操作電壓:DC 220V 、DC 110V或AC220V(允許偏差+15%,-20%)
◆交流電壓:100V或380V(訂貨時需說明)
◆交流電流:5A或1A(訂貨時需說明)
◆適用頻率: 50Hz
◆直流回路 :<10W(正常工作時);<15W(動作時)。
◆交流電壓回路 :<0.5VA/相
◆交流電流回路 :<1VA/相(In=5A);
<0.5VA/相(In=1A)。
◆交流電壓: 1.2倍額定電壓連續(xù)工作
◆保護電流: 2倍額定電流連續(xù)工作
10倍額定電流,允許10 s
40倍額定電流,允許1 s
◆電壓元件 :1% Un~120% Un
◆電流元件 :0.05In~20In
◆頻 率 :30.00Hz~65.00Hz
◆時間元件 :0.00S~100.00S
◆電壓電流精度 :0.5級
◆頻率精度 :0.02Hz
◆角度精度 :0.2度
◆SOE分辨率 :≤2ms
◆合閘測時 :≤2ms
◆GPS授時 :≤1ms
◆電流及電壓定值 :≤±2.5%整定值
◆頻率定值 :≤±0.02Hz
◆角度定值 :角差定值誤差:±0.2°
◆切換最小斷電時間 :<11 ms+開關時間+用戶整定延時。
◆跳合閘出口可長期接通AC 250V,5A。
◆信號出口可長期接通AC 250V,5A。
◆快速瞬變干擾試驗符合GB/T 14598.10的規(guī)定;
◆靜電放電試驗符合GB/T 14598.14的規(guī)定;
◆脈沖群干擾試驗符合GB/T 14598.13的規(guī)定;
◆幅射電磁場干擾試驗符合GB/T 14598.9的規(guī)定;
◆工頻磁場抗擾度試驗符合GB/T 17626.8的規(guī)定;
◆射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗符合GB/T 17626.6的規(guī)定;
◆脈沖磁場抗擾度試驗符合GB/T 17626.9的規(guī)定;
◆絕緣試驗符合GB/T14598.3-93 6.0的規(guī)定;
◆沖擊電壓試驗符合GB/T14598.3-93 8.0的規(guī)定。
◆工作溫度:-20℃~+55℃。
◆儲存溫度:-25℃~+70℃,相對濕度不大于80%,周圍空氣中不含有酸性、堿性或其它腐蝕性及爆炸性氣體的防雨、防雪的室內(nèi);在極限值下不施加激勵量,裝置不出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的變化,溫度恢復后,裝置應能正常工作。
◆相對濕度:最濕月的月平均最大相對濕度不大于90%,同時該月的月平均最低溫度不低于25℃且表面不凝露。最高溫度為+40℃時,平均最大濕度不超過50%。
◆大氣壓力:80kPa~110kPa(相對海拔高度2km 以下)。
◆記錄切換起動前2個周波,起動后最長98個周波,最多32組錄波數(shù)據(jù)。錄波數(shù)據(jù)格式滿足COMTRADE99標準。
4.2.1 基本參數(shù)
4.2.2 功能特點
4.3.1 基本參數(shù)
|
名稱 |
基本參數(shù) |
|
型 號 |
MSpower-C |
|
額定功率 |
10-1000kW |
|
輸入電壓等級 |
AC 80V~400V |
|
交流輸入額定頻率 |
50Hz±2 Hz |
|
直流輸出電壓 |
DC 490V±5% |
|
電壓跌落支持范圍 |
20%~90%Ue |
|
工作時間 |
0-30s時間可調(diào) |
|
電磁干擾等級 |
符合IEC標準 |
|
直流供電切換時間 |
≤200微秒,半導體導通時間 |
|
噪聲 |
≤60dB |
|
動作聯(lián)鎖 |
有 |
|
變頻器運行/故障聯(lián)鎖 |
有 |
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不間斷電源綜合效率 |
≥99% |
|
報警輸出 |
各類報警輸出 |
|
短路保護,過載等 |
有 |
|
散熱方式 |
智能風冷系統(tǒng) |
|
進/出線形式, |
下進下出 |
圖8
4.3.2 功能特點
其接線端子參見下圖,該系統(tǒng)由兩進線構(gòu)成,正常運行時由進線一為整段母線供電,進線二為備用供電。
起動方式:手動、保護、失壓、誤跳、無流、逆功率、頻壓起動切換
工作過程:跳1QF合2QF、跳2QF合1QF。
圖9
以下閉鎖屬于自復歸閉鎖:
●開關位置異常閉鎖,進線電流大于無流定值,而相應開關為跳位,延時10s報警
●后備失電閉鎖,進線電流大于無流定值,后備電源小于“后備失壓電壓定值”且“后備電源失電閉鎖”投入,裝置閉鎖。
●功能未投入閉鎖,“切換投退”未投入;起動方式全未投入;切換方式全未投入;
滿足以上任一條件時,裝置閉鎖。
●出口閉鎖,試驗時通過該信號閉鎖裝置, 332端子有信號輸入時裝置出口閉鎖,信號解除閉鎖消失。
●PT斷線閉鎖,“PT斷線投退”投入,母線PT斷線時,通過“失壓檢進線無壓”控制字選擇,檢進線和母線無壓或者檢進線無流和母線無壓閉鎖切換,或者通過母線負序電壓閉鎖切換,故障解除閉鎖返回。
●母線PT檢修閉鎖,檢修時用于手動閉鎖裝置, 337端子有信號輸入時裝置出口閉鎖,信號解除閉鎖消失。
以下閉鎖屬于手動復歸閉鎖:
●保護閉鎖一、保護閉鎖二,本側(cè)裝設有保護閉鎖接入時,發(fā)生保護動作信號用來閉鎖切換,信號解除需手動復歸,閉鎖返回。
●過流切換閉鎖,無本側(cè)保護閉鎖接入時,當母線及出線故障時,用于識別區(qū)內(nèi)故障閉鎖切換。當電流為正方向(從進線流向母線)且電流值大于“方向過流閉鎖值”時,裝置閉鎖切換并報警(此功能必須接入進線三相電流)。
●切換閉鎖,332端子有切換閉鎖信號時,裝置閉鎖,信號解除需手動復歸,閉鎖返回。
有以上任一情況發(fā)生時,裝置閉鎖,點亮面板“閉鎖”燈、出口215-216閉合。
●自檢告警,裝置運行中實時自檢,自檢故障時,發(fā)出裝置故障信號(209、210閉合),同時閉鎖切換和保護功能。自檢故障包括:RAM、EPROM、出口故障、定值出錯和電源故障。
當檢測到下列狀況時,發(fā)出報警信號(211、212閉合):
●逆功率告警,進線三相電流中任一相大于0.1A且功率反向,固定延時10ms后,裝置報警并記錄。(只報警,不會起動或閉鎖切換,此時母線電壓小于逆功率電壓門檻才可能起動切換)。本功能主要用來核對現(xiàn)場接線以及監(jiān)視電網(wǎng)電壓波動,提供事故分析素材。
●失壓告警,當檢測到工作母線電壓低于有壓定值時,固定延時20ms后,裝置告警并記錄。(只報警,不會起動或閉鎖切換)。本功能主要用來監(jiān)視電網(wǎng)電壓波動,提供事故分析素材。
●內(nèi)部測頻故障(電壓大于15%,頻率小于30Hz或者大于65Hz,固定延時10s報警)
有以上任一情況發(fā)生時,裝置告警,點亮面板“告警”燈、出口211-212閉合。告警狀況解除自動返回,無需復歸。
●起動后加速功能
在切換過程中,若某進線合閘,則同時輸出一對后加速接點,用于起動該進線的后加速功能,此節(jié)點切換完成后返回。
●快切裝置電源消失
裝置提供一對常開常閉節(jié)點用于電源消失信號,若裝置電源消失,則打開207-208常閉節(jié)點,閉合207-206常開節(jié)點,電源恢復后,節(jié)點返回。
●去耦合功能
為避免兩個電源長時并列運行,在切換過程中“去耦合延時”時間內(nèi)該合上的開關已合但該跳開的開關未跳開,快切裝置將執(zhí)行去耦合功能,跳開剛合上的開關。
●低壓減載功能(選配)
受變壓器容量限制,母聯(lián)方式運行時(母聯(lián)在合位),根據(jù)電壓滑差、欠壓及過流起動減載功能,跳開非重要負載,保障系統(tǒng)的連續(xù)可靠運行
DCM635電源無擾動快速切換裝置提供七種起動方式。手動起動時支持并聯(lián)、同時和串聯(lián)。誤跳支持串聯(lián),其他五種起動方式支持串聯(lián)、同時 切換方式。并聯(lián)切換方式只有快速切換實現(xiàn)方式,串聯(lián)和同時支持快速、同捕、殘壓和長延時四種切換實現(xiàn)方式。
5.3.2起動方式
DCM635G電源無擾動快速切換裝置提供手動起動、保護起動、失壓起動、逆功率起動、無流起動、頻壓起動和誤跳起動方式,共七種方式。
無流起動。當裝置檢測到進線電流從有流(大于無流起動整定值)到無流(小于無流起動整定值),且母線頻率小于無流起動頻率定值時,裝置經(jīng)整定延時起動切換功能。無流起動方式主要用于進線本側(cè)保護無法接入到裝置的工況。其邏輯如下: