技术研究报告(电气系统无扰动切换技术)

中国石油庆阳石化分公司

电气系统无扰动切换技术在庆阳石化公司

变电所中的应用技术研究报告

庆阳石化公司

二〇一一年七月

目 录

第一节 概述 .......................................... 3

第二节 技术路线和方案论证 ............................. 4

第三节

第四节

第五节

第六节

第七节

第八节

第九节

第十节

主要解决的技术问题和技术关键 .................... 5 研究结论与技术创新点 ........................... 6 总体性能指标与国内外同类先进技术的比较........... 7 技术成熟程度 ................................... 8 经济社会效益分析和对科技进步的意义 ............. 11 推广应用的条件和前景 .......................... 12 存在的问题 .................................... 13 知识产权状况 .................................. 15

第一节概述

中国石油庆阳石化公司300万吨搬迁改造集中加工项目电气系统采用的无扰动切换技术是由中国石油华东勘察设计研究院设计，本技术为上海合富共展开发的专利技术，其目的旨在提高配电系统抗“晃电”能力。

第二节 技术路线和方案论证

一、技术路线

在供电电源出现故障后，装置根据电压的幅值、相角、频率及电流的幅值及突变量等在不同故障类型（如：区内故障、本回路主供电回路故障、相邻供电回路故障以及远方失电等）中表现的差异，快速判断出故障发生的区间，并根据故障发生的区间和故障类型进行相应的处理，确保在装置启动切换时母线电压还维持较高，电机转速下降不大。

下图所示为一典型的母线电压衰减特性和可能的切换位置。整个母线电压衰减特性可以有快速切换、同相切换、残压切换、长延时切换四个时间窗口（即四次切换机会），首次同相切换作为快速切换的后备；残压切换作为快速切换、同相切换远后备；长延时切换作为快速切换、同相切换、残压切换总后备。因而，切换可靠性极高，安全性极高。

2. 成熟度和水平

无扰动切换装置在同行业中已得到广泛应用，技术成熟，使用可靠。

二、方案论证

当电源系统由于种种原因出现波动（晃电）时，无扰动稳定控制装置快速启动实现快切切换，母线残压保持较高值，冲击电流小，同时设备是安全的。由于速度快，在低电压保护动作前，母线电压已经恢复，10kV 和0.4kV 设备不失压，因而，系统将实现无扰动切换，生产不会受到任何影响。

第三节 主要解决的技术问题和技术关键

电力供应的不间断是国民经济各领域正常运作的重要保证，电力系统的发展和技术进步正是沿着这一目标行进。保证供电不间断有赖于电力生产、输送的各环节，电气系统无扰动切换装置就是一项重要技术措施。

电气系统无扰动切换是保证供电可靠性的重要装置，何谓供电可靠性？恐怕不能认为负荷失去一个电源能再获得一个新电源就是保证供电可靠性，供电可靠性应理解为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，能最大限度地继续进行正常生产。但是当今流行的备自投做不到，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要投到故障点上，和工作电源不要向备用电源倒送电，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，照明负荷占的比例很小，而主要是电动机负荷，例如泵、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。例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，人们要耗费大量的时间及付出可观的代价才能恢复生产。所以备自投的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，置换工作电源后不致于因过载而跳闸，即备自投具有备用电源投入前自动联切负荷的功能。

第四节 研究结论与技术创新点

一、研究结论

备用电源替续控制系统是工业企业生产过程中不可或缺的安全自动装置，其主要功能是在工作电源失去时，快速投入备用电源，以实现不破坏生产过程的工艺流程，把因停电造成的损失减到最小，甚至为零。过去那种只追求备用电源能够投上，不顾生产过程损失有多大的备自投应尽快淘汰。我们将自动同期技术；备用电源快速切换技术；涌流抑制技术；远方通讯技术及负荷在线监控技术有机地结合起来，我厂应用的电气系统无扰动切换技术，从根本上提高了工业企业供电的可靠性。

二、技术创新点

现在主流的备用电源替续控制系统在沿用古老的备自投设计原则：即为了保证备用电源不要投到故障点上，和工作电源不要向备用电源倒送电，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。为保证生产过程的连续性，备用电源应在临界电压之前投入。这样很多工业企业的电动机电源接触器也不再会有因备用电源投入过慢而出现所谓“晃电”的问题，电动机就不会自动跳闸。 我厂使用的TPM-300电气系统无扰动切换技术正式解决了这一问题。

第五节 总体性能指标与国内外同类

先进技术的比较

一、指标

石化行业是连续性生产企业，工艺和安全声场要求流程的连续性，任何电源波动，确保交流接触器不异常释放条件下（即确保对生产和工艺流程重要的开关不异常断开），作业企业动力的供电系统出现异常时（如：系统晃电、保护动作、失电脱扣、开关偷跳、系统联跳等），系统应迅速断开异常的供电回路，快速投入备用电源，保证母线段供电不中断（或母线不失压或极短时间失压），即确保电气设备不因供电系统异常停止运转，确保整个工艺生产流程的连续，安全运行（即整个工艺生产流程不中断），即保证整个工艺生产流程过程无任何扰动，实现系统的无扰动供电。

二、比较

1、国外

TPM-300系列无扰动供电系统在产品制造与配套方面，不断采用国外的新器件、新产品，使得公司的技术水平，产品工艺均走在同行业前列。

2、国内

TPM-300型无扰动稳定控制装置采用双CPU ，分别完成测量、逻辑和切换等主要功能，以及完成显示、通信、打印等辅助功能，主从CPU 间进行数据交换。主从CPU 分工协调，既保证了切换可靠性和切换速度，又保证了配置的灵活性。同时采用了大容量的存储芯片以及

可编程逻辑芯片，同时装置采用了整面板、整背板新型结构设计，交、直流分开，开关量输入和输出部分均采用光电隔离技术，提高了装置的整体可靠性和安全性。在国内处于同行业领先水平。

第六节 技术成熟程度

由于电网供电的稳定性很难快速得到提高，目前企业仅能从增加进线回路数来进行弥补，一般不少于两路进线，最好能够大于两路，最好有一路来自不同的变电站，进线的电压等级较高为佳，系统的稳定性也较高，最好在一条供电线路上不同时向其他用户供电，以免其他的用户事故影响到本企业，

6KV 及以上电压等级中的备自投的TPM-300型无扰动稳定控制装置，实现馈线一低，馈线一高，馈线二低，馈线二高、母联多开关之间的快速切换。400V 电压等级中的备自投可用TPM-310型无线扰动稳定控制装置，实现多开关之间的快速切换。100ms 内实现切换完成，确保母线电压不下降，低电压保护不启动，交流接触器部脱扣，同时防止师傅切换中俩电源并列合环，工艺流程正常、连续、平稳运行，实现系统无扰动供电。

第七节 经济社会效益分析和对科技

进步的意义

电力系统常规的备用电源自动投入装置因存在时间极差配合，往往不能满足连续生产装置对供电的要求，无扰动切换装置以多重判据组合为依据，实现无时差配合、无扰动切换，使供电的可靠性、连续性得到提高，使装置抗“晃电”及抗故障能力得到改善。在雷击、故障等原因引起的“系统震荡”或“晃电”时确保工艺装置可靠连续运行，防止“晃电”造成工艺装置停车事故，提高配电系统抗“晃电”能力。

第八节 推广应用的条件和前景

一、条件

本装置在中国石化广石化催化重整工程、中国石化天津石化100万吨/年乙烯项目、中国石油辽河石化分公司等同类企业得到成功应用，效果较明显。在地区电网条件较差的企业，该装置的应用可提高配电系统抗“晃电”能力，降低或预防“晃电”对企业造成损失，具有较好的推广前景。

二、前景

电气无扰动切换系统是供配电系统必须的保护之一，是大型企业不可或缺的装置，可以充分的保证供电的可靠性，虽然现在该系统只应用在石化、冶金、制药、煤炭等连续性要求较高的大型企业。但对于一些中小企业来说，安装电气无扰动切换系统也是具有一定实际效果的，它可以有效的避免一些因供电问题而产生的停工停产现象，从而提高产量，增加经济效益。所以电气无扰动切换系统具有广阔的市场前景

第九节 存在的问题

系统晃电问题不管仅采用何种控制装置都不能完全解决。因此需要采用系统解决方案，才能达到对工艺流程和安全生产无扰动的效果。

1、当发生区内故障时，不管何种控制装置都不动作，只能等待故障的切除，对于400V 保护配置为熔断器加交流接触器模式，而熔断器断开回路时间往往大于100ms ，即发生400V 短路故障时，及时正确切除故障。本段母线上其他交流接触器因失压时间过长而脱扣，生产的工艺流程已经至少部分异常中断。

2、动作过程自身需要时间：在事故切换过程中为防止事故的扩大，严禁合环的可能型，因此只能采用串联切换方式，而串联切换时间为分闸时间加合闸时间，一般都大于交流接触器失电脱扣时间。即晃电情况下即使动作成功，大部分交流接触器已经释放，生产的工艺流程已经中断。

3、短暂电源波动与较长光电处理：区外故障切除一起的电源短暂波动，考虑系统的稳定性，此时装置一般不启动切换，而晃电时，装置无论采用何种原理都无法判断区外故障类型，即判断时间大于区外故障切除时间，此时不管采用何种控制方式，整个动作时间已经大于100ms ，即使且切换成功大部分交流接触器已经释放，已经没有实际意义。

4、由于系统异常引起的同步电机失步、失磁、低电压保护动作，从而导致重要负荷同步电机推出运行，以至于生产的工艺流程已经至

少部分异常中断。

第十节 知识产权状况