張海平

摘 要：工廠供電系統(tǒng)是化工企業(yè)十分重要的組成部分，隨著化工企業(yè)的快速發(fā)展，技術(shù)的不斷更新和提高，對(duì)電力系統(tǒng)也提出更高的新的要求，如何提高供電系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性及供電系統(tǒng)的質(zhì)量成了電力系統(tǒng)所面臨的新挑戰(zhàn)?；谶@樣一個(gè)背景，文章將重點(diǎn)介紹一種能夠在非正常運(yùn)行狀態(tài)或事故狀態(tài)下快速切換的裝置——TPM-300（310）無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)與非正常運(yùn)行狀態(tài)下的快速切換功能。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；可靠性；快速切換

1 文章研究的背景和基本內(nèi)容

化工、煤炭、冶金、制藥等是連續(xù)生產(chǎn)型企業(yè)，工藝和安全生產(chǎn)要求流程的連續(xù)性，任何電源波動(dòng)要確保交流接觸器不異常釋放（即確保對(duì)生產(chǎn)和工藝流程重要的開關(guān)不異常斷開）。作為企業(yè)動(dòng)力的供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)（如：系統(tǒng)晃電、保護(hù)動(dòng)作、失壓脫扣、開關(guān)偷跳、系統(tǒng)聯(lián)跳等），系統(tǒng)應(yīng)迅速斷開異常的供電回路，快速投入備用電源，保證母線段供電不中斷（或母線不失壓或極短時(shí)間失壓），即確保電氣設(shè)備不因供電系統(tǒng)異常停止運(yùn)轉(zhuǎn)，確保整個(gè)工藝生產(chǎn)流程的連續(xù)、安全運(yùn)行（即整個(gè)工藝生產(chǎn)流程不中斷），保證整個(gè)工藝生產(chǎn)流程過程無任何擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無擾動(dòng)穩(wěn)定控制。文章以神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限公司煤炭化學(xué)工業(yè)分公司烯烴公司甲醇制丙烯項(xiàng)目年產(chǎn)50萬噸聚丙烯裝置為例，介紹快速切換裝置——TPM-300（310）無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置在化工企業(yè)中的具體應(yīng)用。

1.1 系統(tǒng)存在的問題

電力系統(tǒng)中安裝有大量的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等設(shè)備，供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，目前由于電網(wǎng)龐大，受自然環(huán)境影響較大；設(shè)備多，故障的概率較高，易出現(xiàn)供電短時(shí)間中斷現(xiàn)象，同時(shí)我國(guó)電網(wǎng)優(yōu)先保證電網(wǎng)的穩(wěn)定，因此電壓等級(jí)越低，出現(xiàn)供電短時(shí)間中斷（晃電）的概率越高，對(duì)用電企業(yè)影響越大；電網(wǎng)的供電回路越少，對(duì)企業(yè)影響越大。化工、冶金企業(yè)中壓供電系統(tǒng)一般為不接地系統(tǒng)，但是由于系統(tǒng)大，系統(tǒng)電容電流大，雖然安裝消弧線圈，但是發(fā)生單相接地后，往往迅速發(fā)展為多相短路，母線電壓迅速波動(dòng)；同時(shí)由于生產(chǎn)工藝的需要，系統(tǒng)中裝有大容量的整流變壓器，產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)控制設(shè)備造成干擾，設(shè)備故障率增加，從而造成供電系統(tǒng)異常波動(dòng)，極易造成交流接觸器非正常分開，生產(chǎn)工藝流程將出現(xiàn)中斷。

1.2 解決方案

由于電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性很難快速得到提高，以前該企業(yè)僅能從增加進(jìn)線回路數(shù)來彌補(bǔ)，使用2路進(jìn)線，其中一路進(jìn)線來自蔣家南變電站，另一路進(jìn)線來自徐家莊變電站。但是，從現(xiàn)在系統(tǒng)的運(yùn)行情況來看，僅從增加進(jìn)線電源數(shù)量上來解決供電系統(tǒng)的安全、可靠性，還是不能滿足企業(yè)的實(shí)際要求，因此文章提出了另一種方法，能夠更好地解決上述問題，即：給供電系統(tǒng)增加無擾動(dòng)快速切換裝置。其中6kV及以上電壓等級(jí)使用TPM-300系列無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置，實(shí)現(xiàn)電源之間的無擾動(dòng)切換；400V電壓等級(jí)使用TPM-310系列無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置，實(shí)現(xiàn)多開關(guān)之間的同期切換，確保母線電壓不下降，低電壓保護(hù)不起動(dòng)，交流接觸器不脫扣，工藝流程正常、連續(xù)、平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無擾動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 快切裝置的概述及實(shí)際應(yīng)用

2.1 主要功能

（1）根據(jù)斷路器的狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別是運(yùn)行于雙進(jìn)線的方式或是雙進(jìn)線加母聯(lián)的方式；（2）正常情況下實(shí)現(xiàn)母聯(lián)至進(jìn)線一、母聯(lián)至進(jìn)線二的人工切換；（3）故障情況下實(shí)現(xiàn)進(jìn)線一、進(jìn)線二與母聯(lián)之間的切換；（4）低電壓、高低壓側(cè)聯(lián)跳、開關(guān)偷跳、保護(hù)起動(dòng)等引起的切換；（5）故障切換時(shí)起動(dòng)合閘對(duì)象分支后加速保護(hù)功能；（6）串聯(lián)、并聯(lián)、同時(shí)三種切換方式可供選擇；（7）快速、同相、殘壓等合閘方式；（8）斷線報(bào)警；（9）裝置提供保護(hù)閉鎖、故障閉鎖、開位異常閉鎖等多種閉鎖功能；（10）事故記錄、打印及完善的錄波功能；（11）標(biāo)準(zhǔn)的通訊方式和對(duì)時(shí)功能。

2.2 切換方式

2.2.1 運(yùn)行方式

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限公司煤炭化學(xué)工業(yè)分公司烯烴公司甲醇制丙烯項(xiàng)目年產(chǎn)50萬噸聚丙烯裝置35/6kV變電站運(yùn)行方式是：雙進(jìn)線單母線分段運(yùn)行方式，即：雙進(jìn)線斷路器均為合閘狀態(tài)，母聯(lián)斷路器為分閘狀態(tài)（熱備狀態(tài)），兩進(jìn)線分列運(yùn)行，不允許三個(gè)斷路器同時(shí)合閘的運(yùn)行方式。

2.2.2 切換條件

TPM系列無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置的一個(gè)重要的特性是起動(dòng)后，在保證系統(tǒng)安全的前提下，以最短的時(shí)間進(jìn)行切換，而且切換中不會(huì)對(duì)用戶帶來任何危險(xiǎn)。為此，裝置必須對(duì)電壓的幅值、頻率差、相角差滿足以下條件：

Ψ<Ψmax 相角差 （1）

該相角差指母線電壓和備用進(jìn)線電壓之間的相角差。

△f<△fmax 頻率差 （2）

母線電壓和備用進(jìn)線電壓的頻率差也應(yīng)確定下來。

通常的界值時(shí)1Hz，

Uby>Ubymim 備用電源電壓 （3）

2.2.3 就緒條件

無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置的一個(gè)特別重要的特性是連續(xù)跟蹤計(jì)算同步判據(jù)的條件。當(dāng)以下條件滿足時(shí)，約10秒后無擾動(dòng)切換裝置自動(dòng)進(jìn)入就緒狀態(tài)。

（1）雙進(jìn)線加母聯(lián)的配置方式

進(jìn)線一/二 ——→ 母聯(lián)

√母線Ⅰ段（3PT）、母線Ⅱ段（4PT）電壓正常；

√1DL合、3DL合、5DL分、4DL合、2DL合。

（2）雙進(jìn)線配置方式

進(jìn)線一 ——→ 進(jìn)線二

√母線（3PT/4PT）、備用進(jìn)線（2PT）電壓正常；

√1DL合、3DL合、5DL合、4DL分。

進(jìn)線二 ——→ 進(jìn)線一

√母線（3PT/4PT）、備用進(jìn)線（1PT）電壓正常；

√2DL合、4DL合、5DL合、3DL分。

2.2.4 切換邏輯

根據(jù)不同的起動(dòng)方式，裝置有串聯(lián)、同時(shí)、并聯(lián)三種切換邏輯。（1）串聯(lián)切換：串聯(lián)切換是先分后合的切換方式。（2）同時(shí)切換：同時(shí)切換是同時(shí)對(duì)兩個(gè)斷路器分別發(fā)分合閘命令的切換方式。（3）并聯(lián)切換：并聯(lián)切換是先合后分的切換方式。

2.2.5 正常切換

正常切換指系統(tǒng)正常工作時(shí)，人工切換進(jìn)線、母聯(lián)開關(guān)。

2.3 合閘原理

2.3.1 快速合閘

在切換起動(dòng)瞬間，如母線殘壓和備用電源電壓的參數(shù)在定值范圍以內(nèi)則可進(jìn)行快速合閘，即母線殘壓和備用電源電壓之間的相角差、頻差在定值范圍之內(nèi)。

2.3.2 同相合閘

首先，有故障的進(jìn)線斷路器應(yīng)立即分閘，與其相連的用電設(shè)備上的電壓按其自身的特性曲線衰減。其次，存在一系列可能滿足同相合閘判據(jù)的合閘時(shí)刻點(diǎn)。

2.3.3 殘壓合閘

殘壓合閘指當(dāng)母線電壓衰減到20%-40%額定電壓后實(shí)現(xiàn)的合閘。

3 結(jié)束語

文章介紹了一種新的解決工廠供電系統(tǒng)安全、可靠性的方法，即：給進(jìn)線電源增加無擾動(dòng)快速切換裝置，無論是在正常運(yùn)行狀態(tài)還是非正常運(yùn)行狀態(tài)下都能夠快速、安全、可靠的在進(jìn)線一、進(jìn)線二和母聯(lián)三者之間進(jìn)行切換，這將大大地提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，很好地解決了由于供電系統(tǒng)晃點(diǎn)、故障等因素導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，最終導(dǎo)致裝置停車的現(xiàn)象。從而為企業(yè)的長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行提供了良好條件，同時(shí)也大大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展提供了保障。