0.4kV雙電源無(wú)感知快速切換成套開(kāi)關(guān)柜的研究與應(yīng)用

1研究背景

某供電公司的公用配電臺(tái)區(qū)旁路帶電作業(yè)以及主供電源和臨時(shí)箱變的電源切換時(shí),需要短時(shí)停電兩次,現(xiàn)有的負(fù)荷開(kāi)關(guān)或斷路器的動(dòng)作分合時(shí)間大于200ms,用戶體驗(yàn)不佳,且該臺(tái)區(qū)因故障或倒電源等原因停電一次,就達(dá)到了"兩個(gè)月三次"頻繁停電的窘境。經(jīng)調(diào)研目前性能最優(yōu)的旁路作業(yè)低壓快速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)發(fā)現(xiàn),旁路投運(yùn)時(shí),在原變壓器退運(yùn)流程中先引入1路旁路電纜通道,為用戶低壓開(kāi)關(guān)建立旁路通道,再斷開(kāi)用戶低壓開(kāi)關(guān),然后將1路輸入一鍵切換至11路輸入:旁路退出時(shí),先將11路輸入一鍵切換至1路輸入,再合上用戶低壓開(kāi)關(guān),新變壓器投運(yùn),避免了倒閘操作時(shí)低壓開(kāi)關(guān)引起的短時(shí)停電,將短時(shí)停電時(shí)間由傳統(tǒng)方法的13min降低至兩路開(kāi)關(guān)切換時(shí)間1s。該設(shè)備缺點(diǎn)是旁路來(lái)回切換時(shí)仍然要對(duì)客戶停電各1s,家用電器都會(huì)關(guān)機(jī),電梯停用。

因此,本文研制了配電臺(tái)區(qū)旁路帶電作業(yè)專用的0.4kV雙電源無(wú)感知快速切換成套開(kāi)關(guān)柜,可適用于三相四線交流400V/50Hz的兩路電源中主供電源停電時(shí)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)不中斷供電,即帶電作業(yè)時(shí)主供電源和臨時(shí)箱變的電源切換時(shí)間為0s,實(shí)現(xiàn)用戶無(wú)感知切換。

2快速切換控制原理

2.1雙電源切換基本原理

當(dāng)檢測(cè)到常用電源發(fā)生電壓跌落時(shí),向轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)換指令,同時(shí)電力電子部件利用備用電源向負(fù)載提供不中斷供電,直至轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,仍由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)供電。同樣,當(dāng)檢測(cè)到備用電源發(fā)生電壓跌落時(shí),會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向常用電源供電。

雙電源切換系統(tǒng)原理如圖1所示。

2.2雙電源切換算法

雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置是實(shí)現(xiàn)常用、備用電源切換的重要設(shè)備,只有計(jì)算精度高、耗時(shí)短的轉(zhuǎn)換算法,才能使該裝置實(shí)現(xiàn)快速切換,從而滿足工程要求。近十幾年來(lái),國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者圍繞轉(zhuǎn)換算法問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究工作,提出了多種適用于電源轉(zhuǎn)換的算法,比如全周傅氏算法、半周傅氏算法、R-L模型算法以及最小二乘方算法等。以上算法都是基于采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算有效值,因此計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng),不利于電源的快速切換。因此,本文設(shè)計(jì)了一種基于電壓跌落原理的雙電源快速切換算法。

2.3雙電源切換控制電路

雙電源切換控制電路主要由雙向晶閘管及其驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)控制模塊和機(jī)械開(kāi)關(guān)等組成。雙向晶閘管的門極驅(qū)動(dòng)由相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)控制模塊的主要組成部分是數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái),該平臺(tái)的主要功能有:(1）采集電壓、電流信號(hào),實(shí)時(shí)檢測(cè)電能質(zhì)量。當(dāng)檢測(cè)到電壓暫降、暫升或中斷時(shí),0.4kV開(kāi)關(guān)迅速切換,以保證對(duì)負(fù)載的不間斷可靠供電。(2）將使能和禁止信號(hào)輸入到晶閘管驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)安全快速的切換邏輯。0.4kV開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中,禁止常用電源和備用電源之間發(fā)送環(huán)流,并且需要快速完成切換,一般情況下,檢測(cè)電能質(zhì)量時(shí)間和切換時(shí)間的總和應(yīng)小于8ms。(3）檢測(cè)晶閘管的工作狀態(tài)。數(shù)字處理平臺(tái)通過(guò)晶閘管檢測(cè)電路的輸出信號(hào)來(lái)判斷晶閘管的工作狀態(tài)。(4）控制人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)在線參數(shù)的調(diào)整,完成手動(dòng)切換。

3成套開(kāi)關(guān)柜構(gòu)成和功能

3.1成套開(kāi)關(guān)柜構(gòu)成

成套開(kāi)關(guān)柜由2路0.4kV進(jìn)線斷路器(250A）、4臺(tái)負(fù)載出線開(kāi)關(guān)、1臺(tái)零中斷控制和逆變器等組成。開(kāi)關(guān)柜的2路進(jìn)線開(kāi)關(guān)如圖2所示,開(kāi)關(guān)柜的4路出線開(kāi)關(guān)如圖3所示。

3.2成套開(kāi)關(guān)柜功能

成套開(kāi)關(guān)柜配合移動(dòng)箱變車、臨時(shí)樓頭箱、高低壓柔性電

纜,可以實(shí)現(xiàn)10kV線路T接點(diǎn)至末端表箱的整個(gè)臺(tái)區(qū)旁路帶電作業(yè),且在帶電作業(yè)開(kāi)始前和結(jié)束后切換電源時(shí),不中斷對(duì)客戶的供電。

本文以"2#樓頭箱不停電更換作業(yè)"為例,開(kāi)展旁路帶電作業(yè)的具體步驟如下:

(1）現(xiàn)場(chǎng)勘查,辦理帶電作業(yè)工作票,工作許可人許可開(kāi)工,工作負(fù)責(zé)人組織開(kāi)工會(huì):(2）將10kV移動(dòng)箱變車就位,帶電T接10kV電源,合上低壓總開(kāi)關(guān),將電送至低壓母排:(3）0.4kV雙電源無(wú)感知快速切換成套開(kāi)關(guān)柜就位,常用電源開(kāi)關(guān)使用柔性電纜T接來(lái)自主供變壓器低壓出線開(kāi)關(guān),備用電源開(kāi)關(guān)使用柔性電纜T接來(lái)自移動(dòng)箱變低壓出線開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)柜4路低壓出線分別T接2#樓頭箱4路低壓電纜:(4）合上開(kāi)關(guān)柜常用電源開(kāi)關(guān)及4路低壓出線開(kāi)關(guān),旁路準(zhǔn)備完成:(5）分開(kāi)主供變壓器2#樓頭箱低壓出線開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)柜常用電源開(kāi)關(guān)失電分閘,備用電源開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘,零中斷切換,2#樓頭箱的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至開(kāi)關(guān)柜供電:(6）分開(kāi)2#樓頭箱的所有進(jìn)出線開(kāi)關(guān),將2#樓頭箱拆除,更換新樓頭箱,合上所有進(jìn)出線開(kāi)關(guān):(7）合上主供變壓器2#樓頭箱低壓出線開(kāi)關(guān),分開(kāi)開(kāi)關(guān)柜備用電源開(kāi)關(guān),常用電源開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘,零中斷切換,開(kāi)關(guān)柜的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至2#樓頭箱供電:(8）拆除10kV移動(dòng)箱變車、0.4kV雙電源無(wú)感知快速切換成套開(kāi)關(guān)柜及柔性電纜:(9）召開(kāi)收工會(huì),工作負(fù)責(zé)人向工作許可人匯報(bào)工作結(jié)束。

4技術(shù)特點(diǎn)及性能指標(biāo)

該開(kāi)關(guān)柜具有無(wú)電力中斷時(shí)間,投切能力強(qiáng),整機(jī)效率>99%,有兩路電流間的電氣隔離,無(wú)諧波污染,成本低,體積小等優(yōu)勢(shì)。

(1）混合式轉(zhuǎn)換技術(shù):采用PC級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與電力電子部件混合設(shè)計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)裝置切換過(guò)程的電弧調(diào)控,并滿足不中斷供電要求。本產(chǎn)品無(wú)需配備價(jià)格昂貴的電池或超級(jí)電容,節(jié)省使用空間,提升使用壽命及可靠性,減少維護(hù)成本。(2）快速檢測(cè)與切換技術(shù):采用優(yōu)化的電壓跌落檢測(cè)算法,其延遲小、精度高,能夠快速檢測(cè)到電壓跌落,并實(shí)施轉(zhuǎn)換。通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與電力電子部件的完美配合,提升了轉(zhuǎn)換性能,減少了轉(zhuǎn)換時(shí)間。(3）高性能、高可靠:具有較強(qiáng)的過(guò)載能力,可應(yīng)對(duì)負(fù)載的投切沖擊。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的EMC測(cè)試,具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。(4）緊湊型、易維護(hù)、易使用:內(nèi)部采用抽屜式緊湊設(shè)計(jì),關(guān)鍵器件模塊化集成,有效節(jié)省空間。采用彩色觸摸式LCD人機(jī)界面,操作簡(jiǎn)便,只需設(shè)置欠壓動(dòng)作點(diǎn)即可使用。

5結(jié)語(yǔ)

本文研制的0.4kV雙電源無(wú)感知快速切換成套開(kāi)關(guān)柜,配合移動(dòng)箱變車、臨時(shí)樓頭箱、高低壓柔性電纜,可以實(shí)現(xiàn)10kV線路T接點(diǎn)至末端表箱的整個(gè)臺(tái)區(qū)旁路帶電作業(yè),且在帶電作業(yè)開(kāi)始前和結(jié)束后切換電源時(shí),不中斷對(duì)客戶的供電,避免了旁路帶電作業(yè)造成的兩次短時(shí)停電,進(jìn)一步提高了供電的可靠性。