一种快速无扰动备用电源替续控制装置的应用

吴成

摘 要：钢铁企业供电通常采用双电源分段式供电模式，基于电力系统运行方式的要求，一般不允许两路电源联通（合环），两段之间的关系是互为备用。传统的备用电源自动投入装置（简称备自投）自动合上，仍然有很多负荷脱离电源，难以扭转生产工艺流程被严重破坏及机械受损的现象。利用无扰动备用电源替续控制装置快速切换，可以有效满足供电系统连续运行的要求，确保生产设备的稳定状态，确保用于生产的设备能连续工作，减少生产停止、小耽误;及时控制生产工艺流程被严重破坏或部分机械损伤的局面，达到降本增效、实现企业成本最大化的目的。

关键词：双电源供电;备自投;替续控制;涌流

1 备自投

保证供电可靠性，主要是装置备用电源替续控制系统，使受电用户在重新获得电源后，能保持失电前的生产工艺流程不受到破坏，能最大限度地继续保持正常生产。但是当今工况的备自投做不到无扰切换，因为人们一直在沿用古老的备自投设计原则：即为了保证备用电源不投到故障点上，和工作电源不向备用电源倒送电，必须在确认工作电源已断开（根据无流判据）及工作母线完全无电压（根据无压判据）后才能投入备用电源。众所周知，当今的工业负荷包括发电厂的负荷在内，照明负荷占比很小，而主要是电动机负荷，如泵、风机、粉碎机、传送带等。这些电动机在失去电源全部停转后，即使再送上备用电源，将面临很多严重的问题。如已有很多电动机被切除;大量电动机同时自起动;有的工艺流程遭受不可逆的彻底破坏等，人们要耗费大量时间并付出可观的代价才能恢复生产。所以，备自投设计者必须正视如何保证电动机失去电源后快速、安全再受电的问题。此外，备自投在切除工作电源的同时，必须断开母线上的电源支路及电容器支路，而在投入电源时应快速完成电源支路的再同期及电容器的无涌流再投入。对于供电设备为变压器的备自投，应能支持备用变压器按冷备用方式运行，以减少变压器空载能耗。为此，备自投应具备彻底抑制空投备用变压器时的励磁涌流的功能。在备用电源为暗备用时，备自投必须确保在计及当前备用电源已有负荷的前提下，置换工作电源后不至于因过载而跳闸，即备自投具有备用电源投入前自动联切负荷的功能。串联接线电网中的各变电站应具备开关状态信息的互通功能，以保证分段运行时，仍能通过替续控制动作实现两段电源互为备用，电源自动投入[1]。

钢铁企业供电方式通常采用双电源分段式供电模式[2]，如图1所示。基于电力系统运行方式的要求，一般不允许电源1与电源2联通（合环），两段之间的关系是互为备用。传统的备用电源自动投入装置（简称备自投）根据如下三个条件实施切换，以3DL正常断开的暗备用为例：

①电源1故障跳开1DL，即线路无流;

②电源2电压正常，即有压;

③Ⅰ段母线电压已下降到给定值以下，即无压;

显然，如果满足条件③就意味着，Ⅰ段母线的全部负荷因失电而全部停运。即使3DL自动合上，仍然有很多负荷脱离电源（如接触器因低电压释放和低压保护动作将负荷切除）。大量实例表明，备用电源自动投入后仍无法扭转生产工艺流程被严重破坏及部分机械受损的局面，以致当今不少企业取消或明令禁止使用备自投。

利用快速无扰动备用电源替续控制装置[3]，可以有效满足供电系统连续供电需求，确保生产设备稳定运行，确保用于生产的设备能连续运转，减少生产停顿;控制生产工艺流程被严重破坏或部分机械受损的局面，达到降本增效、实现企业效益最大化的目的。

2 技术方案

确保工作电源切除后能迅速恢复所有负荷的正常工况，运用负荷侧失电模拟量快速启动和闭锁综合判据，快速识别出供电系统的失电工况，按照不同工况和负荷成分，采用不同的切换准则投入备用电源;通过监控分、合闸角的捕捉电动机群耐受电压点的准则，实现备用电源的快速及安全切换。这样，电动机就是安全的，称这一控制准则为捕捉电动机耐受电压点的准则。实现这个准则的方法就是实时监测工作电源切除角，随之不断测量当前的ΔU值，并根据已采样的数据预测ΔU的变化。在ΔU值增大到超过允许值之前，根据捕捉到的分闸角计算出合闸角完成备用电源的投入，这既保证所有电动机不受损、不被切除，也不停转，非常有利于迅速恢复工作。尽管在投入备用电源时，母线残压UG和备用电源电压UB之间可能有一定的相位差，但因这群处在异步发电状态的电动机群，其已无原动机为其补充动能，也无励磁机支撑其励磁。因而，其仅仅是个发出电压的发电机，会很容易被强大的备用电源无损拉入同步。从根本上解决备自投上述问题，确保母线负荷供电的连续性、稳定性，具备联切、联投、涌流抑制功能。

在很多情况下，工作母线上不仅有用电的照明和电动机负荷，还可能有来自其他电源的线路，因此替续控制必须在切除工作电源的同时，切除那些有电源的线路。而在投入备用电源后，随即起动为各线路配备的快速同期控制器，以最短时间完成这些电源线路与备用电源的再同期。这个同期控制器的重要指标是确保同期点的压差和频差满足定值要求的前提下，捕捉到第一次出现的零相角差的时机完成并网。为了加速同期速度，可放宽容许压差和容许频差的定值。同期控制器还需具备自动识别是差频同期还是同频同期的功能，以便应对可能在环网中进行同期操作的要求。

替续控制考虑了在备用电源投入时快速无涌流投入原先被切除的电容器，当替续控制切除工作电源时，需同时切除调压和无功补偿用的电力電容器，而在投入备用电源后应恢复电力电容器的工作，即要立即投入电容器[4]。在切除电容器电源时可能诱发很大的电弧及过电压，其后果是损坏开关、电力电容器和其他电气设备。在给电容器重新上电时可能产生很大的充电涌流，对电网和电容器本身都产生很坏的影响。因此，需要采取无扰动投、切电容器的措施，笔者使用了涌流抑制器，完美精确控制电力电容器分闸及合闸时的电压、电流相位角，实现对电弧、过电压及充电电流的最大限度抑制。这样，可以实现电容器的切除和投入与替续控制切除工作电源和投入备用电源同步进行，也确保了电容器、开关及相关电气设备的安全。特别需要指出的是，电容器的投切不要求使用三相分相分时操作开关，而是使用通常的三相联动开关。

利用涌流抑制专利技术控制三相电压的合闸相位角，使合闸时的充电电压大小及相位与电容器在分闸时留下的剩余电压相同，实现电容器无涌流空投。这一技术支持三相联动开关，确保抑制三相充电涌流，且电容器不需专设放电设备，做到即切即投。

利用快速无扰动备用电源替续控制装置[5]，可以有效解决单母线分段供电问题。当任意一路电源跳电后，母线上负荷脱离电源，导致出现生产工艺流程被严重破坏及部分机械受损的局面，确保了生产设备的稳定、连续运转，成功制止了故障扩散，生产流程中断问题，提高了工作效率和生产效率，降低了企业运行和维护成本，实现了节能降耗。

本技术涉及钢铁企业供配电系统，特别适合钢铁冶金企业供配电安全运行，有利于供配电系统用电设备的连续稳定运行，保障生产的连续工作，减少生产事故、生产损失，从而达到降本增效的目的，是保障供配电系统设备安全运行的有效手段和方法。本技术属于冶金企业用电技术领域，确保用于生产的设备能连续运转，减少生产停顿、小耽误及生产事故，以达到降本增效，实现企业效益最大化的目的。利用快速无扰动备用电源替续控制系统，可以有效满足供电系统连续供电需求，确保生产设备能稳定运行，提高工作效率、生产效益，起到降本增效的作用。国内大中型钢铁企业大多都趋于大型化、专业化、智能化，由于工厂供电负荷的复杂、多样性，电源波动、扰动、故障经常发生，供配电系统连续、稳定运行尤为重要。利用快速无扰动备用电源替续控制系统，可以有效满足供电系统连续供电需求，确保用于生产的设备能连续运转，减少生产停顿、小耽误;把控生产工艺流程被严重破坏或部分机械受损的局面，为我国钢铁企业带来显著的经济效益和社会效益，推广应用前景极其广阔。

3 结语

快速无扰动备用电源替续控制装置，已经成功用于宁钢余热回收发电低压供电系统上，是集安全可靠、运行监控、微机保护、远程网络管理于一体的智能化控制系统。其便于维护、稳定的特性非常适用于重要负荷，且前景广阔;尤其在发生电力系统电源扰动、波动及故障时，可以有效满足负荷连续供电要求，确保生产设备能连续、稳定运行，以有效制止故障扩散，减小损失。

參考文献

[1] 曲鸿春.基于双电源供电的变压器经济运行技术研究[D].淄博：山东理工大学，2009.

[2] 李雨，李中西，齐从谦.智能式双电源供电系统自动切换装置的研制[J].电网技术，2003（11）：68-71.

[3] 资讯.快速无扰动备用电源替续控制系统设计准则[J].http：//www.cnelc.com/Article/1/AD100054962_2.html，2007-2-28.

[4] 贾红琴，陈桂萍.多功能备自投系统在供电系统的应用研究[J].甘肃科技，2010，26（017）：46-49.

[5] 金沙.微机无扰动稳定控制装置在常减压车间供配电系统中应用[J].神州（中旬刊），2016，000（005）：26.