AMY-ZRD母線殘壓保持(chi)裝置

如圖1所示，內(nei)部電(dian)(dian)(dian)網（簡稱“內(nei)網"）總降(jiang)(jiang)母線(xian)上(shang)某條支路(lu)(lu)發生短路(lu)(lu)故障d，母線(xian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)出現驟降(jiang)(jiang)一(yi)(yi)一(yi)(yi)在(zai)斷路(lu)(lu)器K切除(chu)該故障支路(lu)(lu)之前(qian)，母線(xian)上(shang)所有的(de)(de)負荷將一(yi)(yi)直處于(yu)(yu)低(di)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)工況一(yi)(yi)一(yi)(yi)短路(lu)(lu)故障切除(chu)后，電(dian)(dian)(dian)壓(ya)才開始恢(hui)復(fu)，由于(yu)(yu)異步電(dian)(dian)(dian)動(dong)機群磁(ci)場重建(jian)的(de)(de)二次沖擊電(dian)(dian)(dian)流會延緩母線(xian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)恢(hui)復(fu)時間，這個母線(xian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)從驟降(jiang)(jiang)直至(zhi)恢(hui)復(fu)到額定電(dian)(dian)(dian)壓(ya)70％以上(shang)的(de)(de)短暫(zan)低(di)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)供電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)“電(dian)(dian)(dian)壓(ya)凹(ao)陷"現象，稱為(wei)“晃電(dian)(dian)(dian)"！

晃(huang)電(dian)(dian)是否給企(qi)業造(zao)成(cheng)停產損失，取(qu)決于母線上負荷是否能成(cheng)功(gong)實現低電(dian)(dian)壓故(gu)障(zhang)穿越(yue)，即負荷對低電(dian)(dian)壓的(de)忍(ren)耐時間(jian)與晃(huang)電(dian)(dian)時間(jian)的(de)博弈結果(guo)！

晃電(dian)(dian)時(shi)間(jian)(jian)包括(kuo)：繼電(dian)(dian)保護判(pan)斷時(shi)間(jian)(jian)、斷路(lu)器固有分閘時(shi)間(jian)(jian)、燃弧時(shi)間(jian)(jian)和電(dian)(dian)壓恢復時(shi)間(jian)(jian)之和，一般要超(chao)過80ms，甚至更長。

從(cong)圖2的時(shi)序圖就可(ke)以(yi)看(kan)出：中、低(di)壓(ya)的變頻器和低(di)壓(ya)系(xi)統的繼電器、接觸(chu)器、電磁閥等，忍(ren)耐極限一般(ban)就只有20、30ms，必然穿(chuan)越失敗。但是，可(ke)以(yi)通過采用一些附加設備或軟件優化的方法，延長這些設備對低(di)電壓(ya)的忍(ren)耐時(shi)間(jian)，實(shi)現低(di)電壓(ya)穿(chuan)越“

然(ran)而，問題的(de)(de)要點(dian)不(bu)在(zai)這，中、低(di)(di)壓系統(tong)斷路(lu)(lu)(lu)器的(de)(de)控制(zhi)電源(yuan)為直(zhi)流，不(bu)會因交(jiao)流系統(tong)的(de)(de)低(di)(di)電壓而跳(tiao)閘，因此它們所控制(zhi)的(de)(de)異(yi)步電動機在(zai)低(di)(di)電壓期間貝刂一直(zhi)在(zai)網，并以發電方式向短路(lu)(lu)(lu)故(gu)障點(dian)反饋輸(shu)出短路(lu)(lu)(lu)電流，直(zhi)到繞組內的(de)(de)磁場衰減完畢或短路(lu)(lu)(lu)故(gu)障點(dian)被切除，此過(guo)程為電機的(de)(de)“一次(ci)沖擊(ji)"；一般(ban)異步電(dian)動(dong)機的繞組短路(lu)衰減(jian)時間常數T為30、40ms左(zuo)右，就是(shi)說只要(yao)內網(wang)短路(lu)故障持(chi)續3r左(zuo)右的時間，電(dian)機的磁場就會衰減(jian)殆盡(jin)，變成(cheng)掛在網(wang)上(shang)減(jian)速旋轉的鐵(tie)疙瘩“ ·

當(dang)短(duan)路故障點被斷路器K切除時(shi)刻，母線電(dian)(dian)(dian)壓(ya)進入恢復期(qi)，所有在(zai)網的(de)異(yi)步電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)同時(shi)重建磁(ci)場，此時(shi)電(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)的(de)軟啟動(dong)裝置都處于(yu)(yu)退(tui)出狀態(tai)，實際上就是“電(dian)(dian)(dian)機(ji)群直(zhi)接啟動(dong)"，啟動(dong)伊始要(yao)向電(dian)(dian)(dian)網索取相(xiang)當于(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)群額(e)定(ding)電(dian)(dian)(dian)流總和(he)5、7倍的(de)無功(gong)電(dian)(dian)(dian)流，形成強烈的(de)電(dian)(dian)(dian)流沖擊，此過程(cheng)稱為電(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)“二次(ci)沖擊”。

二(er)次(ci)沖擊(ji)電(dian)流(liu)在該系(xi)統(tong)變壓器和(he)線(xian)路的(de)(de)(de)(de)(de)阻抗上會形成較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)壓降，降低(di)了(le)電(dian)動機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)端電(dian)壓，致使電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)磁轉(zhuan)矩(ju)不(bu)足，影響了(le)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)恢復(fu)，并增加了(le)過(guo)(guo)流(liu)時間，客觀上延(yan)緩了(le)母(mu)線(xian)電(dian)壓的(de)(de)(de)(de)(de)恢復(fu)過(guo)(guo)程(cheng)，也就(jiu)是(shi)電(dian)動機(ji)磁場重(zhong)建的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)。只要當(dang)造成沖擊(ji)電(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)機(ji)群總容(rong)量達到本系(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)容(rong)量的(de)(de)(de)(de)(de)40以上時，母線電(dian)(dian)壓極易低(di)于(yu)70％（電(dian)(dian)磁(ci)轉矩小(xiao)于(yu)50％），一旦(dan)這些電(dian)(dian)機(ji)(ji)處于(yu)額(e)定(ding)負載(zai)狀(zhuang)態，必然導致(zhi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)群(qun)失穩（詳(xiang)見《電(dian)(dian)機(ji)(ji)學》中關(guan)于(yu)“電(dian)(dian)磁(ci)轉矩"的相(xiang)關(guan)論述(shu)）停轉，最終使該系統崩(beng)潰。

這就(jiu)是(shi)，即使斷路(lu)器(qi)K成功地(di)切除了內(nei)網短路(lu)故障，還是經常會發生大面積停(ting)機事故的根本(ben)原因！

如圖3，在(zai)需要保護的(de)母線的(de)每條出線串(chuan)聯支(zhi)路電抗器，用以抬升支(zhi)路短路故障(dl)時的(de)母線剩余電壓(ya)，保障供電。

支路電(dian)抗(kang)器(qi)方案也(ye)存在(zai)一(yi)定的(de)問題，尤(you)其是當電(dian)抗(kang)器(qi)進線側(ce)電(dian)纜頭(tou)故(gu)障時（如圖3所示d2點），電抗(kang)器反(fan)而起(qi)不到保障(zhang)母線供電的作用！

這是目前針對(dui)內網(wang)晃電的(de)典型設計。

“防晃電(dian)模(mo)塊"是針對繼電(dian)器、接觸器，在晃電(dian)時(shi)延長線包(bao)保(bao)持時(shi)間的一種(zhong)低(di)壓系(xi)統的解決方案，達到晃電(dian)時(shi)不跳閘的效果“一·可是無法解決異步電(dian)機的“二次沖(chong)擊"問(wen)題。

“

因此，為了避免二次沖擊，不得不有選擇地使用防晃電(dian)模塊，先接(jie)受部分跳閘的事(shi)實(shi)，事(shi)故(gu)后利用分批延時重啟繼電(dian)器"，將跳(tiao)閘的(de)(de)負(fu)荷，根據工藝(yi)特點、容量大(da)(da)小預先分組，在跳(tiao)閘后自動分批重(zhong)啟(qi)，以期盡快恢復生(sheng)產。該方案不僅要求熟悉生(sheng)產工藝(yi)，而且接線復雜，實際操作難度(du)大(da)(da)并且，由于模塊本身的(de)(de)可靠(kao)性低于被保護對象的(de)(de)可靠(kao)性，又衍生(sheng)出更多的(de)(de)故障。

這兩種方(fang)案只(zhi)針對低(di)壓系(xi)統，并不(bu)能解決中壓系(xi)統的晃電問題。

有時將電(dian)源(yuan)開路故障(zhang)（K偷跳）片(pian)面地(di)認為就(jiu)是“晃電"，因此提出了一種“快(kuai)切"解決方案(an)(an)，即針對(dui)電源開(kai)路故障(zhang)的“備自(zi)投" 控制器(qi)；對(dui)短路故障(zhang)dl可(ke)能引發的二次沖擊問題，則(ze)主張跳掉一部分(fen)負荷，再分(fen)批延(yan)時重(zhong)啟(qi)。指導思想與上(shang)述方案(an)(an)有(you)類(lei)似的不足之處。

關鍵是(shi)，此“快切"方案(an)僅(jin)提供(gong)控制器，而Kl一3還是(shi)采用普通斷

路器，當KO切除dl故障點時(shi)刻，也就是Kl開斷時(shi)刻，電源已經(jing)

恢復正常，Kl斷開純(chun)屬(shu)多余；再合K3，整個切(qie)換時間遠(yuan)大于(yu) 圖4電源(yuan)故(gu)障治理(li)策略示意(yi)圖

KO開斷時間（即(ji)晃電(dian)時間），用大于晃電(dian)時間的操作治理(li)晃電(dian)，不符(fu)合(he)邏輯。

尤其是(shi)對于故障點d2，對母(mu)線來(lai)說，屬負(fu)荷故(gu)障，快切還不能動作，母(mu)線上的負(fu)荷還是要承受d2故(gu)障的影響。因此(ci)，治(zhi)理(li)晃電，單方面考慮快切策(ce)略，還顯不足。

變(bian)頻(pin)器(qi)、接觸(chu)器(qi)等都有抗晃(huang)電治理辦法(fa)，但是(shi)，異步電動機在(zai)電壓恢復時(shi)刻的(de)“二次沖擊"卻是(shi)造成大面積(ji)停(ting)電事故的根(gen)本原因。

針對這一客觀物理現象，減小異步電動機的(de)“二次(ci)沖擊"，避免電(dian)機在二次(ci)沖擊期間停機事故(gu)的(de)發生，是治理晃電(dian)的(de)方向。

停產即(ji)事故！必須在事故發生(sheng)前完成治理。

因此，縮(suo)短晃(huang)電(dian)時間一一在事故即將發生前就提前結(jie)束晃(huang)電(dian)是治理(li)的要點！

圖5中可(ke)(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，將“晃電期間(jian)"壓縮到“原事故點(dian)" (20ms時刻）之(zhi)前即可(ke)(ke)避免變頻(pin)器及低壓負載(zai)等設備停(ting)運事故的發生，而且實際運行經(jing)驗證(zheng)明，只要在短(duan)路后第一(yi)個大半波（小于20ms）之(zhi)內將短(duan)

路故障隔離(li)，就可以將異步電(dian)動機的“二次沖(chong)擊(ji)"電(dian)(dian)流限制(zhi)到2倍左{毫秒(miao)}右額定(ding)電(dian)(dian)流以內，避免電(dian)(dian)機失穩，確保生產(chan)的(de)連續(xu)性。

因此，20ms之內完成(cheng)(cheng)“故障判(pan)斷"和“執行操(cao)作"的“快速(su)"設(she)備，是(shi)成(cheng)(cheng)功治理晃電(dian)的物(wu)質基礎，尤其是(shi)用(yong)2ms內分閘的“電(dian)磁斥力"快速(su)斷路器并與(yu)之成(cheng)(cheng)套的母(mu)線殘壓保持裝置()M (R)和快(kuai)速斷路器及快(kuai)速切換裝(zhuang)置()M (S)，是綜合治理晃電的重要設備(bei)。

如圖6所示，對于造(zao)成內網晃電(dian)的(de)短路(lu)故(gu)障點d4，采取兩頭治理的(de)策(ce)略：一頭是在故(gu)障點的(de)電(dian)源側，即母(mu)線(xian)支路(lu)開關的(de)位置(zhi)，采用“母(mu)線(xian)殘壓保持裝置(zhi)" (AMY-ZRD)簡稱“母(mu)保(bao)''（圖(tu)6中(zhong)綠色(se)的(de)(de)模劌，來(lai)快(kuai)速(su)隔離故障(zhang)(zhang)(zhang)點(dian)對(dui)(dui)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，保(bao)障(zhang)(zhang)(zhang)母(mu)線(xian)對(dui)(dui)其(qi)(qi)它非故障(zhang)(zhang)(zhang)支路(lu)的(de)(de)連(lian)續(xu)供電(dian)；另一頭是在故障(zhang)(zhang)(zhang)點(dian)的(de)(de)負(fu)(fu)荷(he)側，采用“快(kuai)速(su)斷(duan)路(lu)器(qi)及快(kuai)速(su)切(qie)換(huan)裝置" ()M (S)簡稱“快(kuai)切(qie)"（圖(tu)6中(zhong)藍色(se)和紫色(se)的(de)(de)模塊），將故障(zhang)(zhang)(zhang)點(dian)以(yi)(yi)下的(de)(de)負(fu)(fu)荷(he)切(qie)換(huan)到備用段電(dian)源或電(dian)壓(ya)已經被“母(mu)保(bao)"恢復的(de)(de)本段其(qi)(qi)它支路(lu)的(de)(de)電(dian)源上。這樣可以(yi)(yi)將故障(zhang)(zhang)(zhang)點(dian)徹底地從系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)孤立出去，去除故障(zhang)(zhang)(zhang)點(dian)的(de)(de)負(fu)(fu)面影(ying)響(xiang)，最大限(xian)度(du)地保(bao)障(zhang)(zhang)(zhang)系(xi)(xi)統(tong)對(dui)(dui)所有負(fu)(fu)荷(he)的(de)(de)供電(dian)連(lian)續(xu)性！

快(kuai)速隔離本(ben)支(zhi)路的短(duan)路故障(zhang)點對(dui)(dui)母線(xian)電(dian)(dian)壓(ya)的影響，抬升母線(xian)殘壓(ya)，保障(zhang)母線(xian)對(dui)(dui)非故障(zhang)支(zhi)路負(fu)荷的連續(xu)正常供電(dian)(dian)。

快速阻隔非故障支路異步(bu)電動機(ji)向短(duan)路故障點衰減磁場能量(liang)的通(tong)路，減小(xiao)電源恢復時異步(bu)電動機(ji)的二次(ci)沖擊(ji)，避免大面積停機(ji)事故。

一種以“短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)快速判斷技術(shu)'為控制基(ji)礎的，基(ji)于“電(dian)磁斥(chi)力"快速開關，以達到快速隔離本支(zhi)路(lu)的短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)點對(dui)(dui)電(dian)源(yuan)（母(mu)線(xian)(xian)）電(dian)壓(ya)的影響，切斷非(fei)故(gu)障(zhang)支(zhi)路(lu)異步電(dian)動(dong)機磁場能量的衰減(jian)通路(lu)，抬升母(mu)線(xian)(xian)殘壓(ya)，減(jian)小(xiao)電(dian)源(yuan)恢復時(shi)異步電(dian)動(dong)機的二次沖(chong)擊，保(bao)(bao)障(zhang)電(dian)源(yuan)（母(mu)線(xian)(xian)）對(dui)(dui)其(qi)它(ta)非(fei)故(gu)障(zhang)線(xian)(xian)路(lu)連續正(zheng)常供電(dian)目的的高阻抗(kang)自動(dong)投(tou)切的短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)隔離設備，稱(cheng)為母(mu)線(xian)(xian)殘壓(ya)（剩余(yu)電(dian)壓(ya)）保(bao)(bao)持裝置（簡(jian)稱(cheng)“母(mu)保(bao)(bao)"，型號AMY-ZRD)，裝(zhuang)置夕卜形為開關柜形式，適用于新建和改造項目。

見圖(tu)9，典(dian)型(xing)的(de)AMY-ZRD裝置主要由母(mu)保(bao)(bao)開(kai)關(guan)、母(mu)保(bao)(bao)阻抗、母(mu)保(bao)(bao)控制器(qi)、切離(li)開(kai)關(guan)、電(dian)流互感器(qi)丶綜保(bao)(bao)、過(guo)電(dian)壓保(bao)(bao)護器(qi)、柜體及附件(jian)等組成，其中(zhong)母(mu)保(bao)(bao)開(kai)關(guan)為VSC快速開(kai)關(guan)，切離(li)開(kai)關(guan)為普通真空斷路器(qi)。

正常(chang)工作時，切(qie)離開(kai)關(guan)、母保開(kai)關(guan)處于(yu)合閘(zha)狀態(tai)；

當(dang)發生短路(lu)故障d時，AMY-ZRD控制器通(tong)過電流(liu)互感器測(ce)到短(duan)路電流(liu)，經“短(duan)路(lu)(lu)(lu)故障(zhang)快速判(pan)斷算(suan)法"判(pan)斷出(chu)故障(zhang)，立即發(fa)出(chu)母保(bao)(bao)開關分閘(zha)指令，將(jiang)母保(bao)(bao)阻抗投(tou)入(ru)線(xian)路(lu)(lu)(lu)，補償本支(zhi)路(lu)(lu)(lu)因短(duan)路(lu)(lu)(lu)而(er)損失(shi)的阻抗，將(jiang)本支(zhi)路(lu)(lu)(lu)電流從(cong)(cong)短(duan)路(lu)(lu)(lu)值限制到額定(ding)電流以內，從(cong)(cong)而(er)維持了母線(xian)的剩(sheng)余電壓，保(bao)(bao)障(zhang)母線(xian)對其(qi)它未發(fa)生短(duan)路(lu)(lu)(lu)故障(zhang)的支(zhi)路(lu)(lu)(lu)連續供電。

若故障點d被切(qie)除后(hou)(hou)(hou)，本支路負荷恢(hui)復(fu)，電流會發生至少50％的(de)變化，控制器(qi)立即發出(chu)母(mu)保開關(guan)合(he)閘的(de)指令(ling)，恢(hui)復(fu)本支路的(de)正常供電；若故障(zhang)點d切(qie)除失(shi)敗(bai)，控制器(qi)在(zai)故障(zhang)后(hou)(hou)(hou)200mS向切(qie)離開關(guan)發出(chu)分閘扌旨令(ling)，協助微(wei)機(ji)綜保實施后(hou)(hou)(hou)備保護(hu)(hu)動作(zuo)，并在(zai)300mS時命令(ling)母(mu)保開關(guan)合(he)閘，退出(chu)母(mu)保阻抗，完(wan)成一次母(mu)線殘壓(ya)保護(hu)(hu)功能操作(zuo)。

母保可在20ms以(yi)內轉換80以(yi)內的短路(lu)電流，并將其限制到本(ben)支路(lu)的額定電流以(yi)下(xia)，用(yong)在總降變(bian)電所，可使(shi)得(de)下(xia)級變(bian)斤在斷路(lu)器、電纜的設計選(xuan)型時節省(sheng)(sheng)大量投資；同(tong)時，主變(bian)的短路(lu)阻抗(kang)也可適(shi)當選(xuan)小(xiao)，避免使(shi)用(yong)高(gao)阻變(bian)，節省(sheng)(sheng)投資和運行(xing)損(sun)耗。

母(mu)保的限(xian)流作用(yong)，使(shi)得變壓器的限(xian)后短路(lu)電流相對限(xian)前短路(lu)電流下降(jiang)了N倍，電(dian)動力也就下降了(le)(le)N倍，客觀上降低了(le)(le)短(duan)路電(dian)流對(dui)變(bian)壓器的沖(chong)擊效應，可延長變(bian)壓器壽命。

在母(mu)聯處(chu)使(shi)用母(mu)保，可積極考慮采用并列(lie)運行(xing)方(fang)式(shi)；當(dang)發(fa)生短路故障時，母(mu)保在20ms之(zhi)內實現快速解(jie)列(lie)，圖氏短路容量，達到明顯的限(xian)流效果，并避免故(gu)障穿越現象發(fa)生。

母保裝(zhuang)置的(de)典型用法。

若本支(zhi)路有后備保護配合(he)需(xu)求，則選用阻(zu)抗型出線(xian)柜，阻(zu)抗型又分阻(zu)開(kai)式(shi)和(he)單阻(zu)式(shi)兩種型式(shi)，其中，阻(zu)開(kai)式(shi)較阻(zu)抗式(shi)多(duo)整(zheng)合(he)了—臺普(pu)通斷(duan)路器和綜(zong)保等元件，但節(jie)省(sheng)了—面(mian)開關柜，對現場空間有利，綜(zong)合造價有所降低(di)。

若本支路(lu)無后備保護(hu)配合(he)需求，如(ru)單負(fu)載或是降壓變等(deng)，則可選用直開型(xing)出(chu)線柜，具體見(jian)圖11。

母保裝置的折衷用法。

一般在(zai)總降出(chu)線處不便安裝，不得已安裝在(zai)開閉所(suo)的(de)進(jin)線處，實際(ji)上(shang)保護的(de)是總降的(de)（上(shang)級）母線電壓。

在開閉所進線處(chu)加裝(zhuang)母保，通常需(xu)考慮后備保護功能(neng)，因(yin)此，選用阻開式(shi)或(huo)單阻式(shi)的阻抗型進線柜。

改造項目中，系統已(yi)存在普(pu)通斷路器進(jin)線柜，建議采用單(dan)阻式(shi)進(jin)線柜；新建項目宜采用阻開(kai)式(shi)進(jin)線柜，具(ju)體見圖12。

在母(mu)(mu)聯處加裝(zhuang)母(mu)(mu)保，短路故障時，要(yao)求母(mu)(mu)聯柜快速(su)解列，因此(ci)采用(yong)直開式母(mu)(mu)聯柜，具體見圖13。

見圖14, 根據負(fu)(fu)荷(he)的工藝(yi)性質(zhi)，可分(fen)為“獨立重(zhong)要(yao)負(fu)(fu)荷(he)'、“工藝(yi)連鎖重(zhong)要(yao)負(fu)(fu)荷(he)＇和“非重(zhong)要(yao)負(fu)(fu)荷(he)",將這些(xie)負(fu)(fu)荷(he)分(fen)組成段，配置母保(bao)，可節約母保(bao)和斷路(lu)器(qi)投資。