低压配电自动化技术

低压配电自动化技术（精选9篇）

低压配电自动化技术 篇1

摘要：伴随着我国社会经济的不断发展, 也相应的促进了我国低压配电自动化技术的发展, 不可否认低压配电自动化技术的发展依托传统的低压配电技术发展, 是一种智能化配电技术, 为我国电力行业做出了巨大的贡献, 但是, 在技术使用中也存在一定的缺陷, 因此, 低压配电自动化技术必须在实际的发展中, 面对当前技术的发展形势, 才能够更好的对低压配电自动化技术的发展进行分析和研究。

关键词：低压配电自动化技术,电力系统,研究

1 低压配电自动化技术的发展现状

低压配电自动化技术发展于上个世纪80年代, 其技术成熟在90年代, 由于我国在90年代城市化进程的加快, 城市网改造的幅度也不断的增大, 而国家也在进一步加大低压配电自动化技术的研究, 并且通过不断的努力, 全面的打破了对国外进口设备的依赖性, 进而促进了我国整个电力行业的发展[1]。但目前还是存在一些问题, 国家为了规范统一配电自动化市场, 颁布了相关的行业标准, 但仍存在各种标准不协调的问题。配电自动化系统的实用化发展也需要一个长期的过程来达到预期目的。

2 低压配电自动化技术分析

伴随着我国科学技术的发展, 低压配电自动化技术也有了不断的发展与创新, 并且在发展的过程中, 通过对技术的革新, 全面的提高了低压配电自动化技术的发展水平, 下面针对于具体的低压配电自动化技术进行详细的分析研究。

2.1 智能分布式馈线自动化技术

智能分布式馈线自动化技术是低压配电自动化技术中的一项关键技术, 也是发展非常快的一项技术, 其主要有三种馈线自动化控制模式所组成, 该技术的主要工作原理就是通过馈线进行信息的传播, 进而将有价值的信息传送到主站中, 然后通过智能的方式进行处理。三种馈线的自动化控制工作量远远的小于主站, 但是, 在信息传播的过程中, 是具有非常重要的作用, 馈线自动化控制能够有效的减少主电站的工作强度[2]。但是, 我们在看到智能分布式馈线自动化技术优势的同时, 还需要看到不足的地方, 并且应该根据不足的地方不断的对该技术进行改进, 其主要存在着不足的地方就是用电的可靠性不是非常强, 并且其故障处理是独立的, 不具备与配电终端之间的故障处理逻辑, 给检修故障带来更加了很大的难度, 因此, 在实际的工作中, 我们既需要看到智能分布式馈线自动化技术的优势, 还需要对其存在着不足的地方进行分析, 并且进一步提高该技术的应用水平, 而未来对于该技术的研究主要是在故障的处理方面, 使其能够与配电重点的故障处理存在着一定的逻辑, 能够提高故障检修的效率, 促进该技术良好的使用, 促进电力系统的良好运行[3]。

2.2 馈线自动化测控终端技术

馈线自动化测控终端技术的主要用途就是通过该技术能够进行故障的排查和隔离工作, 是非常重要的一项技术。由于在低压配电自动化系统中, 在其运行的过程中, 常常会出现很多的故障, 而该技术能够在系统出现故障的时候, 及时的进行故障的检测和筛查。另外, 在该技术的的设计方面, 其主要的优势在于能够适应各种恶劣的天气, 像高温的天气和低温的天气都能够更好的进行运行, 不会出现异常的情况[4]。而在技术方面, 该技术的优势在于能够准确的对故障进行定位, 节省了很多故障排查的时间, 提高了故障排查的效率, 进而为系统恢复正常的运行节省了很多的时间, 确保了低压配电自动化系统的良好运行。

2.3 系统主站和通信技术

系统主站是整个低压配电自动化系统的核心, 其主要的功能就是接收信息, 处理信息以及控制调度等等, 而系统主站的良好运行是需要相应的技术做支持的。其中一项技术就是通信技术, 其主要就是确保系统主站接收信息和处理信息, 实现信息的转换。在实际的应用过程中, 需要根据实际的情况进行应用, 像基于GPRS的的无线通信, 主要的目的就是确保系统能够正常的传递信息和接受信息, 并且进行信息的处理, 确保整个低压配电自动化系统的良好运行, 促进整个电力系统的发展。

2.4 配电管理系统和地理信息系统

配电管理系统主要就是对整个低压配电自动化系统进行管理, 并且根据实际系统的运行情况, 对数据进行分析, 进而能够实现科学的管理, 配电管理系统在实际的管理中, 主要的管理内容是系统的故障诊断和供电的恢复, 其主要的目的就是为了尽快的恢复供电, 进一步减少电能的损失等等[5]。另外, 配电管理系统还能够通过其经济的调度实现降低网损, 对低压负荷进行监管和控制, 确保电压的稳定, 提高电压的质量。而地理信息系统主要就是对地理空间的数据进行提取, 进而提取出有效的信息数据, 进而在网络安全的基础上进行有效的互通, 提高用电系统供电的可靠性。

3 低压配电自动化技术的发展趋势

3.1 智能分布式馈线自动化技术的发展趋势

智能分布式馈线自动化技术在应用中虽然具有其明显的优势, 但是仍然出现进行改进, 而该技术的发展趋势主要就是对其进行规范化和统一化的管理, 尤其是实际的应用中, 需要进行全面的优化, 是要采取有效的策略进一步减少电能的损耗, 提高故障排查的逻辑性, 减少故障的发生率以及提高自检的能力等等, 这样才能够确保该技术在未来的发展中, 能够更好的确保低压配电自动化系统的稳定运行。

智能分布式馈线自动化技术的发展主要分为全自动和半自动的发展方式。全自动方式主要是通过配电主站或子站通过收集信息来完成对配电故障的定位和识别, 然后经过系统自动判断制定对故障区域进行隔离, 非故障区恢复供电;而半自动方式则是通过对收集的信息来判断低压电网的运行状态, 然后再集中进行故障识别和定位, 再通过人工来完成远程对故障区域的隔离和非故障区域恢复供电的操作。

3.2 配电实时信息引擎机制

配电实时信息引擎机制也是未来低压配电自动化技术的发展趋势, 其未来的发展趋势就是提高管理的规范化, 并且建立规范的管理体系, 通过对配电实时信息引擎机制研究, 确保低压配电自动系统的集成化, 最终使其能够更好的进行管理和应用[6]。另外, 配电实时信息引擎机制的发展能够实现系统管理的效率, 能够更好的为低压配电自动化系统良好运行的服务。

3.3 配网优化运行决策支持系统

所谓的配网优化运行决策支持系统主要就是根据以往的经验数据进行准确的决策, 进而实现优化配电网络的目的。由于伴随着我国社会经济的发展和科学技术的发展, 在低压配电自动化系统的发展中, 需要更多的技术支持系统的稳定运行, 确保低压配电自动化系统的安全可靠, 促进电力系统的良好运行, 因此, 配电优化运行决策支持系统是低压配电自动化系统的未来发展趋势, 这将会更好的促进电力系统的良好发展和安全运行。

4 结束语

文章主要针对低压配电自动化技术的发展进行了具体的分析和研究, 通过文章的探讨, 我们了解到, 低压配电自动化技术的发展离不开工作人员的努力, 而且在低压配电自动化技术发展的过程中, 需要根据时代的发展要求, 不断的创新低压配电自动化技术, 才能够不断的促进我国电力行业的发展, 促进我国社会经济的长远发展。

参考文献

[1]徐德勇.浅谈配电自动化与馈线自动化建设和实施[J].四川建材, 2011 (5) .

[2]李霞, 范昕林.配电自动化系统的发展与展望[J].黑龙江科技信息, 2012 (8) .

[3]戴晖.国外配电自动化技术与发展趋势的探讨[J].中国新技术新产品, 2011 (1) .

[4]王子明, 胡开元.配电自动化系统的发展与展望[J].黑龙江科技信息, 2011 (2) .

[5]魏永胜.配电自动化系统构造模型分析-集SCADA、馈线自动化、配电管理自动化功能于一体[J].山西煤炭管理干部学院学报, 2012 (1) .

[6]陆波.配电自动化系统的发展趋势[J].湖州职业技术学院学报, 2011 (1) .

低压配电自动化技术 篇2

一、产品技术要求：

1、招标范围投标设备必须符合本标书的技术、商务要求，满足本工程设计图纸要求，满足安顺市市供电部门的有关规定，符合现行国家标准、技术标准和规范

2、设备应符合下列标准规范的要求： GB7251-97 低压成套开关设备； GB9466 低压成套开关设备基本试验方法；GB／T4942．2 低压电气防护等级； GB3047．1 面板、架和框的基本系列；GB50150-91 电气装置安装工程设备交接试验标准。

3、设备的技术要求：

3.1、低压配电柜应采用最先进的技术，而且结构合理、可靠性高、能耗低、无污染、操作保养和维护简便。

3.2基本要求

3.2.1、进出线方式：满足设计要求。

3.2.2、柜体防护等级：IP30 3.2.3、维护方式：低压柜能够进行双面维护 3.2.4、气候环境：满足贵州省气候环境要求

3.3、低压配电柜内设置的框架断路器、塑壳断路器需具有国家主管部门颁发的CCC认证证书，并满足相关标准要求。除招标文件技术要求中特定的元器件品牌以外，成套设备生产厂家必须严格按照图纸所标注的型号及厂家报价，否则将视为未响应招标文件的技术要求！

3.4、为便于开关电器的上下级保护配合和方便管理，配电柜内的框架断路器、塑壳断路器、微型断路器、接触器、热继电器等应选用同一品牌体系的产品。

3.5、系统二次线路由供货商根据要求作深化设计，并经设计院审核认可。

4、配电柜的结构要求

4.1、低压配电柜必须是抽出式结构，并配备与其配套的补偿电容柜；采用模数化组合设计，通用性强。具有足够的动热稳定性；电气方案配置灵活。柜体尺寸和数量、排列方式应符合设计图要求，不得作出调整，低压配电柜应为设计紧凑，通用性强，组合装配的抽出式结构。由框架、外壳、柜内功能单元室（含

抽出式组件）、母线、保护线和中性线连接排、走线槽、电缆安装支件等组成。柜体采用优质敷铝锌板材，板材厚度不小于2.0毫米，且组装牢固；柜体的上下部应设有充分的通风散热孔装置

4.2、柜体的前后门及其外表面均应进行环氧粉末喷涂处理，喷涂厚度不小于50微米，涂层应美观、牢固、耐腐蚀、抗冲击、不反光，颜色需经招标人确认。所有柜内的零件、螺钉、电缆攀附的支架等均应镀锌，并达到耐盐雾腐蚀的标准。

4.3、低压配电柜的功能单元有抽屉式（馈电柜）、抽出式（进线柜）二种。其中框架式空气断路器采用抽出式结构。低压配电柜的结构设计应保证操作、运行、维修和检查时的安全可靠。各电气元件动作时产生的热量、电弧、冲击、震动、磁场或电场，不得影响其它电气元件的正常工作。

4.4、配电柜分为母线隔室、功能单元隔室和电缆隔室。仪表、信号灯、按钮等组成的辅助电路元件均安装于配电柜正面板上；主母线位于柜上方，电缆室位于柜体后部，内部设置有供电缆攀附的支架。

4.5、低压配电柜为GCS或GCK系统，各配电柜内均设有接地母线PE与中性母线N，二者贯穿于整个配电柜装置内，安装在柜后底部及柜右侧，各回路接地或接零均可方便地就近连接。柜体框架结构件均有可靠的接地连接。N线PE线之间用绝缘子间隔固定并可分别使用，方便施工时进出线的接线。各母线连接良好，绝缘支撑件及其它附件牢固可靠

4.6、市电与柴油发电机组的电源切换柜中，两侧电源开关间应有电气联锁及机械联锁，防止发电机组向市电倒送电。主进线、母联开关的联锁要求见图纸说明。

4.7、电柜内各抽屉单元的推进、拉出机构应轻便灵活。相同规格容量的抽屉单元可达到灵活互换。每一个抽屉都有可靠的金属接地。抽屉式或抽出式单元设有：连接位置、试验位置、分离位置三个位置。

4.8、采用悬挂式抽屉导轨、大刀片式推进机构和优质的插接件。使抽屉单元抽插灵活、更换容易、结构简单、加力程度大，保证供电的连续性、可靠性。

4.9、每柜应设有一块阻燃型的高密度聚氨脂塑料功能板安装在主母线室和电器室，防止开关元件因故障引起的飞弧与母线之间短路造成的事故，使操作更

安全。配电母线（垂直母线）组装在阻燃型塑料功能板中，防止电弧引起的放电及人体接触，通过特殊联接件与主母线联接。并需考虑运行时的散热，应有充分的散热栅孔。

4.10、在柜体前后均设有带锁柜门，门的开启角度不小于120度。4.11、开关与功能单元间应设有可靠的机械联锁装置，用以保证当开关合闸后，功能单元不能打开并拉出。抽屉插入时，开关必须在分闸状态下才能将抽屉推进。抽屉与柜体间的接地触头接触紧密，抽屉推入时，抽屉的二次触头和接地触头比主触头先接触，抽屉拉出时二次触头和接地触头比主触头后断开。

4.12、低压配电柜应采用先进的开关和优良配件，以使体积减少，如100A以下的开关功能单元，每个600宽的柜子至少可装设8个动力回路。

4.13、二次回路电线必须穿电脑打印的标识管，白底黑字。控制开关、按钮、指示灯、手柄选用国产优质产品。二次接线端子排接线端有明显的接线标志，外引接线的二次端子排按要求单独配置。熔断器的熔芯选择符合工程设计及规范的要求。仪表的刻度标定，互感器的变比及极性正确无误。每柜内附有详细的二次接线图以备检修之用。

4.14、低压配电柜体结构还应充分考虑到电缆进出的方便。电缆室的宽度不应小于600毫米，且应安装有电缆攀附的支架。

4.15、母线采用TMY型优质电解紫铜排，规格按图纸要求。搭接部位搪锡，非搭接部位套热塑管保护。母线的固定应采用阻燃的DMC绝缘排夹，具有耐电弧，动热稳定性高，机械强度高、耐高温和防潮的功能

4.16、产品应满足供电部门的要求。

4.17、低压配电设备的金属壳体或可能带电的金属件(包括因绝缘损坏可能会带电的金属件)与接地导体间应具有可靠的电气连接。低压配电设备中选用的塑胶材料不含卤素，应具有阻燃和自熄的特性。

4.18、一次插件必须选用国产优质产品；一次插件的配置必需比该回路的断路器的额定电流大一个等级。即160A的断路器配置250A一次插件；250A的断路器配置400A一次插件；400A的断路器配置630A一次插件等。电缆接线柱与电缆头接触的截面尺寸必须匹配。

4.19、绝缘导线选用RV型，其截面规格应能保证在额定电流下导线无明显

温升。插入式导线端头选用标准型H系列，不经预压，利用打紧过程中一边打紧一边变形使导线及端头与电器端子之间达到最大的接触面积和压力。保证搭接部位在额定电流下温升最低。

4.20、160A及以下开关与一次插件间回路采用绝缘导线连接；250A及以上开关与一次插件间回路采用铜母线连接。二次插件在满足本次接线的基础上留有一定的余量（不少于20%）。

5、.电容补偿柜的技术要求：

5.1、功率因数补偿器控制器采用久信科技（JXC9-DK-400）、电容器选用久信科技（JXC9-DR-400）产品。自动分步循环控制方式，功率因数应补偿到0.9以上。柜体要注意通风散热。

5.2、电容器技术规格：频率：50赫兹；损耗：在400伏下少于0.5瓦／千乏；容量允差：-5%至+10％；测试电压：端子间：2.15Un，1sec；端子与接地间：3千伏，10sec．；过压容限：不大于10％； 过流容限：不大于30％，1h；绝缘介质出现故障时有自复功能，当电容元件寿命结束时可有选择的将其从电路中隔离开来，防护等级IP42。

5.3、电容器柜内元器件配置：a.电容器各分支回路设熔断器作过流和短路保护；b.各相线设小型电抗器以限制冲击电流；c.每柜设630A隔离开关，以保证操作和检修的安全；d.分支线上端设氧化锌避雷器以吸收操作过电压；e.用接触器进行各分支回路接通和断开的操作。

5.4、布线：由于电容器柜运行时的发热严重，必须在布线时尽量扩大无故障区，即从柜顶母线—隔离开关—保护用熔断器—电抗器—接触器之间采用硬质铜排接线；仅接触器至电容器用RV绝缘软线布线。

5.5、功率因数控制器：（1）电压： 380／415伏；（2）频率范围： 50Hz-5％；（3）功率因数范围： 0．7感性—0．7容性；（4）电压测量误差： 满量程的1％；（5）输入电流和阻抗： 5或1安，小于0．1欧；（6）输出触点容量： AC 415伏/1．5安；（7）报警触点容量： AC 250伏/1．5安；（8）步级设置和切换时间： 自动、固定、取消，6、断路器要求：

6.1、框架断路器应在贵州长征开关（长九牌）MA40 系列，常熟CW1系列，上海人民EMW1系统（建议按图纸报价），应具有带微处理器的智能型保护装置单元，配失压脱扣、分励脱扣、过电流脱扣；进线开关具备长延时、短延时、瞬时、接地故障保护四段保护功能，其余回路开关具备长延时、短延时、瞬时，三段保护功能，且时间和电流可调，整定值按图纸要求。

6.2、框架断路器最好具有体较小分断能力强的特点。

6.3、框架断路器必须装上机械连锁装置，以完成以下功能：在闭合位置上，不能插入或抽出断路器。除非断路被抽出或处于[隔离]位置，断路器的门或盖将不能移动或打开。断路器只能在完全插入或隔离位置上才能闭合。自动安全保护罩，可在断路器抽出时完全防护固定部分主接触点。框架断路器应能互换，但需具有防误插机构。

6.4、塑壳开关应在贵州长征开关（长九牌）MB30系列，常熟CM1，上海人民RMM1中选择其一（建议按图纸报价）。塑壳开关采用热磁脱扣器。必须保证在过载和短路情况下能够快速、准确地跳闸。

7、母线

7.1、1600安培及其以上电路，其额定短时承受电流须为1秒钟80千安，1600安培以下电路为1秒钟50千安。母线与中性母线的截面面积按图纸要求。构成配电屏部分装置的母线，母线连接线和裸导体必须符合图纸所列电流值的要求和在允许温升范围内。铜排采用高纯度产品（铜含量达99.99%）；镀锡厚度及弯曲半径必须达到国标要求。母线需用8.8级螺栓联接。柜内垂直母线须加绝缘防护罩，一次回路出线端须加绝缘防护罩，所有母线非搭接部位需装热塑套管。

7.2、母线温升不超过40摄氏度，支撑牢固。在故障出现下整套装置能承受最高机械应力。

8、与柴油发电机的接口：

柴油发电机与变电所电源之间采用ATS进行自动切换。ATS选用应采用专业PC级产品。要求ATS整体采用深圳泰永公司TBBQ3系列产品或ASCO300系列产品，ATS要求通过AC-33iA试验。

9、仪表要求： 9.1功能要求：

9.1.1、多功能仪表应选择江阴斯菲尔或安科瑞其中之一的相应系列产品，同时柜内需配置高精度的测量PT、CT，可测量电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度、视在电度等多种电量；

9.1.2、测量精度：电压：0.2%；电流：0.2%；频率：0.2%；功率：0.5%；功率因数：0.5%；电度：1%；

9.1.3、4路开关量输入；

9.1.4、可完成2路电度表输入脉冲的电度计量；

9.1.5、2路继电器输出，继电器节点容量：250VAC/10A或380VAC/6A； 9.1.5、支持遥信和遥控功能；

9.1.6、RS485通讯口，支持MODBUS通信协议；

9.1.7、所有关键数据（系统参数等）在失电情况下可保存十年以上； 9.1.8、抗空间电磁干扰；

9.1.9、四排汉字显示窗口，四个按键，就地显示和操作方便；

9.1.10、八个指示灯，可指示装置运行、通讯、开入量、开出量的状态； 9.1.11、具有两级密码管理权限，方便运行管理； 9.2、安装要求： 9.2.1、面板式安装； 9.3、运行环境： 9.3.1、相对湿度：<95%；

9.3.2、工作温度：-25℃～+55℃； 9.3.3、电源电压：85～265VAC/DC； 10.铭 牌

柜的铭牌固定在柜的表面或柜内显目的地方, 铭牌用透明的丙烯酸树脂制成、铭牌为白底, 其上为黑色的粗体字, 并用中文标注。10.1 柜外形尺寸800 ×600 × 2200 mm(宽×深×高)。

柜体颜色为； 计算机灰 RAL 7035。柜体采用GCK或GCS 10.2 装置机箱采取必要的防静电及电磁辐射干扰的防护措施。机箱的不带电金属部分在电气上连成一体,并可靠接地。机箱满足发热元件的通风散热要求。

11.双方工作安排

11.1 买方向供方提供有特殊要求的设备技术文件。11.2 供方承诺在设备安装调试过程中,提供技术服务。

11.3 设备制造过程中, 买方可派人进行监造和验收, 供方积极配合。

12.4 技术文件 1）供方在订货前向买方提供一般性资料如：鉴定证书、典型说明书、柜布置图、系统原理图和主要技术参数。

2）在技术协议签定 10 天内，供方向买方提供下列技术文件 1 份。.柜面布置图：表示外型尺寸、设备布置及总重量、运输尺寸和重量及其它附件。

.基础图：注明柜的尺寸、基础螺栓的位置和尺寸等。

.电气原理图：包括装置的原理框图、系统接线图、内部接线图，端子排等。如有多张电气原理图，还注明各图之间有关线圈与触点的相互对应编号，必要时，提供所有特殊装置或程序的概要操作说明。

3）设备供货时提供下列资料（共6套）：设备的开箱资料，除2）所述图纸（含电子版）外还包括安装、运行、维护、修理说明书、部件清单资料、工厂试验报告、产品合格证、装置信息表、通讯规约、说明书等。

12.5 根据工程需要, 可召开设计联络会或以其他形式解决设计制造中的问题。12.6 供方提供的设备参数或配置接线有变化时,及时书面通知买方, 否则由此引起的一切后果将由供方承担。13.质量保证和试验 13.1 质量保证

13.1.1 所供设备及其关键零部件属于新型产品的除满足本规范书外，供方还提供产品的鉴定证书。

13.1.2 供方保证制造过程中的所有工艺、材料等（包括供方的外购件在内）均符合本规范书的规定。若买方根据运行经验指定供方提供某种外购零部件，供方积极配合。

13.1.3 供方遵守本技术协议书中各条款，并具有经过国家认证的ISO9000、GB/T1900质量保证体系。

13.1.4 柜内的各种元件,选择具有生产许可证的专业制造厂家的产品。

14.2 型式试验

供方提供设备的型式试验报告, 并满足下列要求, 装置须进行型式试验。1)新设计投产的成套装置(包括转厂生产), 在鉴定前进行新产品定型的型式试验。

2)连续生产的装置,每4年对出厂检验合格的装置进行一次型式试验。3)当改变制造工艺或主要元件, 而影响保护装置的性能时, 均对首批投入生产的合格品进行型式试验。14.3 出厂试验

每套装置均进行出厂试验, 经质量检验部门确认合格后方能出厂, 并具有证明产品合格的出厂证明书、出厂试验报告。14.4 现场试验及调试

装置运到工地安装完毕, 买方会通知供方专家到场参加设备调试。在调试过程中, 若发现设备存在元器件损坏或不正常工作情况，供方免费负责更换。

15.包装、运输和储存

15.1 设备制造完成并通过试验后及时包装,采取切实有效的保护, 确保其不受污损。

对低压配电保护技术的论述 篇3

【摘 要】低压配电保护技术是电气设备中的重要组成部分，一旦出现技术问题则会影响到整个电气设备的运行状况，甚至会引起火灾或者是触电等事故。所以，在今后的发展过程中一定要运用科学、合理的方法提高低压配电保护技术。本文作者对低压配电保护技术进行了详细的分析与总结，并提出了相应的方案。

【关键词】低压配电；保护技术；电气设备；电气灵敏度

1.配电线路保护的选择性

配电线路保护的选择性是指在配电网络中某一点发生过电流故障时，配电保护电器按预先规定动作的次序有选择性地动作，不允许越级动作，把事故停电限制在最小范围内。根据《规范》要求，配电线路采用的上下级保护电器动作应具有选择性，各级之间应能协调配合。目前采用的保护电器主要有两种：断路器和熔断器。而前者从保护特性的角度又可以分为选择型断路器和非选择型断路器。

1.1配电线路对保护电器的要求

配电线路对保护电器的要求很高，必须要对其进行详细的分析与总结，才能进行保护电气的安装。一般情况下，配电线路主要由放射式以及树干式两种。除此之外还可以将这两种进行混合。根据保护电器在配电线路中的位置以及重要性，可以将其分为三级，每一级的要求都是不同的，具体内容为：

第一、低压主开关柜内保护电器。

低压主开关柜内保护电器应把供电的可靠性放在首要位置，以确保连续供电。由于低压保护电器接近电力变压器，主配出母线的容量特别大，因此要求它既应与电力变压器一次侧的高压熔断器的保护特性配合，又应与下级保护电器尽可能实现全选择性保护配合。

第二、一般配电开关柜内保护电器。

一般配电柜是电网的中间层部分，配电柜中低压保护电器主要任务是尽快切断和限制短路电流及在系统设备和线路上产生的机械应力和热应力，尽快隔离出故障的馈线和设备，保证非故障线路持续供电。

第三、终端配电箱内保护电器。

终端配电箱直接连接用电设备，短路或接地故障时要求尽快甚至瞬时切断电路，无选择性要求。终端配电箱内的低压保护电器应设短路和接地故障保护，而线路末端则不必设短路保护，而是根据所接用电设备需要装设控制电器（如接触器）或用电设备的过载保护电器（如热继电器）。

1.2低压保护电器的级间选择性配合技术

在对低压保护电气的级间选择性配合进行选择的过程中，首先要充分了解低压保护电器的特性，这样才能够结合实际情况进行分析，并选择出适合的保护电气；其次，就是要对保护电气的动作电流、时间以及额定电流进行整定，这样才能够在线路出现故障之后将停电范围缩小。在选择的过程中具体包括以下几种情况：

第一、上下级均为熔断器的选择性配合。

第二、上级为熔断器，下级为非选择型断路器。

第三、上级为非选择型断路器，下级为熔断器。

第四、上下级均为非选择型断路器的选择性配合。

第五、上级为选择型断路器，下级为熔断器。

第六、上级为选择型断路器，下级为断路器。

第七、上级为带接地故障保护的断路器。

低压保护电器的级间选择性配合主要包括上述七种，所以在进行选择的过程中一定要结合实际情况，采用科学、合理的方法进行选择性配合，以提高其安全性与可靠性。

2.低压保护电器的灵敏度

低压保护电器的灵敏度是指保护电器在系统最小运行方式下，在其保护范围内发生最轻微的短路故障时能可靠动作。它直接决定了低压保护电器动作的可靠性，是反映配电线路安全措施有效性的重要指标。低压保护电气的灵敏度主要包括熔断器的灵敏度以及断路器的灵敏度两方面，而提高保护电气灵敏度的措施主要有以下几点，具体内容为：

第一、保护电器的额定电流或整定电流值在大于线路计算电流（或要求的倍数）和能躲过短时过载电流的条件下尽量选小。

第二、尽量加大断路器保护的线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流，即降低线路的相线和中性线。

第三、采用低压断路器时选用带短延时保护的低压断路器。

第四、若带短延时保护的低压断路器灵敏度不能满足《规范》要求时，应采用零序电流保护或剩余电流动作保护。

3.线路保护的选择性与保护电器的灵敏度之间的关系

确保低压保护电器动作的选择性和提高保护电器的灵敏度是有矛盾的。在设计过程中只有正确整定参数，才可能做到两者兼顾。而对于最末一级线路的保护，在符合其它条件下选择性应尽量选低些以利于提高灵敏度，同时也有利于上级保护的选择性。若考虑技术经济的合理性出现了难以两者兼顾的情况，则应权衡利弊，有所取舍。例如在火灾爆炸危险环境和有触电危险的场所，应着重于提高保护电器的灵敏度，而对触电危险性不大而对供电可靠性有较高要求的场所，则应着重考虑线路保护的选择性。

4.低压保护电器选型方案

4.1低压保护电器应用现状

随着科学技术水平的不断发展与进步，传统以熔断器作为低压保护电器的方式存在种种不足，已经不适应社会的发展需求，只有少数旧小区以及生产装置在应用。目前，一些新小区以及生产装置中普遍应用的低压配电保护电气为低压断路器，这主要是因为其不仅可以遥控合闸、带电负载断开，而且还具有很多的保护功能，能够有效提高其安全性。

4.2配电线路故障特点

根据《规范》要求，配电线路应装设短路保护、过负载保护和接地故障保护。对于配电线路来说，主要故障为接地故障，约占所有配电线路故障的80～90%。而短路和接地故障发生在末端回路多，大约占至90%以上，特别是插座回路更是如此，因为插头、插座和移动电器及其导线和接头等较容易出现故障。对于电动机等用电设备来说，通常是过载多，短路故障较少，而过载通常用热继电器或电动机保护器保护，不会使终端配电箱内保护电器动作。

4.3低压保护电器选择

根据配电线路的故障特点和低压保护电器的级间选择性的配合情况，依照“技术先进，经济合理”的原则，对保护电器的选型方案建议如下：

第一、低压主开关柜内保护电器应选用选择型断路器。

第二、终端配电箱内保护电器通常选用非选择型断路器或漏电断路器，以提高保护电器灵敏度。

第三、对于一般设备，一般配电柜内保护电器宜选用熔断器，因为熔断器限流特性好，价格便宜，易满足选择性要求。但供电用电设备不多，且偶然停电影响不太大时，也可选用非选择型断路器。

第四、对于重要设备，各级均宜选用智能型断路器并采用ZSI技术确保级间选择性的配合，提高供电可靠性。

5.结束语

综上所述，随着我国工业化进程的不断推进，各类低压配电保护装置得到了广泛应用。可是人们却忽视了保护技术的不断改革与创新，传统的低压配电保护技术已经不适应社会的发展需求，给我们的工作与生活带来了一定的安全隐患。所以，在今后的发展过程中一定要积极探索更加安全、环保、可靠的低压配电保护技术。

【参考文献】

[1]李高峰.浅谈配电线路运行的继电保护技术与应用策略[J].机电信息，2013，06：29-31.

[2]王建国.谈低压控制保护电器[J].科技风，2010，01：13-15.

[3]裴文龙，张婷婷，何俊池.低压配电系统的保护[J].科技致富向导，2011，09：24-26.

低压配电自动化技术 篇4

1 高低压配电柜实现自动控制的必要性

实现高低压配电柜的自动控制, 可以明显提高其工作效率与工作质量, 其实现的必要性具体如下:第一, 可以有效提高系统的整体运行效果, 实现高低压配电柜自动控制之后, 高低压配电柜的工作效率会得到明显增强, 在此基础之上, 受其影响的电力系统与相关设备的整体功能也可以得到明显增强, 进而提高系统的整体运行效果, 所以从这一方面看, 实现高低压配电柜的自动控制很有必要;第二, 可以满足系统运行需要, 高低压配电柜除了满足电力与设备的基本控制需要之外, 还需要在其他相关方面加以改进, 以满足系统运行的实际需要, 因此, 从这一方面看, 也有其必要性;第三, 可以保证系统运行质量, 自动化控制可以在很大程度上减少人工干预, 也等于将失误率有效控制, 在运行的质量方面得到有效保证, 提高生产力, 因此, 实现高低压配电柜的自动控制对提高系统运行质量有重要意义。

2 高低压配电柜实现自动控制的具体措施

2.1 做好CPU软硬件设计

CPU软硬件作为实现高低压配电柜自动控制的重要组成部分, 在其设计上应给予充分重视, 在CPU软硬件的设计过程中, 应注意以下几点:第一, 在选择型号方面谨慎处理, 在CPU软硬件的选型过程中, 不仅要注意到所选择的CPU型号与高低压配电柜的匹配度, 还应该保证使所选择的CPU能够满足生产过程中的实际需要以及可以应付生产过程中的突发状况, 以达到实现自动控制后的高低压配电柜, 其工作效率与工作质量都有明显提高的目的, 如果CPU的型号与高低压配电柜不能完美匹配, 就会缩短高低压配电柜的使用寿命, 使成本成倍增加, 不利于企业的生产效益的提高;第二, 关注CPU相关程序的设计, 在保证CPU型号合适的前提下, 还需要设计好CPU的相关程序, 并在最大限度内保证程序的正确率, 才能使实现自动控制的高低压配电柜正常运转, 提高高低压配电柜的控制效果, 如果CPU程序的设计没有达到运行标准, 就会对高低压配电柜造成不同程度的破坏, 使其无法正常运行, 造成企业不必要的损失;第三, 保证CPU的运行过程无误, 在选择好CPU型号和设计好CPU相关程序之后, 整个系统便可以正常运转了, 但单单做好这些还不够, 在系统运行过程中, 还要保证CPU的整个程序运行无误, 如果在运行中出现问题, 不仅不能提高高低压配电柜的工作效率和工作质量, 还会造成不必要的损失, 延误生产, 为企业带来负面影响, 因此, 保证CPU程序的无误运行是整个CPU软硬件设计中比较重要的部分。

2.2 做好计算机控制系统设计

在进行高低压配电柜自动控制的改造过程中, 不仅要注重CPU的选型、程序设计以及程序运转工作, 还要对计算机的控制系统进行合理设计, 以保证改造后的高低压配电柜满足在日常生产活动中的各项需要, 现阶段的高低压配电柜计算机控制系统应从以下几个方面着手设计:第一, 在编程语言的选择上要有合理性, 比如, 采用VB编程语言来编写计算机控制系统的上位机界面, 这样可以方便相关控制人员通过鼠标来操纵工作车间中的电源通断, 一旦发生紧急事故, 可以及时切断事故车间的电源, 以降低事故损失与负面影响力, 同时, 该界面可以控制计算机在接收到CPU发出的指令数据时, 将数据进行快速解码, 并重新组合, 以命令的形式发送给下级装置, 大大提高了CPU的工作效率;第二, 优化配置计算机的控制系统, 在选择好合理的编程语言之后, 便需要对计算机的控制系统进行优化, 以保证高低压配电柜实现自动控制之后可以在领域内全面应用, 因此, 要运用全面分析技术, 找到该系统的核心控制点, 以完成对整个系统的自动化控制;第三, 保证改程序的编制可以在实际运作中满足各项需要, 程序的合理性和实用性也是计算机控制系统设计的关键, 根据运行的客观需求, 合理调整编程语言, 以达到满足控制需要的目的。

3 结论

本文通过对实现高低压配电柜自动控制的必要性以及具体措施的研究, 得知对高低压配电柜进行自动控制改造是非常有必要的, 应充分意识到该技术的重要性, 应用这项技术, 可以使高低压配电柜的工作质量和工作效率得到有效提高, 为工业生产提供良好的保障。

摘要：高低压配电柜是工业生产中必不可少的配电装置, 是对工业生产中电力和设备控制的关键, 一个功能良好、质量过关的高低压配电柜对工矿设备的控制效果有很大的积极作用。因此, 现阶段研究的主要课题, 便是如何使高低压配电柜的控制功能得到有效提高, 而实现其自动控制, 是目前比较有效的方法。本文以实现高低压配电柜自动控制的必要性为研究基点, 进一步讨论其实现的具体措施。

关键词：高低压配电柜,自动控制,具体措施

参考文献

[1]贾颖浩, 谢梁萍.高速公路服务区两种变配电装置选择方案优劣对比[J].河南科技, 2012, 12 (18) :154-155.

[2]薛俊鹏, 陈家涛.浅谈国内外低压配电柜的发展趋势[J].民营科技, 2014, 03 (15) :112-113.

低压配电自动化技术 篇5

随着科学技术的飞速发展, 特别是1956年第一只可控硅的诞生, 标志着人类社会进入了电力电子技术时代。先进的电力电子技术为我们的生活带来了极大的便利, 但同时, 这些电力电子技术产品产生大量的谐波, 危害电网本身和一些敏感负载。

作为电能质量的一项重要指标, 电力系统的谐波问题在世界范围内已得到了广泛的关注。国际电工委员会 (IEC) 和国际大电网会议都相继成立了专门的工作组, 开展谐波方面的研究工作。我国电力部门也相继出台了关于谐波管理的相关规定和规范。

近几年来, 随着通信业务的迅猛发展, 通信设备及机房用电增加, 大量的电力电子设备以及变频设备投入使用, 这些非线性负载产生了大量的谐波电流。谐波问题逐渐凸现在大家面前。大家开始重视谐波问题, 并采取有效措施对谐波电流进行限制。但总的来说, 谐波治理还未形成一个系统的技术指南与措施, 目前仅有通信行业标准《通信用不间断电源—UPS》 (YD/T 1095-2008) 中提到了对UPS的输入电流谐波含量的要求。

2 谐波的基本概念

2.1 谐波的定义

国际上公认的谐波含义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量, 其频率为基波频率的整数倍”。在国标GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》将谐波定义为“对周期性交流量进行傅立叶级数分解, 得到频率为基波频率大于1整数倍的分量”。也就是说, 如果对供电系统中的周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解, 除了得到与电网基波频率相同的分量, 还得到一系列大于电网基波频率的分量, 这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值 (n=fn/F) 称为谐波次数。

基波:指频率为F的正弦波, 即50Hz的正弦波。

谐波:指频率为F正整数倍的正弦波, 如3次为150Hz, 5次为250Hz等

如图1, 负载电流如箭头所指粗线波形, 用傅立叶级数可以将该电流分解为由基波、3次谐波、5次谐波组成。一般在电工领域, 主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制, 其频率范围一般为2≤n≤40, 当然, 在通信行业, 关注的谐波次数一般在13次以内。

2.2 描述谐波的相关参数

想要描述一个含有谐波的信号, 主要有如下几个参数来描述谐波的含量:

第h次谐波电压含有率HRUh:

式中 Uh——第h次谐波电压 (方均根值) ;

U1——基波电压 (方均根值) 。

第h次谐波电流含有率HRIh

式中 Ih——第h次谐波电流 (方均根值) ;

I1——基波电流 (方均根值) 。

谐波电压含量UH

谐波电流含量IH

电压总谐波畸变率THDu:

电流总谐波畸变率THDi:

3 谐波的产生

非线性负载是造成谐波电流的根本原因。一个有利的证明就是RCD类型的负载 (Resistance-CapacitorDiode) , 如图2所示, 大多数的电子设备都具有这种形式的输入电路。

这种电路在稳态情况下, 只有当交流电压的幅值大于电容C两端的电压时, 电容才得以充电, 在这期间内, 设备的输入阻抗很小 (二极管正向导通) , 而在这之前, 输入阻抗是很高的 (二极管反向截止) 。因此非线性负载的输入阻抗是按照加在其两端的电压而变化的。欧姆定律定义了线性负载的正弦电压与电流的函数关系, 但不再适用于非线性负载, 因为非线性负载的阻抗已不是恒定的, 而且电压与电流也不再是正弦波了。

对通信系统的供电设备来说, 主要产生谐波电流的设备是开关电源、UPS以及变频器。典型的六脉冲整流UPS产生大量的5次、7次、11次、13次谐波电流, 如图3是一台120 kVA六脉冲UPS的整流电路图, 图4是该整流器输入电流。总电流谐波含量约为THDI=30%。将谐波分解开来, 其中28%H5, 5%H7, 6%H11, 具体如图5。

4 谐波的影响

谐波的危害表现在多个方面, 如对电网、设备、配电等。对通信系统来说, 谐波的危害主要表现在以下几个方面。

4.1 对变压器的影响

对变压器而言, 谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加, 谐波电压则会增加铁损。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较, 谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是:这些由谐波所引起的额外损耗将与电流和频率的平方成比例上升, 进而导致变压器的基波负载容量下降。谐波电流的存在不仅使变压器发热, 还浪费电能。

按照法国标准NFC52-114, 变压器的降容折标系数由下述经验公式确定:

例如:1 000 kVA的变压器为6脉冲整流桥供电, 产生的谐波频谱为:H5=25%, H7=14%, H11=9%, H13=8% (THDI=31.08%) , 代入上式, 得到K=0.91, 即变压器的视在功率仅为910 kVA。

4.2 对电缆的影响

在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较, 非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由集肤效应所引起的, 电力电缆的集肤效应与流过电力电缆的频率有关, 频率越高就越显著。若电力电缆含有高于基波频率的谐波电流, 会造成更显著的集肤效应。这种效应如同增加导体交流电阻, 进而导致损耗增加, 继而使电力电缆发热。电缆的绝缘层受热易老化, 使电缆的使用寿命缩短。谐波电流流过电缆时, 附加损耗可以表示为

式中, Rh:h次谐波频率下的线路电阻。

Rh随频率升高而增加, 例如直径为0.76 cm的圆形导体, 其基波及5、7、11次谐波的交流电阻分别为直流电阻的1.01, 1.21, 1.35倍及1.65倍。导线的直径愈大, 因集肤效应而使谐波频率下的电阻增加愈明显, 谐波产生的附加损耗也越大。

电力电缆有额定电流。由于谐波电流的存在, 无形中减少了基波电流所能通过的量, 从而使得在选择电缆时, 要提高额定电流等级, 直接增加电缆的投资。

3倍数次谐波即使在负载平衡的情况下也会使中性线带电流, 并且此电流有可能等于甚至大于相电流。这就使得在选择电力电缆时, 要采用加大中性线的导线。这也会导致主材投资的增加。尤其在机楼规模较大, 需要用母线槽代替电力电缆作为配电主回路的材料时, 由于母线槽造价较为昂贵, 则因谐波影响导致选用较大电流额定值的母线槽所引起的投资增加会更多。

4.3 谐波对油机的影响

柴油发电机组的内阻相对市电来说大了很多, 非线性负载产生的谐波电流引起的电压畸变就大很多, 造成油机输出电压严重失真。这时, 如果油机的控制部分对严重失真的输出波形进行判断, 就可能会认为是过压、超频等原因, 从而造成油机停机;如果发电机为了保证输出电压的质量, 就必须降低输出功率。表1为不同非线性负载对柴油发电机组 (200 kVA) 输出电压畸变率的影响。

从表1可以看出, 为了保证输出电压畸变率在5%以内, 如果用户使用的是6脉冲整流负载, 则要求负载量不得超过发电机组额定输出功率的42%。当然, 一般情况下, 发电机负载除了UPS、开关电源外, 还支持照明、空调等设备工作, 这就使发电机的容量配置比较大, 上述的矛盾并不突出。但是在一些局站, 通信设备用电比较多, 而且绝大部分旧式开关电源是单相整流的 (如xx公司5 000系列) , 如果油机容量不大, 或者设备用电量超过油机容量的60%, 就容易发生输出电压不稳的情况。

随着电信业务的发展, 特别是数据业务的发展, UPS的容量越来越大, 在一些大型的数据、IDC中心, 往往发电机组的主要负载就是UPS, 这样使我们必须充分重视这些非线性负载所产生的谐波电流对发电机的影响。

4.4 谐波产生的干扰

谐波的存在, 会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感, 这种设备常常靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步而运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个线电压高于另一个线电压的位置点, 这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点 (电压过零点与电压位置点) 的判断错误可导致控制系统失控。计算机和一些其它电子设备, 如可编程控制器 (PLC) , 通常要求总谐波电压畸变率 (VTHD) 小于5%, 且个别谐波电压畸变率低于3%, 较高的畸变量可导致控制设备误动作, 进而造成生产或运行中断, 导致更大的经济损失。这也是为什么一些大型UPS控制板容易烧坏以及一些监控设备出现误动作的重要原因。另一方面, 由于谐波电压的存在, 电压产生了畸变, 这就让有些需判断电压是否正常的设备经常出现误动作, 如我们一般会在中央空调的水泵安装相序保护器, 当电压畸变比较大时, 相序保护器对三相的判断就会出现误判断, 从而出现误动作, 跳开开关来保护电机。

5 谐波与节能的关系

谐波电流的存在使负荷电流变大, 这些增加的谐波电流一方面产生畸变功率, 降低了电源设备的输入功率因数, 另一方面也在配电方面增加了损耗, 浪费电能。因此, 谐波治理与节能有着一定的关系。

5.1 谐波对功率因数的影响

谐波电流的大量存在, 将降低设备的输入功率因数。一般情况, 设备的输入功率因数如式 (5-1) :

式 (5-1) 中cosψ为相位差, 也就是说, 在不考虑相位差的情况下, 谐波含量对功率因数是有影响的, 具体的影响程度见表2。

由表2可见, 功率因数随着谐波的增多而降低。当谐波含量达50%的时候, 即使没有相位差, 功率因数也仅有0.89。从现场测量的数据看, 我们很多的六脉冲整流的UPS输入功率因数都在0.8左右, 有的甚至低于0.6。输入功率因数低一方面降低了设备的利用率, 另一方面也可能要多缴电费:一般在供电合同中都明确有规定, 用户功率因数在高峰负荷期间应达到coxψn (对于电信企业, 一般取0.9) , 高于这个标准可以少缴电费 (奖) , 低于这个标准则要多缴电费 (罚) 。

5.2 谐波电流增加损耗

首先是变压器。对变压器而言, 谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较, 谐波对变压器的整体影响是温升将会升高, 也就是损耗增加。另一方面是配电线路。因为线路是有阻抗的, 在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较, 非正弦波会有较高的热量。也就是谐波电流会引起电缆更高的温升。该额外温升是由电缆的集肤效应所引起的, 而这种现象还取决于频率及导体的尺寸。当谐波频率越高时, 导体的电阻就越大, 谐波产生的附加损耗也越大。如直径为0.76 cm的圆形导体, 其基波及5、7、11次谐波的交流电阻分别为直流电阻的1.01, 1.2 1, 1.35倍及1.65倍。因此, 可以说, 在相同电流有效值下, 谐波含量越高, 造成的损耗就越大。

5.3 注意事项

谐波治理对减少变压器的损耗还是有一定的作用, 但这个作用是否能从经济效益上体现还要有几个决定因素:一是供电部门对我们的电量计量方法是否采用高供高计, 即有专用变压器, 在高压端计量, 否则的话, 如果只计量低压, 减少的变压器损耗是不会在电费中体现的。二是谐波电流含量在变压器输出电流的比例以及谐波电流的大小。只有当谐波电流比较大, 且总谐波电流含量较高时, 谐波治理对减少变压器损耗才有较明显的效果。比如我们一些IDC机楼, 大量的使用了UPS系统设备 (当然这些UPS设备必须是电流谐波含量较高的, 如使用六脉冲整流器) , 谐波电流就会非常大, 这就会明显增大变压器的损耗。但是对于一般的电信综合楼, 能产生谐波的主要设备开关电源、UPS系统一般只占总用电量的30%左右, 这样在变压器端由谐波电流引起的损耗就相当有限了。

电信作为一般企业, 其配电损耗约占总耗电的0.6%左右, 当各种谐波源比较分散时, 要全面消除线缆的损耗, 就要在每个谐波源前安装滤波器, 而这样的全面治理是需要很大的投入的, 这种情况从经济角度考虑, 如果要从减少谐波电流来减少损耗从而达到节能目的, 其经济效益是不明显的。

6 谐波的治理

6.1 治理的原则

本着节省投资、合理利用资源的原则, 谐波治理时我们优先考虑一些开关电源、大型UPS较多, 容量较大的局站 (如IDC中心、电信大厦等) 。首先对这些设备进行谐波测试, 包括各电源设备低压配电的输出端和各电源设备的输入端, 如图6所示。一般在 (1) 处受测试条件限制, 如汇流排比较大, 分支较多, 仪表无法测量电流, 我们可以在 (1) 处只测电压。其他处电流电压都需要测。

(1) 如果测得任一处电压畸变度>5%, 应进行治理。

(2) 一般情况下, 由于系统容量比较大, 低压配电端 ( (1) 或 (2) ) 电压畸变率相对较小, 但是如果谐波电流总含量大 (>30%) , 特别是油机负荷率较高 (超过70%) 的局站, 应优先考虑治理。

(3) 在低压配电处测得电压、电流谐波含量都比较小, 但是有某套设备 (容量大, 负荷重) 的谐波电流含量特别大 (>40%) , 如大型UPS, 为减少安全隐患, 可考虑针对性治理。

6.2 治理的方法

对于电信低压系统来说, 由于现有系统结构已经基本固定, 谐波问题的解决一般只能通过加装滤波器来进行。滤波器的使用总体上可以分为两大类, 即使用有源滤波器滤波或使用LC无源滤波器进行滤波。

6.2.1 滤波器的选择

(1) 无源滤波器

如果系统谐波主要是由某次 (如三次) 谐波组成, 且用电负荷变化不大, 可以考虑使用无源滤波器。

无源滤波器造价低, 通过无源滤波器能有效地减小谐波。一般地, 无源滤波器由电容器和电抗器串联而成, 并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱”。理论上, 滤波器在其调谐频率处阻抗为零, 因此可吸收掉要滤出的谐波。

虽然无源滤波器具有简单、方便的优点, 但它也存在如下缺点:

①只能抑制固定的几次谐波, 并且可能对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大, 引起其他事故;

②只能补偿固定的无功功率, 对变化的无功负载不能进行精确补偿;

③其滤波特性依赖于电源阻抗, 受系统参数影响较大, 并且其滤波特性有时很难与调压要求相协调;

④不能完全滤除非特征谐波 (不同于滤波器调谐频率的谐波) , 例如由变频器产生的谐波;

⑤由于对其中的元件参数和可靠性要求较高, 且不能随时间和外界环境变化, 故对无源滤波器的制造工艺要求也很高;

⑥容易过载, 从而使系统内其他的滤波器承受较大的压力;

⑦对系统负荷变化较大的情况, 不宜采用;

⑧重量与体积较大。

(2) 有源滤波器

与无源滤波器相比, 有源滤波器具有高度可控制特性, 并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率, 其特性不受系统影响, 无谐波放大危险, 相对体积重量较小等突出优点, 因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。因此, 谐波治理主要是采用有源滤波器为主。

如图7所示, 有源滤波器系统主要由两大部分组成, 即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流, 然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流, 计算出主电路各开关器件的触发脉冲, 此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量, 从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。同样原理, 电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。

根据控制电路的控制方式, 有源滤波器的电路控制可以分为模拟追踪补偿方式和快速傅里叶级数方式。使用模拟追踪补偿方式的滤波器原理是将电源电流采样后, 将基波滤除, 而将剩下的谐波量翻转去抵消电源电流中的谐波, 采用此种方式响应速度快 (<1 ms) , 并且可以补偿2~50次谐波;使用快速傅里叶级数方式的滤波器原理是将电源电流采样后, 使用快速傅里叶级数计算的方式将其分解为各次波形, 然后可以针对其中的特定某次谐波进行消除。使用后一种方式由于需要采样至少一个完整的波形才能进行傅里叶级数的计算, 故响应速度一般在20~40 ms。

6.2.2 滤波器的安装

一般地, 可采用“就近”治理的原则。即哪台设备产生谐波厉害, 则在其输入前端加装滤波器。这样做的好处是可以将谐波电流的影响限制在最小范围。从图7可以看出, 在补偿点A向外到变压器电源端, 电流是经过滤波, 不含有谐波的, 而A点往后到负载端电流还是含有谐波的, 也就是说, 谐波治理的效果是从滤波器安装点往上级配电体现的。因此, 要从整个系统来消除谐波, 滤波器的安装就要靠近谐波源。再看图7, 方法一的安装点最靠近谐波源, 安装滤波器后, 该分支的UPS产生的谐波从该点开始往变压器方向就被滤掉了, 负载电流不再含有谐波。因此, 滤波器的安装首选就是靠近谐波源, 这样的效果是最好的。

7 适用场合和条件

谐波治理主要的场所是开关电源、大型UPS较多, 容量较大的局站, 如IDC中心、电信大厦等。

8 实际使用案例

某本地网信息大厦主要UPS设备配电结构如图8。该大厦UPS系统都为1+1系统, 测量谐波点如图8示:

(1) 测量的数据, 如表3、表4、表5、表6、表7:

表5 10楼400 A配电柜测量点2-1的数据表6 10楼100 kVAUPS的测量点2-2的数据

(2) 测试情况分析

从测试的结果看, 4楼100 kVA UPS主回路谐波含量达到49%, 总谐波电流约55 A, 其相应的上端配电屏谐波电流含量为30%, 谐波电流值达56 A;10楼100 kVA UPS主输入回路的电流谐波达到了60%。除10楼60 kVA的UPS输入功率因数较高, 其余的UPS系统输入功率因数均较低。因为该大厦配电系统容量较大, 该分支的变压器容量为1 000 kVA, 因此, 虽然各套UPS谐波含量较高, 但造成的电压畸变不是很大, 均未超过5%。根据上文提到的治理原则, 该大楼两套100 kVA的UPS系统输入谐波电流比较大, 远远大于30%, 其中一套达到了60%, 另一套也有49%, 因此, 应进行治理。由于两套UPS相隔比较远, 因此需分开进行单独治理。表8是各测量点测量结果比较。

(3) 治理方法

从谐波的具体含量可以看到, 主要是谐波分量有5、7次等, 因此选择安装有源滤波器。两套UPS相隔比较远, 因此要分别单独治理。安装地点选择在在4楼测量点1-2处及10楼测量点2-1处。再结合谐波电流的大小, 可以选用100 A的滤波器。

(4) 治理效果

安装滤波器后, 在测量点1-1及2-1处测量, 电流谐波总含量均小于10%, 功率因数大于0.95, 达到了预期的治理效果。

9 小结

随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大, 电力电子器件将会更广泛地使用, 谐波的问题可能会越来越多。因此, 大家应引起足够的重视关注谐波带来的问题。但是, 需注意的是:

(1) 谐波治理的主要目的是提高供电系统的稳定性和可靠性。

(2) 节能只是谐波治理的附带产物, 虽然有一定的效果, 但还要考虑供电结构、设备组成等实际情况。

因此, 在评估电源谐波治理项目时, 应着重于评估具体系统谐波对设备的实际影响程度, 而不能以基于节能投资回报作为项目立项的动因。我们应该认识到:谐波治理所带来的节能收益只是附带的效果, 消除谐波污染保障通信设备安全才是最重要的。

摘要：本文从谐波的原理入手详细介绍了谐波的概念、谐波的危害、谐波的治理等, 重点分析了谐波与节能的关系, 提出了谐波治理的节能应用条件和场合以及一些注意事项。

关键词：节能技术,低压配电系统,谐波,治理

参考文献

[1]GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》

煤矿配电低压无功补偿技术分析 篇6

1 煤矿配电低压无功补偿技术概述

1.1 煤矿配电低压无功补偿技术的内容

随着近年来经济的飞速发展, 世界各国的能源出现了紧缺的现象, 如何有效地节约能源, 一直是政府有关部门研究的问题。而配电低压无功补偿技术由于对节约电能有着重要的意义, 因此, 成为了现在大力推广的一种电力节能措施。具体来讲配电低压无功补偿技术在应用的过程中包括以下内容: (1) 集中补偿。集中补偿是低压配电系统中无功补偿方法中的一种, 在实际的工作中被广泛的应用, 其主要是针对变压器进行集中补偿, 可以有效的减少配电系统的压力, 保障企业的用电水平。 (2) 同步或静止补偿。同步或静止补偿与集中补偿不同, 其主要针对线路进行补偿, 尤其是针对较长距离的线路有着重要的作用。这种方法在运用的过程中一定要注意其装置的合理性, 应用的科学性。 (3) 分散补偿。分散补偿是相对于集中补偿而言的, 一般是对电力运输的最终环节进行补偿, 这种补偿方式相较于前两种补偿方式的优点更多, 更受广大用户的推崇。

1.2 煤矿配电低压无功补偿技术应用的意义

配电低压无功补偿技术应用在很多行业中, 煤矿企业由于其工作的特殊性, 因此, 应用配电低压无功补偿技术更为普遍。不同行业在工作内容, 工作需要, 机器种类, 机器规模等方面都存在着明显的不同, 配电低压无功补偿技术在不同行业的应用中稍有不同, 就煤矿企业而言, 其在运用配电低压无功补偿技术的过程中, 更侧重于煤矿企业的实际需要, 通过配电低压无功补偿技术的应用以达到降低损耗, 平稳电压的目的。具体来说, 配电低压无功补偿技术对于煤矿企业有如下意义: (1) 平稳电压。电压问题关系着整个电力的输送, 其直接影响着煤矿企业的正常工作, 因此, 如何对电压进行有效的稳定一直是煤矿工作者们急需解决的问题, 而配电低压无功补偿技术通过对低压进行稳定, 使煤矿企业在电力输送的过程中一直保持平稳电压, 保障了煤矿企业的正常工作。 (2) 减少能耗, 提高经济效益。煤矿企业由于用电量巨大, 因此, 其每年都要支付大量的电费, 间接的增加了煤矿开采的成本。煤矿配电低压无功补偿技术应用有效地减少了电能的损害, 降低了煤矿企业电力的消耗, 有效地减少了煤矿企业电费的支出, 提高了煤矿企业的经济效益。

2 煤矿配电低压无功补偿技术的应用

2.1 在配电变压器上的应用

要保障煤矿企业的电压维持在稳定状态, 有效的控制好配电变压器是关键。煤矿配电低压无功补偿技术在应用的过程中, 主要作用于配电变压器。一般而言煤矿企业的配电变压器的功率一般都维持在一定的范围之内很难对其进行有效的提高, 在长期的使用过程中, 经常会出现电压不稳, 电力资源浪费的现象, 这不利于煤矿工作的展开, 同时也增加了煤矿企业的经济负担。煤矿配电低压无功补偿技术通过低压补偿的方式有效的改变了配电变压器的功率, 提升了电力资源的利用率, 减少了电力运输过程中的电能损耗。具体讲煤矿配电低压无功补偿技术在配电变压器上的应用包括以下几个方面: (1) 合理选择补偿装置。要想有效的对配电变压器进行低压补偿, 合理的选择补偿装置是关键。在装置的选择过程中, 有关工作人员应从系统的运行, 配件的质量, 运行的安全等多方面考虑。 (2) 注重设备的检修与维护。煤矿企业的设备一般都具有较长时间的使用寿命, 由于长时间的使用在运行的过程中, 难免会出现一些问题, 影响煤矿配电低压无功补偿技术的使用, 因此, 在技术的应用过程中, 有关人员应注重设备的检修与维护, 保障煤矿配电低压无功补偿技术的顺利应用。

2.2 在低压配电网上的应用

在低压配电网上进行无功补偿也是煤矿配电低压无功补偿技术的一种应用, 这种补偿方式可以很好的对配电网中各个位置的电容器进行无功补偿, 维护电网的正常运行, 减少电网在运行过程中不必要的线路损耗。在对低压配电网进行无功补偿的过程中, 一般会运用多种无功补偿方法, 这包括了集中补偿, 分散补偿等多种方法。

3 无功补偿技术在应用过程中应注意的问题

3.1 注重专业技能的掌握, 加强监督力度

煤矿配电工作是煤矿各项工作中的重中之重, 因此, 在进行煤矿配电低压无功补偿技术的过程中, 有关管理人员应严把技术的应用质量, 保障煤矿配电的正常运行。具体来讲包括以下几个方面: (1) 注重专业技能的掌握。煤矿配电低压无功补偿技术与计算机技术相结合目前已经基本可以达到自动化的水平, 但是在实际的操作过程中, 仍然需要人力进行辅助与管理。因此, 为了更好的对煤矿配电低压无功补偿技术进行应用, 应积极地培养专业人才, 提高工作人员的专业技能, 保障煤矿配电低压无功补偿技术的顺利应用。 (2) 加强监督力度。监督工作是保障一个企业正常运行的关键, 因此, 煤矿企业在进行企业管理的过程中应注意监督工作的重要性。就煤矿配电低压无功补偿技术的应用来说, 煤矿企业管理人员应有针对性的对其进行有效的监督, 保障煤矿配电工作的质量。

3.2 注重安全问题, 提高安全系数

安全问题历来是煤矿企业关注的重点, 是煤矿企业的首要工作。安全问题存在于煤矿开采的多个方面, 任何一个环节出现疏漏都可能导致煤矿安全事故的出现, 因此, 在进行煤矿配电低压无功补偿技术的应用过程中, 煤矿企业应将安全问题放在首要位置, 保障技术运用的安全, 提高煤矿开采的安全系数。具体来讲煤矿企业管理人员应做到以下几个方面: (1) 选取高质量的装置与设备。质量决定着设备的使用水平以及使用寿命, 煤矿工作具有着一定的风险, 要想有效的降低风险, 就要对煤矿开采运用的各项设备进行严格的质量把关。因此, 煤矿配电系统中的所有设备以及计算机装置, 开关装置等都要达到国家标准, 确保各项设备的使用质量。 (2) 提前做好安全措施。防患于未然是煤矿企业工作的主要思想, 煤矿企业的管理人员应针对煤矿开采过程中的问题进行预测并制定出有效的安全措施。因此, 煤矿配电低压无功补偿技术的应用也不例外, 在技术进行应用之前, 有关工作人员就应就技术应用过程中可能出现的问题进行及早的预防, 确保技术使用的安全性。

4 结语

综上所述, 煤矿配电低压无功补偿技术对煤矿企业的工作有着重要的帮助作用, 是煤矿开采过程中不可或缺的一项技术, 因此, 煤矿企业应提高对煤矿配电低压无功补偿技术的重视, 积极将其推广到实际的工作中去, 确保我国煤矿开采工作的顺利进行。

摘要：煤矿配电低压无功补偿技术在我国大部分煤矿中均有运用, 其符合现在节能环保的理念, 可以有效的减少煤矿用电过程中的非必要损耗。因此, 文章就煤矿配电低压无功补偿技术进行简要的分析, 通过介绍加深对煤矿配电低压无功补偿技术的认识, 促进煤矿企业的发展。

关键词：煤矿,问题,应用

参考文献

[1]贾星岩.浅谈无功补偿技术在低压配电网络中的应用[J].中国科技财富, 2012 (16) :67-70.

[2]魏云利.浅论配电系统中智能低压无功补偿技术[J].中国科技纵横, 2013 (15) :45-49.

低压配电自动化技术 篇7

亚运城综合体育馆的工程总计算负荷为5 011.7 k W，安装变压器总容量为7 700 k VA，体操馆首层变配电所设置2台1 000 k VA和2台1 600 k VA共4台变压器，台壁球馆首层变配电所设置2台1 250 k VA的变压器。同时在体操馆选用1台1 200 k W、台壁球馆选用1台600 k W的发电机组用作应急供电电源。低压配电电压为交流220/380 V，配电系统接地型式采用TN-S系统。配电线路采用放射式为主，辅以树干式和混合配电方式。比赛用电、应急照明、消防设备、安防系统、弱电系统和场馆专用系统等均采用双回路专线供电，末端自动切换。

为保证供电的连续性，各智能化系统、安防系统、弱电系统和场馆专用系统等重要电子设备还采用不间断电源(UPS)供电;疏散标志灯及应急灯采用自带电池灯具，体操馆场地照明还考虑由UPS保障电源中断事故时安全照明的供电连续性。

为确保工程送电的安全、可靠，首先成立了送电小组，由组长、电气施工员、低压配电柜厂家工作人员、电气操作人员若干名组成，由组长编制送电方案并报公司主任工程师审批。送电的顺序按照方案执行，其中送电遵循的原则：开关按先电源侧后设备侧，逐级合闸。电柜送电分3大类：(1)各变压器出线对应的进线开关柜调试;(2) 2台变压器的负荷下的转换开关柜的切换调试;(3)市电与发电机的转换开关柜调试。配电箱送电分3大类：(1)一般的市电配电箱的调试;(2)双回路供电末端自动切换配电箱的调试;(3)不间断电源(UPS)供电的配电设备的调试。第(2)、(3)种方式都是在第(1)种方式调试完毕后，再看是否能正常转换，达到保障作用。

2 送电前的针对以往的通病进行检查

2.1 低压房的电柜检查

低压房的电柜检查包括：(1)抽屉开关的手动操作检查，在送前上，每个开关都是处于断开状态;(2)电柜内部二次电线的检测，重点检查接地点及接地情况;(3)互感器检测：电压互感器回路不应短路、电流互感器回路不应开路;(4)转换开关柜的电气联锁接线的检查，包括发电机转换柜的联锁接线;(5)电柜内的杂质检查，看是否有工具、多余螺丝、螺母等导电物质遗留在柜内;(6)对柜内开关的所有螺丝固定情况进行全面检查，看是否牢固，必须有渡彩弹介;(7)柜内母排上的螺栓突出长度检查，留出长度必须符合规范要求;(8)检查各回路电缆与开关是否对应。

2.2 各下级配电柜/箱的检查

各下级配电柜/箱的检查包括：(1)箱内杂质检查，主要是施工墙灰及铜屑等杂质(以往质量通病：小杂物落在开关上端，通电后，时间长引起开关加速发热);(2)电缆与开关箱的对应检查。

2.3 各低压柜出线回路电缆/电线绝缘检测

对各低压柜出线回路电缆/电线绝缘检测，并记录相关数据。

2.4 配电柜及各级配电箱的接地检查和检测

做好送电前的柜、箱检查后，组织分配工作人员，通过对讲机交流。邀请了10 k V的施工单位的3位工作人员配合调试工作，分别是高压指挥员、高压操作员、监护员。低压配电房内至少有4个人，一为指挥员，二为监护员，三为操作员，四为检测员，检测员可以有多名。其他位置各自配置2人，分别为操作员和监护员。除了指挥员可以不用戴绝缘手套及穿绝缘鞋，其他工作人员都要穿戴，一切听从指挥员的指挥。

3 单一变压器的一组低压开关柜调试

3.1 开始合闸

(1)操作抽屉开关，用配套的开关钥匙打开锁定在抽架的锁;(2)按下摇进装置同时用摇把用力均匀的摇进开关，直到听到开关进位声并位置指示指在“试验”处;(3)操作员两手拇指同时放在开关的分闸按钮(0)和合闸按钮(I)位置，听指挥员口令，合闸分闸，一般合分3次，都是快速合分;(4)操作机构储能手柄，也是快速合分3次;(5)再把开关摇进直到开关到位，指示在“运行”位置。

3.2 正式合闸

第一次合闸后快速的分闸，确保无事故后，再合闸。(1)检查电压，观察三相指示灯是否着亮，调整功率因数表及各种仪表;(2)在各种指示正常稳定下，通过对讲机联系要送电的下级操作人员和监护员，预送回路关开，快速合分开关，再通话，确保无事故，正式合回路开关;(3)下级开关箱操作人员检测三相电压，确保箱的总开关合分正常，并汇报回低压房指挥员;(4)各回路按第(2)、(3)点送电。

3.3 两台变压器负荷的转换调试

在各台变压器的负荷开关柜独立调试完毕后，分手动与自动二次调试转换开关柜。第一台变压器工作，第二台变压器不工作的情况下，手动合闸转换柜，合闸的步骤参照单独调试的第1至第6点操作。同样第二台工作，第一台不工作的情况下合闸。在手动状态下都能相互切换的情况下，把转换开关柜调到自动状态下，两台变压器都工作，把任意一台变压器断电，看转换柜是否能自动切换电源。

3.4 市电与发电机电源的转换调试

在发电机组单独调试完毕后，设定应急启动时间，把发电机切换柜调到自动状态下，在变压器工作后，试验操作让其断开，看发电机是否能在整定时间内起动。

3.5 双电源箱的电源末端切换调试

从施工临电箱拉来临电接入双电源开关，把双电源开关调到市电状态，形成正常的末端双回路供电，双电源箱上级开关合闸后，把双电源开关合上，这时检测双电源开关上端是否都带电正常。如果正常，分开双电源市电上级开关，看双电源开关是否能正常转换。每个双电源开关箱都是按照上述方法调试，逐一调试。

3.6 UP S电源与市电的转换调试

在UPS单体调试完毕后，让重要电子设备或保障安全照明在市电的状态下正常工作。试验操作让其断开，看重要电子设备或保障安全照明是否能保持工作状态，来判断UPS是否能起到保障供电的连续性，确保电源不间断。

各类送电都要记录数据并及时整理、归档。

摘要：通过施工实践, 避开以往施工质量通病, 提高低压配电送电的安全性及可靠性。

关键词：低压配电,检查,安全,送电调试

参考文献

[1]GB50303—2002建筑电气工程施工质量验收规范

[2]GB50254—96电气装置安装工程低压电路施工及验收规范及条文说明

[3]GB50168—2006电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范

低压配电自动化技术 篇8

关键词：低压直流配电,电力系统配电网,传输损耗

0 引言

近年来,高压直流输电技术广泛应用于电力系统中,低压直流配电(LVDC)技术也逐渐受到国外学者的关注[1,2]。人类早期配电系统被设计为直流系统[3],但由于当时直流输电电压低、输送容量小、输送距离不可能长等因素以及交流系统的优越性被迅速取代,近年来随着电力电子技术的不断成熟,直流输配电的主要元件——换流器造价降低及耐压值、过流量的提高,使得直流输配电再次受到人们的重视。直流配电与交流相比的优越性主要有二:(1)输电线路电感对直流电流无阻碍作用,直流配电可提高电能传送能力;(2)直流配电电压要高于交流配电电压,这使得电能传输距离以及电能质量得到了保证。

本文介绍了LVDC的类型、主要元件并分析了LVDC换流器理论,并针对LVDC存在的诸如谐波、无功功率补偿等问题进行了说明。

1 低压直流配电的分类与主要元件

高压直流输电技术(High Voltage Direct Current以下简称HVDC)在世界范围内迅速发展,其技术日臻成熟。2009年12月8日,云南至广东特高压直流输电工程带线路从0 k V成功升压至800 k V,成为世界上第一个±800 k V特高压直流输电工程。交流配电网络配网线路长且传输能力弱,当依靠更换线路提高输送容量不经济时直流配电便成为了一种选择。本段对低压直流配电(Low Voltage Direct Current以下简称LVDC)的分类以及LVDC组成元件进行了介绍。

1.1 低压直流配电的分类

1.1.1 按拓扑分类

按拓扑LVDC可分为两种:类似高压输电型、辐射型[1,2]。类似高压输电型参见图1,两个交流系统靠一条直流线路相连。用户与直流系统相连,多个用户从一个变流器取电。辐射型参见图2。用户不直接与直流系统相连,每一个用户对应一个变流器。

1.1.2 按直流系统输电连接分类

按直流系统输电连接可分为两类:单极型、双极型。

单极连接的基本接线如图3所示。它用一条导线,通常是负极性。以大地或水为返回回路。在大地电阻率太高或对地下/水下金属结构产生可能的干扰情况下,不用大地作回路,而用金属回路。作为金属回路的导线将在低电压下运行。双极连接的接线如图4所示。它有两条导线,一正一负。每端在直流侧串接两个额定电压相等的换流器,两极可独立运行。

大地电流对距离系统较近的煤气或天然气管道局部有副作用。这些管道对大地电流相当于导体,从而造成金属腐蚀。因此以大地作为回路的问题需要进一步考虑。

1.2 LVDC的元件

包含直流配电系统主要元件的示意图见图5。下面简述各元件情况。

1.2.1 换流器

换流器的主要功能是完成交流/直流和直流/交流的变换,由阀桥和带负载调分接头的变压器组成。阀桥由电力电子元件组成6脉波或12脉波电路来组成。

1.2.2 平波电抗器

它是大型电抗器,串联在换流站每个极上。主要用途为:

(1)直流线路内减小谐波电压和电流。

(2)防止逆变器换相失败。

(3)防止轻载电流不连续。

(4)直流线路发生短路时,限制整流器的峰值电流。

1.2.3 滤波器

换流器由电力电子器件组成,在交直流侧均会产生谐波。谐波对电力系统、电力设备产生不利影响。所以交直流侧均需配有滤波器。

1.2.4 无功源

在2.2中可知,换流器本身需要吸收无功功率。所以换流器附近需要安装无功功率补偿设备,交流滤波器中的电容器也会为系统提供部分无功功率。

1.2.5 接地

多数直流系统设计为以大地作为接地,当大地电流过大或由于大地电阻率过高从而引发接地电压过大需要安装接地极。

1.2.6 直流线路

直流线路可以是架空线或电缆。除导线数目和所需空间外,交/直流线路有很高的相似性。

2 换流器理论

2.1 换流器电路

三相全波桥式电路见图6,是LVDC的基本模块。虽然还有其它接线模式,但三相全波桥式电路使换流变压器有较高的利用率。换流变压器在交流侧具有控制电压用的带负载调压分接头。变压器交流侧绕组通常接成中性点接地的星形接线,换流侧绕组通常用三角形接线或中性点不接地的星形接线。

2.1.1 三相全波桥式电路

为了分析,可作如下假定:

(1)包括换流变压器在内的交流系统,用一个恒定电压和恒定频率的理想电源表示。

(2)直流电流(Id)恒定无纹波,即Id为常量。这是因为在直流侧用了大型平波电抗,所以这个假定是合理的。

(3)电力电子器件是理想开关器:导通时电阻为零,关断时电阻无限大。

定义:

Em为变压器二次测相电压峰值;

Vd为整流桥平均直流电压;

α为晶闸管触发延迟角;

ELN为电源相电压有效值;

φ为整流电路交流输入侧功率因数角即基频线电流落后于相电压的角度。

令电源相电压瞬时值:

无触发延时条件下:

平均直流电压[4,5,6]:

折算成相电压有效值(ELN)和线电压有效值(ELL),Vd0的表达式变为:

Vd0为理想空载直流电压。

由上可见,直流配电提高了线路输送电压。输送电压的提高可以改善线路传输容量降低输电损耗。

计及触发延时条件下:

控制电路可用触发电力电子器件延时,其延时角用α表示,α∈(0~180°),与α/ω秒的延迟时间相对应。

平均直流电压:

因此延时触发角的影响是使直流平均电压减小了cosα倍。由于α∈(0~180°),cosα∈(+1~-1)。当α∈(0~90°),Vd从Vd0减小到0,变流器运行在整流状态。当α∈(90°~180°),Vd从0减小到-Vd0,由于阀的单相导通性,直流电流Id方向并不会改变,在此直流电压与直流电流乘积为负,换句话说换流器从交流系统吸收功率为负,即有功功率由直流系统流向交流系统。变流器把直流电能转换为交流电能运行在逆变状态。

2.2 交流电流与相位的关系

交流侧线电流波形如图7所示。

根据假定,直流电流Id为常数。变流器输入侧交流电流为以幅值为Id,持续时间为2π/3弧度的矩形脉波而出现的,见图7。交流电流的波形与α无关,只是其相位随α变化。

交流线电流的有效值I2为:

交流线电流基波分量有效值IL1为:

忽略换流器的损耗,交流功率等于直流功率。因此,3ELNIL1cosφ=VdId=(Vd0cosα)Id。

根据公式(2)、(4)、(6)得出基波功率因数:

根据式公式(4)、(6)得出换流器是将交流变为直流(或直流变为交流),其电流变比固定,电压可通过触发延迟角α来控制。基波功率因数cosφ由α来控制。α从0°增加到90°,有功功率Pa为正,不断减小,无功功率Qa为正,不断增加;α=90°时Pa=0、Qa达到最大;α从90°增加到180°,有功功率Pa为负其绝对值不断增大,无功功率Qa为正,逐渐减小。综上所述,不管换流器工作在整流还是逆变状态,它都要从系统吸收无功功率。考虑到当α在26°附近时,无功功率消耗的值达到50%的有功功率,因此无功补偿变得尤为重要。

2.3 逆变器

与HVDC逆变侧的交流输出不同,LVDC的交流输出可以是单相。这是因为对低压配电网一般以辐射型为主,直流配电线路多数情况下连接的是电源和用户。配电系统中一部分用户(例如:居民、商业用电)只需要单相交流电,从而逆变单元可选择单相逆变或三相逆变。

参考文献[2]分析了半桥与全桥电压型逆变电路,指出全桥逆变电路由于其均压电容器易于选择而较半桥逆变电路具有优越性。关于全桥逆变电路理论在此不再赘述,见参考文献[6]。

3 低压直流配电存在的技术问题

3.1 谐波

在电力电子技术大量应用之后,它便成为了电力系统谐波的主要来源[7]。LVDC的主要装置——变流器由电力电子电路组成,本节分析了变流器的谐波特性,并对滤波器的设计进行了简要说明。

3.1.1 低压直流配电交流侧谐波

图7显示了整流输入侧也可以说变压器二次侧交流电流波形。此波形是在没有换相重叠、无脉动的直流电流、对称的纯正弦换相电压和换流器等间隔触发脉冲这些假定条件下得出的。对图7的电流进行傅立叶变换,将电流正负半波重点作为零点,则有:

以上公式(8)、(9)是变压器二次侧电流,变压器一次侧电流随变压器联结方式不同而变化。若变压器为Yy0联结,则一、二次电压与电流的波形和相位均相同;若变压器为Yd11联结,则由于不同次数的谐波其相序不同,经变压器移相的角度也因此不同,从而一、二次侧电流相位波形有所不同。

利用上面所述由变压器联结不同引起的变化,可构成多相整流电路,如12脉波电路。在12脉波电路中有带变压器的两个6脉波桥,一个变压器接成Yy0,另一个接成Yd11。

其变压器一次侧电流谐波如下,详细分析见参考文献[7]:

两个整流桥的5、7、11、13,…次谐波相互抵消,注入电网的只有12k±1(k为整数)。类似通过依次相差20°的三个变压器分别供电的三个整流桥可构成18相整流电路,其网侧只含18k±1次谐波电流。

3.1.2 滤波器

谐波在换流桥必须充分滤除,否则会对交流设备产生不利影响并引发谐振。目前已知谐波的方法有两种[7]:一是补偿的方法即设置滤波器;二是改造谐波源,如提高整流装置的相数。本节主要介绍LC滤波器。谐波对交流系统的影响与交流网络的谐波阻抗有关,这个阻抗难以确定且随系统运行方式变化而改变。所以在滤波器设计上要综合考虑各方面因素。

一个针对12脉波换流器的滤波器如图8所示。11、13次谐波的滤除依靠两个串联谐振支路获得。高次谐波则由高通滤波器消除。

无功补偿的部分功能可通过滤波器的电容来实现,这样不但减轻了无功补偿设备的负担,同时可以降低成本。

3.2 谐波与无功补偿

电力系统电压控制的主要方法就是无功功率控制,加之LVDC有较大的无功功率损耗,无功补偿技术变得尤为重要。控制无功功率方法有许多,并联电容器由于其经济简单、方便灵活已逐渐成为一种主要方式。并联电容器的补偿原理及方式本节不再讨论,下面主要介绍谐波和并联电容器的相互影响。

3.2.1 谐波对并联电容器影响

谐波电流叠加在电容器基波电流上造成电容器电流有效值增加,温升升高甚至过热而降低电容器寿命。

谐波电压叠加在电容器基波电压上使得电容器电压峰值增加,影响使用寿命。

3.2.2 并联电容器对谐波影响

并联电容器投入系统中后,系统的谐波阻抗发生变化,既可能为感性也可能为容性。对于特定谐波,并联电容器有可能与系统发生并联谐振。

3.3 电力电子元件可靠性

配电系统引入变流器的一个挑战就是电力电子元件的寿命、触发电路不可靠以及电力电子器件的故障。寿命问题增加了维护成本以及整个换流器的成本。触发电路不可靠以及电力电子器件的故障导致逆变失败从而引发短路或保护设备误动[1]。

3.4 低压直流配电的电能质量标准

LVDC联结了两个交流系统,用户侧交流用电以及整流变压器一次侧电能质量的评价应服从交流系统的要求。

换流器的谐波标准可参考GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》。

LVDC其目的是为了更加有效地传送电能,因此必须对换流器的效率以及直流线路电压有所要求。此外,由于电力电子元件本身的特点,应对其使用寿命、连续运行时间、误动作率一一做出相关的要求。

4 结语

本文对LVDC系统的类型、元件组成、换流器理论及存在的问题进行了简要的分析。

相比于交流配电,直流配电在电能传送能力、线路损耗、电压质量、经济性方面有其优越性。但LVDC本身也存在着一些问题例如:谐波、较高的无功功率损耗、电力电子设备的寿命以及其较难的控制性等等。

LVDC是电气领域一个新的课题,其系统设计、设备选型、电能质量要求将是进一步的研究方向。

参考文献

[1]Pasi Salonen,Tero Kaipia,Pasi Nuutinen et al.An LVDC Distribution System Concept[J]Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics,2008(6).

[2]Pasi Nuutinen,Pasi Salonen,Pasi Peltoniemi et al.Customer-End Inverter in an LVDC Distribution Network[J].Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics,2008(6).

[3]陈珩.电力系统稳态分析[M].北京:中国电力出版社,1995.

[4]王锡凡.现代电力系统分析[M].北京:科学出版社,2001:55-59.

[5]Prabha Kundur.电力系统稳定与控制[M].北京:中国电力出版社,2002.

[6]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].第4版.北京:机械工业出版社,2001.

低压配电自动化技术 篇9

随着电力系统规模的快速发展, 电源容量不断扩大, 系统中的短路电流也随之增大。据统计, 超过90%的电力系统故障都发生在中低压配电系统中, 而短路故障是电力系统中最常见、危害最大的电气故障之一, 所以, 分析和研究低压配电系统的短路电流限制技术具有十分重要的实际意义。

1 低压配电系统短路电流带来的危害

短路故障引起的短路电流, 其带来的热效应及电动力不仅会造成故障电气设备本身的严重损坏, 还会殃及其相关的非故障设备, 影响到整个配电系统的稳定运行, 甚至会危及人身安全。同时, 为了适应越来越高的预期短路电流, 相关的电气设备不得不相应地提高动热稳定性能, 其中开关设备的短路分断能力也要相应提高, 这些因素都将导致电气设备的投入成本大幅度提高。因此, 短路电流限制技术一直是国内外电气设计人员和制造厂商研究的热点。

2 低压配电系统短路电流限制技术的发展

低压配电系统短路电流限制技术的研究主要从两个角度出发, 一是从电源本身着手, 提高其阻抗或者降低系统容量。提高电源阻抗一般是通过提高变压器阻抗或者串联电抗器的方法实现, 这种方法技术成熟、效果明显, 但会导致系统的损耗变大。而降低系统容量则是通过合理选择电源的接线方式, 比如采用变压器低压侧分列运行的方式, 实施简单、成本低, 但系统的可靠性会相应变差, 必要时需增加备用电源自动投入装置, 而且这种方法不适用于单机容量比较大的系统。

另一个角度则是从进线及馈线回路的开关元件出发, 采用各种快速的短路电流检测和分断技术, 有效地限制和降低开关元件负载侧的短路电流, 如市场上广泛采用的双断点技术、各种新型灭弧技术、快速动作的操作机构等。

对于进线开关, 快速地分断必然会与整个系统的连接性运行产生冲突, 为了实现IEC 60947-2和GB 14048.2定义的选择性保护, 可以采用诸如断路器的区域选择功能, 而对于IEC 60947-2和GB14048.2定义的后备保护, 则正是利用电源侧断路器快速限流的特性, 帮助负载侧的 (通常是多个) 装置分断高于它们自身分断能力的短路电流, 这种应用方案显然具有更高的经济性。

3 基于高分断微型断路器技术的自复位短路电流限制器

本公司于1923年发明了全球第一台微型断路器, 经过90多年的更新完善, 如今, 微型断路器已经广泛应用于工业及民用低压配电的末端 (即终端配电保护领域) 。近年来, 市场上终端配电保护方面的新产品、新技术不断涌现, S800-SCL-SR自复位短路电流限制器 (图1) 即是其中的创新型产品之一, 它是在高分断微型断路器S800系列产品 (图2) 的相关技术基础上研发出来的。

S800系列高分断微型断路器的额定极限短路分断能力高达50k A, 这主要得益于其双灭弧室的创新设计, 使其具备优异的限制短路电流特性。以发生50k A预期短路电流为例, 该高分断微型断路器 (In=125A, Un=240/415V) 的允通能量仅为98 600A2s, 允通限流仅为12 000A, 可以于1.5~2ms瞬间安全地灭弧, 而常规产品的灭弧时间通常需要6ms。为了在单极宽度只有27mm的紧凑尺寸下实现上述性能, 该产品的设计方面还做到了耐高温、耐高压、有效降温和释放气流、触头抗粘连, 可耐电弧温度达到8 000℃, 短路瞬间可耐气压12bar, 增加了降低气压的排气通道等。

S800-SCL-SR是基于S800技术的自动复位短路电流限制模块, 与下游的保护装置配合使用, 在发生短路时, 电流达到8In~12In, 触头打开但不脱扣, 有效地限制短路电流, 直到其下游的保护装置脱扣, 切断故障电流, 电流低于8In时自动复位, 与下游保护装置并联的所有分支回路保持正常运行。如果把两个自复位短路电流限制器串联使用, 可以把短路分断能力提高到100k A (690VAC) , 自复位短路电流限制器工作原理如图3所示。

4 短路电流限制器的应用

因为有些特殊应用场合的预期短路电流较高, 而常规低压开关的短路分断能力有限, 无法满足要求, 这使得自复位短路电流限制器得以广泛应用。S800-SCL-SR可以和S800或手动电动机启动器 (MMS) 配合使用, 既可以与单个断路器或电动机启动器配合使用, 也可以与多个断路器或电动机启动器配合使用。常用的三种典型应用如图4所示。

风力发电设备中的电动机控制方案就是自复位短路电流限制器的典型应用之一。MMS在交流400V电压下, 短路分断能力Icu通常能够达到50~100k A, 但在风力发电设备中, 电动机的工作电压为交流690V, 相应的MMS短路分断能力通常只有不到10k A, 狭小的安装空间又不允许选用体积较大的塑壳断路器等设备。因此, 结构紧凑、限流能力突出、类似S800-SCL-SR的自复位短路电流限制器成为了理想的解决方案。根据厂家提供的技术资料, 手动电动机启动器MS132-4.0及以上规格在690VAC下的Icu为3k A, 显然不能满足系统的要求, 但是S800-SCL-SR与MS132组成的组合方案在690VAC下的Icu达到50k A, 大幅度提高了组合保护方案的短路分断能力, 且一个自复位限流器可以在下游带多个MMS, 经济性较好。

船舶行业的低压配电盘通常离变压器较近, 因而除了工作电压 (690VAC) 较高之外, 预期短路电流值也比较大, 加之空间有限, 自复位短路电流限制器得以广泛应用, 包括应用在船舶自身、船厂的起重机、接驳支柱、码头的设备电源等场所。以S800-SCL-SR与S800S组成的组合方案为例, 其中S800S独立使用在690VAC场合下的Icu为4.5~6k A;而与自复位短路电流限制器配合使用, 组合方案的Icu达到50k A (690VAC) , 达到这一性能主要依靠的就是自复位短路电流限制器的限流作用。

此外, 自复位短路电流限制器还广泛应用于电厂和低压配电柜, 如MNS系列低压配电柜的出线单元等, 这些应用场合的共同特点都是电压高、短路电流大、空间有限。

5结束语

基于高分断微型断路器技术的自复位短路电流限制器能够有效地限制短路电流, 因而可以满足高达100 k A预期短路电流的保护要求, 与断路器或者MMS配合, 能够为线路或者电动机保护应用需求提供尺寸紧凑的解决方案, 一个自复位短路电流限制器可以带多个下游设备, 所以经济性较高, 同时, 由于自复位短路电流限制器在短路故障切除后能够自动闭合, 其他下游设备及负载依然保持正常运行, 可见该组合方案具有完全选择性, 可以确保整个系统运行的连续性, 满足大多数工业包括重工业、钢铁、造纸、船舶、风力发电及采矿等行业的应用要求。

摘要：分析了市场上各种常用的低压配电系统短路电流限制技术的特点, 详细介绍了基于高分断微型断路器技术的新型短路电流限制方案自复位短路电流限制器, 以及该方案在新能源、船舶等领域的应用。