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，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時間，這個母線電壓從驟降直至恢復到額定電壓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備或軟件優(yōu)化的方法，延長這些設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)上減速旋轉的鐵疙瘩“ ·

當短路故障點被斷路器K切除時刻，母線電壓進入恢復期，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，致使電機的電磁轉矩不足，影響了電機轉速恢復，并增加了過流時間，客觀上延緩了母線電壓的恢復過程，也就是電動機磁場重建的過程。只要當造成沖擊電流的電機群總容量達到本系統(tǒng)電源容量的40以上時，母線電壓極易低于70％（電磁轉矩小于50％），一旦這些電機處于額定負載狀態(tài)，必然導致電機群失穩(wěn)（詳見《電機學》中關于“電磁轉矩"的相關論述）停轉，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，尤其是當電抗器進線側電纜頭故障時（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、容量大小預先分組，在跳閘后自動分批重啟，以期盡快恢復生產(chǎn)。該方案不僅要求熟悉生產(chǎn)工藝，而且接線復雜，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?，再分批延時重啟。指導思想與上述方案有類似的不足之處。

關鍵是，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KO切除dl故障點時刻，也就是Kl開斷時刻，電源已經(jīng)

恢復正常，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"設備，是成功治理晃電的物質(zhì)基礎，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，即母線支路開關的位置，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，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'為控制基礎的，基于“電磁斥力"快速開關，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、母保阻抗、母?？刂破?、切離開關、電流互感器丶綜保、過電壓保護器、柜體及附件等組成，其中母保開關為VSC快速開關，切離開關為普通真空斷路器。

正常工作時，切離開關、母保開關處于合閘狀態(tài)；

當發(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，電流會發(fā)生至少50％的變化，控制器立即發(fā)出母保開關合閘的指令，恢復本支路的正常供電；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時命令母保開關合閘，退出母保阻抗，完成一次母線殘壓保護功能操作。