AMY-ZRD母線殘壓保持裝置

如圖1所示，內(nèi)部電網(wǎng)（簡稱“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，母線上所有的負荷將一直處于低電壓工況一一短路故障切除后，電壓才開始恢復(fù)，由于異步電動機群磁場重建的二次沖擊電流會延緩母線電壓的恢復(fù)時間，這個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，取決于母線上負荷是否能成功實現(xiàn)低電壓故障穿越，即負荷對低電壓的忍耐時間與晃電時間的博弈結(jié)果！

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

從圖2的時序圖就可以看出：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，可以通過采用一些附加設(shè)備或軟件優(yōu)化的方法，延長這些設(shè)備對低電壓的忍耐時間，實現(xiàn)低電壓穿越“

然而，問題的要點不在這，中、低壓系統(tǒng)斷路器的控制電源為直流，不會因交流系統(tǒng)的低電壓而跳閘，因此它們所控制的異步電動機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反饋輸出短路電流，直到繞組內(nèi)的磁場衰減完畢或短路故障點被切除，此過程為電機的“一次沖擊"；一般異步電動機的繞組短路衰減時間常數(shù)T為30、40ms左右，就是說只要內(nèi)網(wǎng)短路故障持續(xù)3r左右的時間，電機的磁場就會衰減殆盡，變成掛在網(wǎng)上減速旋轉(zhuǎn)的鐵疙瘩“ ·

當(dāng)短路故障點被斷路器K切除時刻，母線電壓進入恢復(fù)期，所有在網(wǎng)的異步電動機同時重建磁場，此時電動機的軟啟動裝置都處于退出狀態(tài)，實際上就是“電機群直接啟動"，啟動伊始要向電網(wǎng)索取相當(dāng)于電機群額定電流總和5、7倍的無功電流，形成強烈的電流沖擊，此過程稱為電機的“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形成較大的壓降，降低了電動機的機端電壓，致使電機的電磁轉(zhuǎn)矩不足，影響了電機轉(zhuǎn)速恢復(fù)，并增加了過流時間，客觀上延緩了母線電壓的恢復(fù)過程，也就是電動機磁場重建的過程。只要當(dāng)造成沖擊電流的電機群總?cè)萘窟_到本系統(tǒng)電源容量的40以上時，母線電壓極易低于70％（電磁轉(zhuǎn)矩小于50％），一旦這些電機處于額定負載狀態(tài)，必然導(dǎo)致電機群失穩(wěn)（詳見《電機學(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)常會發(fā)生大面積停機事故的根本原因！

如圖3，在需要保護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題，尤其是當(dāng)電抗器進線側(cè)電纜頭故障時（如圖3所示d2點），電抗器反而起不到保障母線供電的作用！

這是目前針對內(nèi)網(wǎng)晃電的典型設(shè)計。

“防晃電模塊"是針對繼電器、接觸器，在晃電時延長線包保持時間的一種低壓系統(tǒng)的解決方案，達到晃電時不跳閘的效果“一·可是無法解決異步電機的“二次沖擊"問題。

“

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，事故后利用分批延時重啟繼電器"，將跳閘的負荷，根據(jù)工藝特點、容量大小預(yù)先分組，在跳閘后自動分批重啟，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，實際操作難度大并且，由于模塊本身的可靠性低于被保護對象的可靠性，又衍生出更多的故障。

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

有時將電源開路故障（K偷跳）片面地認為就是“晃電"，因此提出了一種“快切"解決方案，即針對電源開路故障的“備自投" 控制器；對短路故障dl可能引發(fā)的二次沖擊問題，則主張?zhí)粢徊糠重摵桑俜峙訒r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故障點時刻，也就是Kl開斷時刻，電源已經(jīng)

恢復(fù)正常，Kl斷開純屬多余；再合K3，整個切換時間遠大于圖4電源故障治理策略示意圖

KO開斷時間（即晃電時間），用大于晃電時間的操作治理晃電，不符合邏輯。

尤其是對于故障點d2，對母線來說，屬負荷故障，快切還不能動作，母線上的負荷還是要承受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，異步電動機在電壓恢復(fù)時刻的“二次沖擊"卻是造成大面積停電事故的根本原因。

針對這一客觀物理現(xiàn)象，減小異步電動機的“二次沖擊"，避免電機在二次沖擊期間停機事故的發(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！

圖5中可以看出，將“晃電期間"壓縮到“原事故點" (20ms時刻）之前即可避免變頻器及低壓負載等設(shè)備停運事故的發(fā)生，而且實際運行經(jīng)驗證明，只要在短路后第一個大半波（小于20ms）之內(nèi)將短

路故障隔離，就可以將異步電動機的“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，對于造成內(nèi)網(wǎng)晃電的短路故障點d4，采取兩頭治理的策略：一頭是在故障點的電源側(cè)，即母線支路開關(guān)的位置，采用“母線殘壓保持裝置" (AMY-ZRD)簡稱“母保''（圖6中綠色的模劌，來快速隔離故障點對母線電壓的影響，保障母線對其它非故障支路的連續(xù)供電；另一頭是在故障點的負荷側(cè)，采用“快速斷路器及快速切換裝置" ()M (S)簡稱“快切"（圖6中藍色和紫色的模塊），將故障點以下的負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。這樣可以將故障點徹底地從系統(tǒng)中孤立出去，去除故障點的負面影響，最大限度地保障系統(tǒng)對所有負荷的供電連續(xù)性！

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

快速阻隔非故障支路異步電動機向短路故障點衰減磁場能量的通路，減小電源恢復(fù)時異步電動機的二次沖擊，避免大面積停機事故。

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"快速開關(guān)，以達到快速隔離本支路的短路故障點對電源（母線）電壓的影響，切斷非故障支路異步電動機磁場能量的衰減通路，抬升母線殘壓，減小電源恢復(fù)時異步電動機的二次沖擊，保障電源（母線）對其它非故障線路連續(xù)正常供電目的的高阻抗自動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（簡稱“母保"，型號AMY-ZRD)，裝置夕卜形為開關(guān)柜形式，適用于新建和改造項目。

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

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

當(dāng)發(fā)生短路故障d時，AMY-ZRD控制器通過電流互感器測到短路電流，經(jīng)“短路故障快速判斷算法"判斷出故障，立即發(fā)出母保開關(guān)分閘指令，將母保阻抗投入線路，補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，保障母線對其它未發(fā)生短路故障的支路連續(xù)供電。

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