0.4kV雙電源無感知快速切換成套開關(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區(qū)旁路帶電作業(yè)以及主供電源和臨時箱變的電源切換時,需要短時停電兩次,現(xiàn)有的負荷開關(guān)或斷路器的動作分合時間大于200ms,用戶體驗不佳,且該臺區(qū)因故障或倒電源等原因停電一次,就達到了"兩個月三次"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)換開關(guān)發(fā)現(xiàn),旁路投運時,在原變壓器退運流程中先引入1路旁路電纜通道,為用戶低壓開關(guān)建立旁路通道,再斷開用戶低壓開關(guān),然后將1路輸入一鍵切換至11路輸入:旁路退出時,先將11路輸入一鍵切換至1路輸入,再合上用戶低壓開關(guān),新變壓器投運,避免了倒閘操作時低壓開關(guān)引起的短時停電,將短時停電時間由傳統(tǒng)方法的13min降低至兩路開關(guān)切換時間1s。該設(shè)備缺點是旁路來回切換時仍然要對客戶停電各1s,家用電器都會關(guān)機,電梯停用。

因此,本文研制了配電臺區(qū)旁路帶電作業(yè)專用的0.4kV雙電源無感知快速切換成套開關(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的自動轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中對負載實現(xiàn)不中斷供電,即帶電作業(yè)時主供電源和臨時箱變的電源切換時間為0s,實現(xiàn)用戶無感知切換。

2快速切換控制原理

2.1雙電源切換基本原理

當(dāng)檢測到常用電源發(fā)生電壓跌落時,向轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)換指令,同時電力電子部件利用備用電源向負載提供不中斷供電,直至轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,仍由轉(zhuǎn)換開關(guān)供電。同樣,當(dāng)檢測到備用電源發(fā)生電壓跌落時,會自動轉(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

雙電源自動轉(zhuǎn)換裝置是實現(xiàn)常用、備用電源切換的重要設(shè)備,只有計算精度高、耗時短的轉(zhuǎn)換算法,才能使該裝置實現(xiàn)快速切換,從而滿足工程要求。近十幾年來,國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者圍繞轉(zhuǎn)換算法問題進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數(shù)據(jù)計算有效值,因此計算耗時較長,不利于電源的快速切換。因此,本文設(shè)計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)動電路、檢測控制模塊和機械開關(guān)等組成。雙向晶閘管的門極驅(qū)動由相應(yīng)的驅(qū)動電路實現(xiàn)。檢測控制模塊的主要組成部分是數(shù)字信號處理平臺,該平臺的主要功能有:(1）采集電壓、電流信號,實時檢測電能質(zhì)量。當(dāng)檢測到電壓暫降、暫升或中斷時,0.4kV開關(guān)迅速切換,以保證對負載的不間斷可靠供電。(2）將使能和禁止信號輸入到晶閘管驅(qū)動電路,實現(xiàn)安全快速的切換邏輯。0.4kV開關(guān)切換過程中,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,檢測電能質(zhì)量時間和切換時間的總和應(yīng)小于8ms。(3）檢測晶閘管的工作狀態(tài)。數(shù)字處理平臺通過晶閘管檢測電路的輸出信號來判斷晶閘管的工作狀態(tài)。(4）控制人機界面,實現(xiàn)在線參數(shù)的調(diào)整,完成手動切換。

3成套開關(guān)柜構(gòu)成和功能

3.1成套開關(guān)柜構(gòu)成

成套開關(guān)柜由2路0.4kV進線斷路器(250A）、4臺負載出線開關(guān)、1臺零中斷控制和逆變器等組成。開關(guān)柜的2路進線開關(guān)如圖2所示,開關(guān)柜的4路出線開關(guān)如圖3所示。

3.2成套開關(guān)柜功能

成套開關(guān)柜配合移動箱變車、臨時樓頭箱、高低壓柔性電

纜,可以實現(xiàn)10kV線路T接點至末端表箱的整個臺區(qū)旁路帶電作業(yè),且在帶電作業(yè)開始前和結(jié)束后切換電源時,不中斷對客戶的供電。

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

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

4技術(shù)特點及性能指標(biāo)

該開關(guān)柜具有無電力中斷時間,投切能力強,整機效率>99%,有兩路電流間的電氣隔離,無諧波污染,成本低,體積小等優(yōu)勢。

(1）混合式轉(zhuǎn)換技術(shù):采用PC級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)與電力電子部件混合設(shè)計技術(shù),實現(xiàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置切換過程的電弧調(diào)控,并滿足不中斷供電要求。本產(chǎn)品無需配備價格昂貴的電池或超級電容,節(jié)省使用空間,提升使用壽命及可靠性,減少維護成本。(2）快速檢測與切換技術(shù):采用優(yōu)化的電壓跌落檢測算法,其延遲小、精度高,能夠快速檢測到電壓跌落,并實施轉(zhuǎn)換。通過轉(zhuǎn)換開關(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)換時間。(3）高性能、高可靠:具有較強的過載能力,可應(yīng)對負載的投切沖擊。經(jīng)過嚴格的EMC測試,具有較強的抗電磁干擾能力。(4）緊湊型、易維護、易使用:內(nèi)部采用抽屜式緊湊設(shè)計,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人機界面,操作簡便,只需設(shè)置欠壓動作點即可使用。

5結(jié)語

本文研制的0.4kV雙電源無感知快速切換成套開關(guān)柜,配合移動箱變車、臨時樓頭箱、高低壓柔性電纜,可以實現(xiàn)10kV線路T接點至末端表箱的整個臺區(qū)旁路帶電作業(yè),且在帶電作業(yè)開始前和結(jié)束后切換電源時,不中斷對客戶的供電,避免了旁路帶電作業(yè)造成的兩次短時停電,進一步提高了供電的可靠性。