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客戶負荷低壓保護裝置配置情況的調查與分析

來源: www.dcfrg.com.cn 作者:feifei 發布時間:2017-03-29 論文字數:32527字
論文編號: sb2017032912125016370 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本論文是電氣自動化論文,筆者以客戶負荷低壓保護裝置配置情況為研究對象,對全國 176 萬戶高壓電力客戶的低壓保護裝置配置情況進行調查研究,對電力客戶負荷低壓保護裝置配置情況進行
第一章 緒論
 
1.1 背景
電力系統內設備的正常投、切操作或發生故障,如沖擊負載投入、大型電動機直接啟動、供電系統短路故障和雷擊等,都將不可避免地導致電網電壓出現瞬時波動、閃變或下降等現象。電網電壓下降或波動,不僅會對電網的安全與經濟運行帶來極大的不利影響,也可能導致用戶設備不能正常工作,嚴重時甚至危害設備和人身安全。針對此,為了能夠在電網電壓降低時,及時切除部分負荷,為電網恢復正常創造有利條件,也減少因電壓波動造成用戶用電設備的損壞,低電壓脫扣器已經越來越多地使用于供電用戶端的斷路器、降壓起動器等電器產品中,以作為線路、電動機、發電機的失壓保護。然而,在實際使用過程中,部分電力用戶配電系統的低壓斷路器配置的低電壓脫扣器為低壓(失壓)瞬時脫扣,或者雖帶有延時脫扣功能,但延時整定不合理,導致低壓斷路器時常因為上述電壓閃變原因發生跳閘,造成不必要的負荷損失。
2010 年 6 月,上海某 220kV 變電站 220kV 母聯開關因金屬異物引起相間短路,220kV 正母母差保護動作,兩臺主變 220kV 側開關跳閘,造成損失負荷15MW,多數為壓縮機類設備,空調、冰箱等制冷電器設備,這類設備自帶了低電壓保護電路。2014 年 5 月,江蘇南京某 220kV 線路發生單相轉三相接地故障,相鄰火車站內部 10kV 開關低電壓保護動作跳閘,部分低壓開關低電壓釋放裝置動作跳閘,站臺區域照明短時失電,2 列列車延時發車。該地區周邊少部分低壓客戶亦受壓降影響,照明瞬時閃動,部分用戶低電壓脫扣器動作。初步統計,開關低電壓脫扣器動作導致受影響負荷約 21 萬千瓦,其中低壓負荷約 3 萬千瓦,中壓負荷約 18 萬千瓦。2015 年 3 月,新疆昌吉某地區對 220kV 變電站進行主變充電方式調整過程中,開關過流保護及母聯保護動作,造成某大用戶自備電廠解網運行,周邊部分低電壓脫扣器亦同時發生動作,引起了一定程度上的負荷損失。
除以上三起事故外,近年來還發生了部分由于電壓波動導致客戶負荷低壓保護裝置動作事件,造成了一定的經濟損失和負面社會影響。為進一步掌握客戶負荷低電壓保護配置現狀,明確低電壓保護的適用主體,保證負荷低壓保護裝置功能配置、定值設定、安裝調試與校驗的規范性,充分發揮低壓保護裝置保障電網安全穩定運行、保護用電設備的重要作用,最小化負荷低電壓保護運行維護風險,對國家電網公司經營區域內 26 個省、自治區、直轄市的共計 176.41萬戶高壓專變電力用戶的低電壓保護配置情況進行了調研,并針對 2014 年 5 月江蘇南京地區的故障案例開展具體分析,為實現負荷低電壓保護裝置的科學管控提供數據和理論支撐。
......
 
1.2 電壓暫降分析
1.2.1 電壓暫降定義
供電電壓的均方根值在短時間內出現突然下降,這一現象稱之為電壓暫降,通常持續時間是 0.5 到 30 個周波。根據《電能質量電壓暫降與短時中斷》(GB/T30137-2013)的相關規定,電壓暫降,即電力系統中某點工頻電壓方均根植突然降低至 0.1p.u.-0.9p.u.,并在短暫持續 10ms-1min 后恢復正常的現象。國標中將當電壓方均根值降低至 0.1p.u.以下的情況,稱為短時中斷。
1.2.2 電壓暫降特征量
描述電壓暫降的過程需要引用三個特征量,分別是電壓暫降幅值、相位跳變和持續時間。電壓暫降幅值是指在電壓暫降過程中出現的電壓均方根最小值。通常,這一數值和變壓器的接線方式、干擾源地理位置、其他電源點的影響的因素有關聯。電壓暫降的持續時間是指當出現電壓波動達到預設閾值的相關暫降事件的持續時間,如圖 2.1 所示。這一數值通常與繼電保護裝置配置類型、整定參數、動作狀態等因素相關。對于非矩形波的電壓暫降現象,由于開始時間和結束時間并不足夠明顯,因此想要界定電壓暫降持續時間有一定難度。按照電壓暫降的定義,將電壓閾值設定為 0.9p.u.,電壓降低到低于該閾值的時間即認定為電壓暫降的持續時間。
......
 
第二章 客戶負荷低壓保護裝置配置情況調查
 
2.1 典型負荷低電壓保護方式及其基本原理
目前負荷側低電壓保護方式主要存在線路級保護和設備級保護兩大類,其中線路保護采用在客戶低壓總開關或配電柜出線開關安裝欠壓脫扣裝置實現對客戶全部負荷或部分出線負荷保護;設備級保護主要采用接觸器、低電壓繼電器及專用低壓保護電路實現,其主要保護對象是電機類負荷。以下分別對上述四種保護方式進行介紹:
2.1.1 欠壓脫扣保護
欠壓脫扣裝置是用于低電壓保護重要安全防護裝置,有裝設在用戶低壓總開關前級,用于保護用戶低壓配電系統,也有裝置于用電設備處,用于保護用電[17-22]設備 。其工作原理是:正常狀態下(即線路電壓為額定電壓的 85%-110%區間時),欠壓脫扣裝置上的銜鐵被鐵芯吸住,斷路器處于閉合狀態,正常運行;異常狀態下(即線路電壓低于額定電壓的 70%時),欠壓脫扣裝置上的銜鐵脫落,撞擊脫扣桿,使斷路器分斷,如圖 2.1 所示。
如圖 2.2 所示,低電壓脫扣器加上延時繼電器可實現帶延時低電壓釋放的功能。斷路器電源通常取自于母線或者回路斷路器,通過欠壓延時繼電器對欠壓脫扣器進行充電,使銜鐵被鐵芯吸住,欠壓延時繼電器通過電容器進行儲能。當電壓發生較大波動,電壓值不足以保證銜鐵被吸住的時候,繼電器通過充電狀態下儲存的電能對欠壓脫扣器進行供電,從而實現了延時試點的效果。延時時間可通過儲能進行設定。低壓脫扣器失電,便會作用于推動桿脫開斷路器連桿上的鎖扣,斷路器跳閘,切斷電路。此方式原理簡單,現場較多采用。若沒有配置延時繼電器,則低電壓情況下瞬時脫扣使斷路器跳閘。
2.1.2 低電壓繼電器保護
通常在需要運行重要設備的電機回路中需要使用低電壓繼電器進行保護。此類電機通過在跳閘回路中并聯一個低壓繼電器常閉節點,低壓繼電器線圈在三相電源中用于兩相之間的電動機總線,正常工作狀態下,電源母線電壓正常,低壓繼電器線圈在返回狀態下通電,常閉節點斷開,不會連接到跳閘回路,當母線電源故障或由于某種類型的接地故障發生時,母線電壓下降到低電壓繼電器動作值,繼電器動作,常閉觸點閉合,連接到跳閘電路,電機從總線中切除。當母線電壓恢復時,低電壓繼電器返回,常閉觸點打開,電機跳閘,然后電機可以重新啟動。
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2.2 設備配置運行情況
本次調研涉及國網公司經營范圍內的主要高壓專變客 1764142 戶,其中455992 戶配置了低電壓保護,配置率達到 25.85%。在配置低電壓保護客戶中,87.1%的客戶選擇在低壓總開關或客戶進線開關處加裝低壓保護(欠壓脫扣保護),62%客戶配置了延時保護。從行業分布特點來看,制造業、電子、鐵路、供水供氣行業的低壓保護裝置配置率較高,超過了 35%。廣播電視、通信、物業小區等行業配置率較低,不足 20%。從低壓保護對象來看,配置了低壓保護客戶中的高壓電機負荷用戶數達到了 42%,具體情況如下。
2.2.1 按照行業類別分類
黨政機關和國防部門行業:調研 42412 戶中配置低電壓保護 10839 戶,配置率為 25.6%,延時保護配置用戶占 58%。此類行業多為需要保障持續供電的重要部門,保證供電的持續性要求高,因此客戶低壓側保護多采用空氣開關保護,采用欠壓脫扣保護的客戶反映在電壓低和失壓時此類保護動作后,在備用電源投入后還需要對脫扣裝置進行重新合閘操作,造成復電停電時間較長,不利于及時復電,電池類備用電源的接入也必須安裝在脫扣機構之后造成安全隱患。
廣播電視、通信行業:調研 59559 戶中配置低電壓保護 11560 戶,配置率為 19.4%,延時保護配置用戶占 36%。作為信息通訊,由于其用電性質的特殊性,為保障電壓降低時,通訊暢通,重要信息能及時發布,應在其除信息發布之外的用電設備上開關處安裝低電壓保護(失壓線圈)。客戶反映需要在低壓側發生故障時能夠快速切斷故障,在低壓總開關安裝失壓脫扣不利于控制負荷故障,容易造成停電面積擴大。
城市供水、城市供氣行業:調研 26992 戶中配置低電壓保護 10857 戶,配置率為 40.2%,延時保護配置用戶占 48%。作為關系民生的行業,為保證電壓降低時供水、供氣正常,人民生活不受影響,在其除主要設備之外的用電設備開關處安裝低電壓保護。此類客戶對供電持續性和供電電壓要求不高,對是否配置失壓脫扣類保護根據自身經濟狀況進行設定,經濟狀況較好的客戶為保障設備安全選擇安裝,經濟狀況較差的客戶反映不會安裝此類設備。
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第三章 客戶負荷低壓保護裝置配置影響分析...................26
3.1 低電壓保護配置影響分析...................................26
3.1.1 裝設低電壓保護影響分析...................................26
第四章 區域性負荷低壓脫扣特性模型及應用........................32
4.1 基于低壓脫扣器類型的低壓脫扣模型.......................32
4.2 基于用戶用電類型的低壓脫扣模型........................32
第五章 動作特性試驗與配置策略研究應用......................38
5.1 試驗平臺................................................38
5.2 試驗步驟..............................................41
 
第五章 動作特性試驗與配置策略研究應用
 
本文使用大功率電壓暫降發生儀代替圖 5.1 中試驗發生器,選用市場上常見的國星 GXQ-M 低壓脫扣器作為測試對象,低壓脫扣器不進行延時設置。圖 5.2 給出了本文所設計的試驗平臺。試驗平臺主要包括低壓脫扣器、電阻負載和電壓暫降發生儀。K1 閉合、K2 斷開時,可測試兩相接線方式的低壓脫扣器。K1 斷開、K2 閉合時,可測試單相接線方式的低壓脫扣器。電壓暫降發生儀可輸出三個單相電壓暫降測試信號。
試驗開始前,首先檢測 GXQ-M 型低壓脫扣器的工作狀態是否正常。首先調節電壓暫降發生儀,使其輸出電壓等于 GXQ-M 型低壓脫扣器的額定工作電壓,若能合閘運行,說明性能正常,可進行電壓暫降試驗,根據 GB/T17626.11-2008 有關規定設計試驗步驟。
由低壓脫扣器的綜合電壓耐受曲線圖可見,電壓暫降作用下的低壓脫扣器動作特性可劃分為動作區域、不動作區域和模糊區域 3 個區域,低壓脫扣器電壓暫降下工作特性由幅值、持續時間和相位等特征量綜合決定。在實際發生的電壓暫降事件中,通常可確定的是電壓暫降幅值和持續時間,而相位特征量多為未知,因此對綜合電壓耐受曲線作近似矩形處理,進一步明確動作區域、不動作區域和模糊區域,如圖 5.7 所示。
以拉薩地區某一機械加工廠為例,該廠主要進行鋼材加工,用電容量為1000千伏安,供電電壓等級 10 千伏。由于拉薩地區電壓質量穩定性不足,特別是在夏季,該廠經常出現電壓波動后設備全部跳掉的情況,給其正常生產帶來了損失,也對設備造成了損壞。根據本次調查研究得出的配置策略,對該廠配置的低壓脫扣裝置進行了重新設定,增加了保護動作延時,更改后近一年時間內,該戶因電網波動造成的跳閘數量明顯降低,僅發生過兩起。
......
 
總結
 
本文的研究工作主要圍繞著客戶用電負荷低壓保護配置及應用工作展開。
首先,總結了電壓暫降的起因,重點分析了變壓器空載投運、大型感應電機啟動、短路故障的引起的電壓暫降的特點,詳細闡述了電壓暫降對部分電壓敏感設備的影響。
其次,針對全國 176 萬戶高壓客戶的低壓保護配置情況進行了全面調研,深入分析不同類別、不同電壓等級用戶的調研數據,結合調研成果,根據裝設和不裝設低電壓保護配置兩種情況,從正面和負面分析了對電網和客戶的影響,同時分析了該類裝置對電網減供負荷的影響,提出了區域性負荷低壓脫扣特性模型,根據不同用電性質用戶對低壓脫扣器的需求特點,對電力客戶負荷低壓保護裝置配置情況進行了全面梳理,并結合 2014 年 5 月江蘇南京地區發生的一起引發了較大面積脫扣保護動作的故障,對負荷損失進行研究,建立南京電網區域性負荷低壓脫扣特性模型,探索不同類別的用電戶對于低電壓脫扣器的反映特征,確定負荷脫扣與電壓暫降的關系,建立起二者之間的數學模型,并通過實例驗證。
最后,對負荷低壓保護安全管理與配置提出相關建議與意見,對需要和不宜安裝低壓欠壓脫扣裝置的用戶進行了明確,提出了延時功能配置建議,并從管理角度提出建議。同時,根據調研結果,在西藏拉薩地區 455 戶高壓用戶中試運行一年,效果良好,電網異常波動對用戶影響明顯降低。
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參考文獻(略)

原文地址:http://www.dcfrg.com.cn/dqzdh/16370.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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