启动备用电源（精选7篇）
启动备用电源 篇1
火力发电厂的同期操作是将发电机投入电力系统参加同步并列运行的操作。同期操作需借助于同期电压和同期装置来实现。在发电厂中, 通常把进行同期操作的同期装置和同期电压连接关系的回路叫做同期系统。
同期操作是一项非常重要的操作, 若误操作会造成非同步并列, 给电力系统带来及其严重的后果:可能产生巨大的冲击电流;引起电力系统电压严重下降;可能使电力系统发生振荡以至于瓦解。而巨大的冲击电流将产生强大的电动力, 可能对电气设备造成严重的损坏。
而当一个发电厂启动备用电源与送出线路分属不同电网时, 同期并列运行方式尤其重要。厂用电工作电源、备用电源的同期切换必须在解列的条件下进行, 防止不同电网间的并列运行。
1 厂内同期运行方式
某大型坑口发电厂一期工程安装6*350MW汽轮发电机组, 每台机组配备一台550±2×2.5%/21KV升压变压器经500KV升压站输出线路给华东电网供电;同时配备一台21±2×2.5%/6.3/6.3KV与一台21±2×2.5%/38.5/6.3KV高压厂用变压器给厂用系统及公用系统供电。而启动备用电源引至华北电网经220±2×2.5%/38.5/6.3KV高压启动备用变压器给发电机启动时提供启用备用电源。具体电气接线图如图一所示:
⑴当#1发电机组经500KV升压站5011开关并网运行于华东网时, 厂内35KVⅠ段经工作电源开关00BDA03、6KV厂用Ⅰ段经工作电源开关10BBA01、6KV厂用Ⅱ段经工作电源开关10BBB01、6KV公用Ⅰ段经工作电源开关01BCA01随机组运行于华东网;接于华北网的#1启备变通过厂内35KVⅠ段备用电源开关00BDA01、6KV厂用Ⅰ段备用电源开关10BBA03、6KV厂用Ⅱ段备用电源开关10BBB03、6KV公用Ⅰ段备用电源开关01BCA20作为其备用电源。
⑵当#1发电机组停机时, 必须先通过500KV升压站断开5011开关将发电机组与华东网解列, 即发动机组自带厂用电后再进行厂内35KVⅠ段备用电源开关00BDA01与工作电源开关00BDA03、6KV厂用Ⅰ段备用电源开关10BBA03与工作电源开关10BBA01、6KV厂用Ⅱ段备用电源开关10BBB03与工作电源开关10BBB01、6KV公用Ⅰ段备用电源开关01BCA20与工作电源开关01BCA01同期切换;切换后汽轮机打闸, 发电机停运;此时厂内35KVⅠ段、6KV厂用Ⅰ段、6KV厂用Ⅱ段、6KV公用Ⅰ段经备用电源开关运行于华北网。
⑶当#1发电机组启机并网时, 当发电机达到额定转速起励正常后必须先将厂内35KVⅠ段、6KV厂用Ⅰ段、6KV厂用Ⅱ段、6KV公用Ⅰ段由华北网备用电源到#1、#2高厂变工作电源的同期切换后, 即厂用电与华北网解列后再进行机组与华东网的同期并网操作。
2 存在危险
由运行方式分析可知在厂内公用系统存在多点非同期点, 在这些非同期点严禁并列运行。当如图二运行方式时:
备注:图中实心开关表示合闸状态, 空心开关表示分闸状态。
当#1机组运行、#2机组停运时, 此时厂内35KVⅠ段由#1机组#2高厂变带, 属于华东网, 厂内35KVⅡ段由#2启备变带, 属于华北网;6KV公用Ⅰ段由#1机组#2高厂变带, 属于华东网, 6KV公用Ⅱ段由#2启备变带, 属于华北网。
在此种运行方式下, 图二中云线框住的开关严禁合闸, 即厂内35KVⅠ、Ⅱ段, 6KV公用Ⅰ、Ⅱ段, 380V公用化学水处理Ⅰ、Ⅱ段严禁并列运行。如果云线框住的开关误合闸将造成华北网与华东网的并列运行, 由于不同电网间运行参数存在差异, 不同电网的并列运行会造成电力系统振荡, 造成电力系统重特大事故。
3 预防措施
3.1 开关逻辑闭锁
3.1.1 380V公用系统
在厂内380V公用系统输煤、煤场、空压机、除灰、化学、污水、网控、综合泵房PCⅠ、Ⅱ段母联开关合、跳闸回路设置闭锁。具体电气接线图如图三所示:
从图三中看出在Ⅰ、Ⅱ段母联开关合闸回路并联接入Ⅰ、Ⅱ段进线开关在分闸位辅助闭接点, 即只有在Ⅰ、Ⅱ段进线开关至少有一个在分闸位才允许Ⅰ、Ⅱ段母联开关合闸;在跳闸回路串联接入Ⅰ、Ⅱ段进线开关在分闸位辅助开接点, 当Ⅰ、Ⅱ段进线开关全部在合闸位时, Ⅰ、Ⅱ段母联开关合闸回路不通, 跳闸回路接通。确保Ⅰ、Ⅱ段进线开关和母联开关不同时在合闸位, 防止图二中华东网与华北网非同期并列运行情况的发生。
3.1.2 35KV/6KV系统
厂内35KV、6KV厂用以及6KV公用系统因为需要在单元集控室进行同期操作, 所以不能在电气控制回路设置进行相关电气闭锁。在厂内35KV、6KV厂用以及6KV公用系统工作电源开关和备用电源开关同期操作加入了主变高压侧500KV开关位置条件, 只有在主变高压侧500KV开关在分闸位置, 即发电机组与华东网解列情况下才允许进行厂内35KV、6KV厂用以及6KV公用系统工作电源开关和备用电源开关的同期操作。
3.2 制定相关运行操作规程
为防止厂内35KVⅠ、Ⅱ段, 6KV公用Ⅰ、Ⅱ段及380V公用Ⅰ、Ⅱ段母联开关的非同期合闸造成不同电网的非同期并网制定了相关的运行操作规程。
3.2.1 厂内35KV系统
由于厂内35KV系统是给水源地供电, 可短时停电。所以在机组事故停机厂用电切换时将35KV工作电源开关 (00BDA03) 到备用电源开关 (00BDA01) 的快切退出运行, 当事故停机时, 35KV段工作电源开关 (00BDA03) 跳闸母线失电后, 由运行操作人员现场将工作电源开关 (00BDA03) 拉至隔离位后再远方操作合上备用电源开关 (00BDA01) , 恢复35KV段供电。
当#1、#2机组并网运行时, 厂内35KVⅠ、Ⅱ段运行于华东网, 35KVⅠ、Ⅱ段母联开关00BDA05处于冷备用状态, 即断路器在隔离位, 断开其控制电源。当#1、#2机组停运时, 厂内35KVⅠ、Ⅱ段运行于华北网, 此时#1启备变需停电检修时, 35KVⅠ、Ⅱ段母联开关可合闸由#2启备变串带厂内35KVⅠ、Ⅱ段。
3.2.2 6KV公用系统
当#1、#2机组至少有一台机组运行时, 6KV公用Ⅰ、Ⅱ段母联开关01BCA03为非同期点, 严禁并列运行。为防止在01BCA03开关处发生非同期并列, 对01BCA03开关的操作作如下规定:
⑴正常运行中, 6KV公用Ⅰ、Ⅱ段分别由#1机#2高厂变、#2机#2高厂变带, 两段母线分段运行, 母联开关01BCA03拉出开关柜, 开关柜门上挂“非同期点, 严禁并列”标示牌;正常运行中, 严禁使用01BCA03开关将6KV公用Ⅰ、Ⅱ段进行并列。
⑵当#1、#2机组一台运行, 一台停运时, 6KV公用段一段由#1 (#2) 启备变带, 一段由#2 (#1) 机组#2高厂变带, 严禁使用01BCA03开关将一单元6KV公用Ⅰ、Ⅱ段进行并列。
⑶#1、#2机组均停运, 6KV公用Ⅰ、Ⅱ段分别由#1、#2启备变通过6KV启动备用Ⅰ、Ⅱ段带, 若#1 (#2) 启备变需检修时, 可通过6KV启动备用Ⅱ (Ⅰ) 段串带Ⅰ、Ⅱ段, 进行运行方式倒换, 6KV公用Ⅰ、Ⅱ段可短时并列运行。
01BCA03开关的使用, 需由当值值长下令, 电气运行专工同意后方可操作。
3.2.3 公用380V系统
公用380V系统Ⅰ、Ⅱ段母联开关平常处于冷备用状态, 即开关在隔离位, 控制保险在断开位。
当#1变压器需要检修时, 先将公用380V系统Ⅰ段母线所带的负荷依次停运后断开公用380V系统Ⅰ段进线电源开关拉至试验位, 再将#1变压器高压侧开关断开, 最后合上公用380V系统Ⅰ、Ⅱ段母联开关用#2变压器串带公用380V系统Ⅰ、Ⅱ段母线。当#1变压器恢复送电时, 先断开Ⅰ、Ⅱ段母联开关, 再合上Ⅰ段进线电源开关恢复公用380V系统Ⅰ、Ⅱ段分段运行。
4 结束语
当一个发电厂启动备用电源和送出系统不属于同一电网时, 在电厂电气运行方式中存在多点非同期点, 这些非同期点的运行方式非常重要, 必须制定非常全面安全的操作规程, 防止不同电网间的非同期运行的发生, 造成电力系统振荡瓦解。
参考文献
[1]何永华.发电厂及变电站的二次回路.中国电力出版社.
[2]山西省电力工业局编.电气设备运行.中国电力出版社.
[3]发电厂内机组电气系统图纸.
备用电源工作模式的研究 篇2
关键词：供电网,备用电源,工作方式,备自投,稳定性
0 引言
有重要供电负荷的企业往往采用有备用的网络结构和变电站主接线的方式供电。“备自投”是备用电源自动投入装置和备用设备自动投入装置的简称, 是一种常用的自动装置, 在供电系统中具有提高电网正常运行时的供电能力、减小重载线路的负荷、限制短路电流、提高供电可靠性的特性, 得到了广泛应用。
但是, 在备自投装置的具体使用过程中, 由于网络结构及变电站存在许多运行方式, 备自投的工作方式也有多种, 当变电站运行方式发生变化时, 备自投的运行方式和逻辑关系也往往发生变化, 不再符合要求, 因此, 造成许多备自投装置虽已安装, 但无法正式投入运行。同时, 每种方式对应的供电网络结构不一样, 备自投对系统和负荷的影响也不一样, 如果不慎重对待并做出相应的防范措施, 反而会降低供电系统的可靠性和造成负荷的短时停电。为此, 本文对常用的“两进两出”、具有一主一备运行方式的典型供电网络进行各种有备用方式的分析, 并根据存在的问题提出了相应的改进措施。
1 系统网络结构及运行方式分析
图1为常见的具有“两进两出”供电网络的典型接线图。图1中两进线分别来自2个独立电源或同1个电源的不同母线, QF1、QF2为2个进线端的断路器;QF3、QF4为2个出线端断路器, 2个出线各带1台主变运行, 也可以将图1理解为单母分段的主接线;QF5为分段断路器;QF7、QF8为变压器低压侧断路器;QF6为低压母线分段断路器;QF9、QF10为低压出线断路器。
从系统的结构不难发现, 该接线方式有无备用受上一级供电单元的影响很大;2个进线端电源的独立与否对后续设备的有无备用以及备用方式都有很大的影响。本文从2种情况讨论该系统的备用情况。
1.1 两进线只有1个独立电源
两进线只有1个独立电源的情况在电力系统实际运行时常出现, 也就是进线1和进线2都来自同一个电源或上一级网络的不同母线, 彼此不完全独立, 这种情况进线1和2就相当于双回路一回运行、一回备用方式。下面讨论该种方式对进线备用和出线备用的影响。
1.1.1 对进线备用的影响
这种方式下, 进线备用通过彼此相互切换实现, 备用回路的投入运行是以工作回路退出作为启动条件的, 一般都是以断路器的跳闸出口节点作为逻辑启动信号、并附加电压闭锁信号和时间延时环节实现备自投。这种方式可以提高进线端对出线端的供电可靠性和连续性, 但是存在以下问题:
(1) 进线端备用的成功与否取决于上一级网络的供电可靠性和连续性。如果进线端故障引起上一级网络发生扩大事故的故障, 就影响了进线备用回路正常运行。在实际运行中就曾经出现过这种情况, 某110 kV变电站2台变压器1台运行、1台检修, 35 kV母线单母分段运行, 虽然进线端从35 kV母线的不同母线段上取电源, 但由于110 kV只有1台变压器, 无实际运行备用, 造成35 kV备用无效, 出现工作回路失电、备用回路也失电的大事故。
(2) 备用回路的投入与工作回路的退出时间差对备用回路保证供电可靠性和连续性影响也很大。设定备用回路与工作回路时间差的整定往往从2个方面考虑:一是增大备用回路的投入延时以可靠地切除工作回路的故障电流, 避免备用回路切换到故障回路扩大故障范围;另一方面是减小备用回路的投入时间, 减小负荷的停运时间, 提高负荷的供电可靠性和连续性。这是一对矛盾, 过长的延时对于切除故障有利, 但对负荷的供电可靠性和连续性不利, 往往会出现备用投运后的短时过电流问题, 尤其在电动机负荷比重大、且直接采用启动变压器带负荷的情况下, 严重时造成备用回路过负荷保护动作, 扩大事故范围, 降低供电可靠性。在实际工作中, 往往是短时闭锁过负荷保护、躲开负荷自启动带来的过电流问题, 这种方法提高了备用回路投运的成功率, 但由于闭锁了本级保护, 靠上一级保护来保护, 存在扩大事故范围的隐患, 不是长久之策。这种方法的优势就是工作回路和备用回路的保护完全一样, 不需要任何调整, 设置、维修和管理方便。
1.1.2 对出线备用的影响
对于进线端一回运行、一回备用的方式, 出线端的备用方式有以下几种:
(1) 出线端一回运行、一回备用
如图1所示, 假设进线1工作, QF1、QF5处于合闸, 出线1工作, 出线2备用, QF3合闸, QF4处于备用状态, 可以实现出线1的备用。同理也可以采用出线2做工作回路, 出线1做备用。这种方式的备用同样存在1.1.1节中所述的2个问题, 也具有主、备保护一样的优势。同时, 在网络规划设计时, 要考虑变压器带全负荷的特性, 变压器容量选得大一些, 采用变压器一台运行、一台备用的方式, 运行费用可能比较低一些。
(2) 出线端分列运行, 彼此备用
这种方式是出线1和2分列运行, 变压器低压侧断路器QF6断开。任一出线变压器故障都可通过QF6实现备用。这种方式的备用也存在1.1.1节中所述的2个问题, 但是这种方式正常运行时, 2个变压器都带负荷, 比较适合于一级、二级负荷多且对供电连续性比较高的情况, 单个变压器的容量相对于上一种情况略小一点, 经济运行比较灵活, 故障变压器负荷切换到非故障变压器时负荷自启动恢复时间会比上一种情况略低一些。但是带来的问题是当一台变压器故障时, 备用启动, 另一台带全负荷或基本上全负荷, 造成断路器QF3或QF4的正常工作电流发生变化, 过电流保护的定值应作相应调整, 对保护设备要求具有可修改定值的功能, 不论人工还是自动修改都比较复杂。
(3) 变压器低压侧负荷双回路一回运行、一回备用
这种方式是在变压器低压侧的两段母线上各有一回供电线路对一个负荷供电, 正常运行时一回运行、一回备用, 比如低压断路器QF9与QF10都以彼此的跳闸作为备用回路的启动。这种方式具有1.1.1节中所述的2个问题, 但第二个问题不突出, 工作回路切换对任一回路变压器的负荷影响都不大, 不存在造成上一级保护定值变化的问题。实现逻辑判断明确, 原理简单可靠。
1.2 两进线彼此都有独立电源
两进线彼此都有独立电源, 其对出线的各种情况的备用都提高了一个等级, 但是受运行方式的影响, 备用可靠性不一样。下面分2种情况讨论。
1.2.1 两进线一回运行、一回备用
对于这一种情况, 基本上具备1.1节论述的问题, 唯一不一样的是, 备用回路具有独立电源, 工作回路故障对备用回路没有影响, 提高了备用电源的可靠性和供电的连续性。
1.2.2 两进线分列运行, 出线及以下网络全分列运行
这种运行方式彼此互为运行备用, 具有极高的供电可靠性和连续性。对于安全和生产具有非常重要影响的不能停电的负荷应采用该种方式供电。该运行方式具有以下特点:
(1) 整个供电网络采用具有2个独立电源的全分列运行;重要负荷采用一回运行、一回备用, 任何一路回路都有独立电源, 彼此互不干扰, 提高了供电可靠性和连续性;
(2) 正常运行方式下, 网络成单电源辐射状, 最大和最小运行方式下短路电流变化相对比较小, 保护配置容易实现, 灵敏度易满足要求, 可以保证重要负荷的可靠供电, 保护定值不需做调整, 减小了工作维护量。
(3) 对重要负荷的备用切换时间短, 可靠性高。由于只考虑工作回路故障后的可靠退出, 不考虑变压器的励磁涌流和整个变压器负荷的自启动影响, 所以该方式下一级负荷备自投原理简单, 投切速度快, 过负荷保护误动几率低, 成功率高。
(4) 易于实现故障后的负荷恢复管理, 便于系统分级分批快速恢复。由于当事故发生后, 电力系统进入非稳态变化, 经过一定时间后才能进入新的稳态运行。如果在电力系统非稳态下靠“备自投”的无序动作, 可能会加剧电力系统的非稳态变化或延缓电力系统进入到新稳态运行的进程, 对电力系统的有效快速恢复不利, 所以细化到一级负荷的“备自投”可以在保证重要负荷供电不中断的情况下, 优先保证电力系统的快速平稳恢复, 然后靠其它方式逐级分批恢复停电负荷的供电。
2 对备自投工作的几点建议
综合上述分析, 在备用电源投入运行工作中应注意以下问题:
(1) 要做好上下级供电方式及备用方式的互通问题, 以便采取更合理的备用方式和措施提高供电的可靠性和连续性。
(2) 要优先做好负荷侧一级负荷的备用电源自投工作, 提高一级负荷的供电可靠性及不间断性;分级分批做好其它负荷的快速恢复, 减小对系统的影响。
(3) 对于采用“一回运行, 一回备用”的供电系统, 工作方式切换时, 要联切一定数量的非重要负荷, 经一定延时后分批恢复全负荷, 以减小系统恢复时的自启动电流, 缩短系统恢复时间。
(4) 如果采用变压器“一回运行, 一回备用”的运行方式, 为缩短工作回路故障后备用回路投入时间, 可在故障第一次切除时, 投入备用变压器, 当故障回路重合闸不成功二次跳闸时, 再投入负荷。如重合闸成功, 则退出备用变压器。
3 结语
备用电源的自动投入运行对于提高供电的可靠性与连续性具有很重要的意义。但是单纯考虑负荷供电的可靠性和连续性, 加之备用运行方式的无序性, 会给备用电源的可靠工作、整个系统的健康稳定运行以及负荷的快速恢复有很大的影响。本文通过对“两进两出”的典型网络研究, 分析了可能的工作与备用方式存在的问题及优缺点, 并提出了改进措施与建议, 具有一定的工程实用价值。
参考文献
[1]纪静, 林莉, 牟道槐.影响配电网备自投成功率因素的仿真计算研究[J].电气应用, 2007, 26 (10) :30-32.
[2]崔风亮.备用电源自动投入装置缩短投入时间的研究[J].继电器, 2004, 32 (9) :47, 57.
[3]古卫婷, 刘晓波, 古卫涛.变电站备自投装置存在问题及改进措施[J].继电器, 2007, 35 (10) :70-71, 75.
[4]王润琴, 赵树运.关于110 kV电网“一线两站”备用电源自投回路的改进[J].电网技术, 2000, 24 (9) :73-75.
[5]焦水林, 王清亮.一种工矿企业变电所备用电源自投装置的设计[J].工矿自动化, 2005 (6) :49-51.
启动备用电源 篇3
关键词：自投装置,技术分析,工作原理
黑龙江省地方煤矿数量多, 战线长, 面比较广, 规模较小, 状况较差。近三年多数矿井处于停产状态。大部分矿井在矿井变电所、矿井变电所内备用变压器或有互为备用的母线段, 没有投用备用电自动投入装置, 特别是高瓦斯矿井恢复送电需要较长时间, 极易造成瓦斯超限, 引起事故发生。
1备用电源自动投入装置
备用电源自动投入装置, 顾名思义:当主供电源发生故障 (电压失去或降低到设定值) 时, 将备用电源在设定的时间内启动或投入, 以保证重要设备 (用户) 电源的供给的自动化设备。
2备用电源自投逻辑
分段 (或桥) 断路器和进线 (或双圈/三圈变压器) 两种电气元件的备用电源自投功能, 包括四种备自投方式。方式1和2:对应1#和2#进线 (或变压器) 互为明备用的两种动作方式。方式3和4:对应通过分段 (或桥) 断路器实现Ⅱ母和Ⅰ母互为暗备用的两种动作方式。
备用电源自投时间:0~30S;电压定值误差:<±2.5%或±0.10 V
时间误差:时间定值×1%+35ms
3备用电自动投入装置 (BZT) 软件工作原理
如图1, 装置引入两段母线电压 (Uab1、Ubc1、Uca1、Uab2、Ubc2、U-ca2) , 用于有压、无压判别。引入两段进线电压 (Ux1、Ux2) 作为自投准备及动作的辅助判据, 可经控制选择是否使用。每个进线开关各引入一相电流 (I1、I2) , 是为了防止PT三相断线后造成备自投装置误动, 也是为了更好地确认进线开关已跳开。
装置引入电源1、电源2和分段开关的位置接点 (TWJ) , 用于系统运行方式判别, 自投准备及自投动作。若需要检测联跳开关是否跳开, 则应将Ⅰ母需要联跳的开关位置接点 (TWJ) 串联引入1DLF, 将Ⅱ母需要联跳的开关位置接点 (TWJ) 串联引入2DLF。
引入了电源1、电源2和分段开关的合后位置信号 (从开关操作回路引来) , 作为各种运行情况下自投的手跳闭锁。如果是电源进线, 直接引1DL、2DL的合后接点KKJ即可;如果是主变电源, 将1DL和1HDL (1#变高开关) 的KKJ串联引入, 2DL和2HDL (2#变高开关) 的KKJ串联引入。分段开关的TWJ和KKJ可以从装置自身操作回路引入, 也可以通过辅助参数整定从外部引入。
另外还分别引入了闭锁方式1自投, 闭锁方式2自投, 闭锁方式3自投、闭锁方式4自投和自投总闭锁5个闭锁输入。
装置输出接点有跳电源1、电源2各两付同时动作的接点。用于跳开1DL (或Ⅰ母需要联跳的开关) 、2DL (或Ⅱ母需要联跳的开关) 。输出合电源1、电源2各两付独立动作的接点, 用于1DL、1HDL和2DL、2HDL分时合闸。输出跳、合3DL的动作接点, 可接装置自身操作回路, 也可以用外部的操作回路。输出三轮过负荷减载各两付接点。还有三付备用出口接点, 可以整定输出。
信号输出分别为:装置闭锁 (可监视直流失电, 常闭接点) , 装置报警, 保护跳闸, 保护合闸各一付接点。
4线路/变压器备投-方式1
1#进线/变压器运行, 2#进线/变压器备用, 即1DL、3DL在合位, 2DL在分位。当1#进线/变压器电源因故障或其他原因被断开后, 2#进线/变压器备用电源应能自动投入, 且只允许动作一次。为了满足这个要求, 设计了类似于线路自动重合闸的充电过程, 只有在充电完成后才允许自投。
4.1充电条件:Ⅰ母、Ⅱ母均三相有压, 当2#线路电压检查控制投入时, 2#线路有压 (Ux2) ;4.1.2 1DL、3DL在合位, 2DL在分位。
经备自投充电时间后充电完成。备自投充电时间可在“装置整定-辅助参数”菜单中整定。
4.2放电条件:4.2.1当2#线路电压检查控制字投入时, 2#线路不满足有压条件 (Ux2) , 经15S延时放电。其门槛是:当线路额定电压二次值为:100V时为Uyy;当线路额定电压二次值为57.7V时为Uyy*0.577;4.2.2 2DL合上经短延时;4.2.3本装置没有跳闸出口时, 手跳1DL或3DL (即KKJ1或KKJ3变为0) (本条件可由用户退出, 即“手跳不闭锁备自投”控制字整为1) ;4.2.4引至‘闭锁方式1自投’和‘自投总闭锁’开入的外部闭锁信号;4.2.5 1DL, 2DL, 3DL的TWJ异常;4.2.6 1DL、1DLF、2DLF开关拒跳;4.2.7整定控制字或软压板不允许2#进线/变压器自投。
4.3动作过程:当充电完成后, Ⅰ母、Ⅱ母均无压 (三线电压均小于无压起动定值) , Ux2有压 (JXY2投入时) , I1无流起动, 经延时Tt1, 两对电源1跳闸接点动作跳开电源1开关 (1DL) 、Ⅰ母需要联切的开关, 电源2跳闸接点动作跳开Ⅱ母需要联切的开关 (JLT2投入时) 。确认1DL跳开、1DLF跳开 (JLT1投入时) 和2DLF跳开 (JLT2投入时) 后, 且Ⅰ母、Ⅱ母均无压 (三线电压均小于无压合闸定值) 或满足同期条件2 (检同期2投入时) , 分别经Th1、Th2延时合电源2的两对合闸接点。
若“加速备自投12”控制字投入, 当备自投起动后, 若1DL主动跳开 (TWJ1为1) , 则不经延时空跳1DL和需要联切的开关, 其后逻辑同上。
同期条件2:线路电压Ux2有压, Ⅱ母Uab2大于无压合闸定值Uwy, 且两者的相角差小于合闸同期角整定值DGhz。
(线路/变压器备投-方式2、方式4———Ⅱ母失压、方式4———Ⅱ母失压略)
结束语
备用电源自动投入装置装设在一定程度上, 保证了煤矿供电安全。但煤矿井下6KV供电系统受电网波动影响较大, 原因是煤矿井下高压开关大部分不具备欠电压保护延时跳闸功能, 供配电系统内由于短路、电网电压瞬间波动, 或由于上级变电所备用电源自动投入装置动作, 短时间系统失压, 可使开关欠压释放保护动作, 造成井下大面积停电。可以通过对高压开关进行改造, 增加欠电压延时脱扣保护装置, 使井下供电系统抵御灾变、事故的能力, 防止开关误动作, 提高煤矿供电系统的连续性和可靠性。
参考文献
[1]电子技术.
[2]电工基础.
启动备用电源 篇4
长期以来, 为提高工业企业的供电连续性, 人们广泛采用备用电源自投装置。传统的备自投装置立足于三个启动条件:①工作回路“无流” (工作电源已断开) ;②负荷母线“无压” (负荷母线电压低于限制值或为零) ;③备用回路“有压” (备用电源电压正常) 。①、②两个启动条件决定了负荷母线的“失压”时间相对较长, 母线上的电动机已经停转或剩余转速已经很低。这对于连续运转要求不高的工艺设备是允许的, 特别是辅以电动机的成组自启动, 传统备自投装置能够缩短供电的恢复时间, 且能提高供电系统的自动化水平。但对于那些连续运转要求高的工艺设备, 中断供电可能导致大量产品报废或装置停运, 恢复开车过程又很长, 传统备自投显然不能适应。
随着科学技术的进步, 快速断路器 (分、合闸时间小于100 ms) 已广泛使用, 监视电源初相角的手段也日臻完善, 奠定了备用电源快速切换的物质基础。国内外生产厂家纷纷推出自己的产品, 众多的用户也越来越有兴趣使用这种装置。
2 备用电源快速切换装置工作原理
为了合理地使用备用电源快速切换装置, 不妨以单母线分段主接线为例 (见图1) , 对备用电源快速切换的原理进行简要的介绍。系统的初始工作状态为两回路电源同时供电, 两分段母线分列运行 (QF1、QF2为闭合状态, QF0为分闸状态) 。当电源1 (以后称工作电源) 因故失电, 或断路器QF1误跳闸, Ⅰ段母线 (以后称负荷母线) 失去电源, 负荷母线上的电动机群由于机械惯性的作用, 转速由额定值逐步下降, 转子电流磁场在定子绕组中反向感应电势, 形成反馈电压, 此电压称为母线残压undefinedd。随着时间的推移, 母线残压的幅值和相位随着电机转速的变化而变化。在此变化期间, 如果分段断路器 (QF0) 快速合闸, 电源2 (以后称备用电源) 向原负荷母线供电, 备用电源电压undefineds2与母线残压undefinedd相量叠加, 两者的相量差为Δundefined, 以失电前的工作电源电压undefineds1为参考相量 (相角为0°) , 则各电压相量的关系见极坐标图2。
为了便于分析, 先假设工作电源电压 (undefineds1) 与备用电源电压 (undefineds2) 同相位, 并将负荷母线上的电动机群等效为单台电动机, 同时忽略电动机的绕组电阻和励磁阻抗等, 以等值电势undefinedd和等值电抗Xm代表电动机, 以等值电势undefineds和等值电抗Xs代表电源, 则图3所示的等值电路可作为备用电源系统与负荷母线上电动机群的暂态分析模型。
QF0合闸后, 电动机绕组上承受的电压为:
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令:undefined则Um=K·ΔU
为电动机的安全起见, 电动机绕组上承受的电压应小于电动机起动时的允许电压, 其值为电机额定电压 (UDe) 的1.1倍。即:
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即ΔU/UDe<1.1/K (电机正常工作时UDe=Us)
假设Xs/Xm=1/2, 则K=0.67, 此时电压差幅值占电源电压幅值的比值Δu%<1.64。
在图2的极坐标上, 以A点为圆心, 以1.64为半径绘出弧线A'-A'', 弧线A'-A''右侧的区域为备用电源允许投入的安全区域, 左侧为不安全区域。理论上, K值在0～1之间变化, K值越大, 弧线越向右移, 安全区域越小。从图2看出, 负荷母线失压后, 残压母线由A点向B点方向移动, 如能在A-B弧段内投入备用电源, 则既能保证电动机不会出现过电压, 又不使电动机转速下降太多, 在此区域内的电源切换, 就是所谓的快速切换。
延时至C点以后的切换及第一次同相切换 (残压相量旋转360°) 和低电压检定切换 (残压下降到20%～40%额定电压) 都属于慢速切换。慢速切换时, 一般电动机已由于低电压保护动作而跳闸停机, 这种情况不在本文的讨论范畴。
3 备用电源快速切换的不确定因素
从备用电源快速切换装置的工作原理, 不难看出所谓的快速切换存在以下几个不确定因素。
(1) 快速切换的成功率存在不确定性。
在前面的原理分析过程中, 使用过两个假设条件, 一是备用电源电压与工作电源电压同相位, 二是电源等值电抗Xs与电动机等值电抗Xm之比为某一固定常数 (例如Xs/Xm=1/2) 。但实际工程中这两个条件都不一定成立。对于前者来说, 为了确保两路电源不会同时消失, 一般要求工作电源和备用电源是相互独立的, 既然它们相互独立, 就很难保证它们同相位, 如果备用电源电压相量与工作电源电压相量存在一个超前的初始的相位角 (θ0) 则快速切换的安全区域就要减小甚至会消失。对于后者来说, Xm值是随着负荷母线上运行电动机的数量增减而变化, 也即K值在0～1的范围内变化, 快速切换的安全区域也随之变化。除此之外, 电动机负载性质不同, 其转动惯量也不同, 母线上的残压的衰减规律也相应变化, 即极坐标中残压螺旋线也不是一成不变的。上述三者的不确定, 导致了快速切换的成功率存在着不确定性, 而这不管是基于捕捉同期点准则还是捕捉电动机耐受电压点准则, 都有这样的问题存在。
(2) 快速切换时备用电源的稳定与安全存在不确定性。
此问题包含两个方面, 一方面是备用电源侧变压器富余容量是否足够, 如果变压器容量不够大, 一旦备用电源投入成功, 负荷母线与备用母线上的负荷之和超出变压器的负荷能力, 则会影响备用变压器的正常工作。另一方面, 备用电源投入时, 负荷母线上的电动机群同时再加速, 再加速冲击电流对备用电源的保护电器会产生较大的影响。如果继电保护整定值没有考虑躲过这一冲击电流, 则可能导致保护动作, 备用电源跳闸, 反而扩大了停电范围。
(3) 快速切换时电动机的安全存在不确定性。
尽管快速切换的重要判据之一是捕捉电动机耐受电压点准则, 但在负荷母线上电动机数量较多的场所, 各类电动机的参数和驱动机械的惯量特性存在着差异, 因而合成母线残压特性曲线与分类的电动机的残压特性曲线差异较大, 按母线残压曲线为基准确定的快切投入点, 并不能确保每类电动机都是安全的, 仍然存在某台或某几台电动机因过压而损坏的风险。
(4) 快速切换时两回电源间是否出现环流存在不确定性。
为了能在极窄的安全区域内完成切换, 快切装置一般采用同时切换 (另两种切换方式为相继切换-串联切换和搭接切换-并联切换) , 所谓同时切换, 就是切换命令同时发给负荷母线进线断路器 (QF1) 和接入备用电源的母联断路器 (QF0) , 正常情况下, 断路器的分闸快于断路器的合闸, 即QF1先分闸, QF0后合闸, 不会有两回电源并联并出现环流的情况, 但断路器分、合闸时间差距不大, 如真空断路器分合闸时间差只有10～30 ms。在工程实际中考虑到断路器分、合闸机构机械特性的分散性, 同时, 断路器多次分、合动作机械变形等因素的影响, 并不能保证同时接到命令的两个断路器一定是先分后合, 特别是当进线断路器万一出现分闸拒动, 则两路电源有可能并联, 并出现环流。环流的大小取决于两个电源的相量差和环路内的阻抗, 如果环流过大, 会使备用电源的过流保护动作, 同样会扩大停电范围, 严重时环流甚至可能会超出断路器的遮断容量而损坏断路器。
4 结 语
由于有上述几种不确定因素的存在, 备用电源快速切换装置的使用也是有利有弊的。笔者认为:除非用电负荷对短时中断供电特别敏感, 短时停电也会使工艺生产停顿且造成不可避免的重大损失, 才有必要采用备用电源快速切换装置, 否则应采取慎重的态度。在使用该装置时, 还要注重对电源条件的调查, 加强对用电负荷特性、电力系统继电保护整定的研究, 尽量提高快速切换投入的成功率并降低停电范围扩大或电机损坏的风险。
参考文献
启动备用电源 篇5
关键词：高层住宅建筑,备用电源,配置模式
高层建筑是超过一定高度和层数的多层建筑, 目前国内规定超过10层的住宅建筑和超过24 m高的其他民用建筑为高层建筑, 一类高层居住建筑包括高级住宅和19层及19层以上的普通住宅, 二类高层居住建筑包括10层至18层的普通住宅。随着社会经济的不断发展, 政府关注民生、改善民生的政策逐步推进, 各类商业及保障性高层住宅小区规模迅速发展, 以高层建筑为主体的住宅小区大量投入使用, 新住宅小区人口集中、负荷容量大, 对供电可靠性要求不断提高。
由于城市公共供电网不可能完全独立, 即使配置两路市电电源, 当其中一个电源故障或检修时, 另一电源也有可能同时出现故障。近年来世界多国电网频繁发生区域电网崩溃的大事故, 如2003年美国、加拿大停电、2005年莫斯科大停电、2006年11月7日的欧洲大停电波及到德国、法国、比利时、意大利、西班牙、奥地利、荷兰、克罗地亚。当电网崩溃后, 由于公共供电网无法提供应急电源, 为确保高层住宅建筑中消防设备及所有一级负荷的应急负荷及其他重要设备的可靠供电, 新建高层住宅建筑应配置备用电源。
1 现行的国家及行业强制性标准
国内建筑、公安消防、电力等专业的政府主管部门依据由国家标准化管理委员会制定的对高层住宅建筑的用电设施配置相应的国家及行业标准, 对备用电源配置的问题进行规范, 重要的执行标准主要归纳为以下几点。
1) GB50045—1995《高层民用建筑设计防火规范》 (2005版) (以下简称《高规》) 规定, 高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等的供电, 应在最末一级配电箱处设置自动切换装置。一类高层建筑自备发电设备, 应设有自动启动装置, 并能在30 s内供电;二类高层建筑自备发电设备, 当采用自动启动有困难时, 可采用手动启动装置。
2) GB50016—2006《建筑设计防火规范》 (以下简称《建规》) 规定, 一级负荷供电的建筑, 当采用自备发电机作为备用电源时, 自备发电机应设置自动和手动启动装置, 且自启动装置应能在30 s内供电;消防用电设备应采用专用的供电回路, 当生产、生活用电被切断时, 应仍能保证消防用电。关于一级负荷消防设备的供电电源要求, 两标准均按建筑物的类型规定了一级和二级负荷的供电要求。
3) GB50052—2009《供配电系统设计规范》规定, 一级负荷中特别重要负荷除自电网取得两个正常电源外还需增设应急电源。
4) JGJ/T16—1992《民用建筑电气设计规范》规定, 一级负荷应由两个电源供电, 当一个电源发生故障时, 另一个电源应不致同时受到损坏;二级负荷条件允许时, 也宜采用两路电源来供电。
5) 《供电营业规则》规定, 用户需要备用、保安电源时, 供电企业应按其负荷重要性、用电容量和供电的可能性, 与用户协商确定。用户重要负荷的保安电源, 可由供电企业提供, 也可由用户自备。遇有下列情况之一者, 保安电源应由用户自备:①在电力系统瓦解或不可抗力造成供电中断时, 仍需保证供电的;②用户自备电源比从电力系统供给更为经济合理的。供电企业向有重要负荷的用户提供的保安电源, 应符合独立电源的条件。有重要负荷的用户在取得供电企业供给的保安电源的同时, 还应有非电性质的应急措施, 以满足安全的需要。
2 目前高层住宅建筑常用的自备电源类型
目前城市高层住宅建筑常用的自备电源类型有自备柴油发电机、不间断电源 (UPS) 、应急电源 (EPS) 3类。
1) 自备柴油发电机。
优点是容量较大, 应急保障供电时间可较长;缺点是占地较大需要有独立的发电机室, 噪声较大, 安装维护较为复杂, 需要有专人运行管理。
2) 不间断电源。
优点是不间断电源与柴油发电机组相比, 具有体积小、效率高、无噪声振动、维护费用低、可靠性高等优点;缺点是容量相对较小 (后备式容量一般为50～5 000 W) , 在线式容量较大但由于需要较大的投资, 通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求严格的环境中。
3) 应急电源。
优点是相对于UPS容量较大, 混合三相动力型EPS技术成熟, 容量一般可达到200～300 kW, 且环保、无噪声, 可计算机监控, 安装维护简便、费用较省、占地小, 可安装在配电房中;缺点是相对于柴油发电机容量仍然偏小, 应急保障供电时间较短。
3 目前高层住宅建筑常用的电源切换方式
1) 10 kV双电源手动、自动切换。
自动切换主要有两种方式:进线备用电源自动投入装置 (下称备自投) 及母联备自投。由于部分供电调度部门出于安全方面的考虑不同意用户采用自动切换的方式, 并以《电力调度协议》的方式予以约定, 目前多采用手动方式进行电源的切换。
2) 0.4 kV设立应急供电母线。
根据自备电源容量将所有的一级负荷及二级负荷接在一段专用母线上, 应急母线的电源接在市电供电电源与自备电源上, 市电供电电源与自备电源采用电气联锁, 不能同时使用。
3) 末端自动转换开关电器 (ATS) 手动、自动切换。
自动控制时实现制动转换功能, 无需人为操作;手动控制时可有双断位置, 使负载同时与常用电源及备用电源脱离, 或使负载与其中一个电源接通。
4 高层住宅建筑备用电源管理模式存在的问题及应对措施
4.1 目前实践中备用电源设置存在的共性问题及改进方法
1) 发电机的设计安装问题:
(1) 共性问题。
供电企业关注的是供用电的安全, 建筑业主关切的是用电的经济、可靠, 虽然现行国家标准及电力行业标准均有明确安全规定及要求, 但在实际安装及使用过程中仍存在较大安全隐患。主要体现在:在高层住宅建筑电气施工图纸设计阶段, 对自备电源部分设计深度不足, 只在低压配电一次电气接线图中预留发电机接线间隔及对土建要求, 未对发电机的容量配置 (应根据用电保安容量予以测算) 、接线方式 (根据负荷类别予以配置) 、电气闭锁防倒送电及误并列等电气技术细节作深入的施工图设计。自备发电机的安装购置多在建筑供配电系统安装竣工后, 由业主自主购买安装, 并由发电机供货商提供未经设计审核的发电机相关技术图纸。
(2) 改进方法。
建筑业主对备用电源的工程管理应严格执行工程管理的四同步 (同步设计、同步建设、同步投运、同步管理) , 发电机安装投运前, 应依据《供电营业规则》将用户受电工程设计文件和有关资料一式两份送交供电企业审核, 并与属地的电力供应机构签订相关的安全协议如《客户自备电源及 (双电源) 协议》、《电力调度协议》等, 并在运行管理中服从当地电力调度部门的调度指令。供电企业应依据《电力供应与使用条例》、《供电营业规则》加强在客户电气施工图阶段的审查, 提出安全、可靠、经济、合理配置自备电源的建设性意见, 并应逐步探索将发电机的管理纳入政府建设主管部门监管范畴的途径。
2) 倒送电问题:
(1) 共性问题。
《高规》9.1.2规定高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等的供电, 应在最末一级配电箱处设置自动切换装置。由于上述消防设备无法只采用一个回路供电, 导致必须采用末端多点切换的接线方式, 末端ATS多点切换存在当ATS1、ATS2处于不同工位, 且末端应急负荷因电工素质及管理不善等诸多不可控因素出现线路搭接工况, 此时发电机将向电网倒送电, 可能引起电网侧检修人员的直接触电事故, 危及作业人员生命安全。在实践中, 各地供电企业均采用组织措施对此问题予以管理控制, 在《中华人民共和国电力法》及《供电营业规则》的框架下制定企业管理标准如《客户自备电源及 (双电源) 管理规范》、《电力调度协议》明确要求发电机与网供电源的闭锁应可靠, 严禁同时使用两个电源;或制定更为严格的管理控制措施, 如明确要求在一个用电物理区域内不允许安装多个双电源切换装置, 以符合电力安全生产的要求。
(2) 改进方法。
对于末端配置有较多一级、二级负荷的建筑, 建议采用设立应急母线方式, 一级负荷由应急母线采用封闭式线路与常用供电线路在一级设备的末端控制箱内进行切换;对二级负荷应严格控制末端切换数量, 采用常用电源及备用电源在配电室互投切换后由专用的线路送到用电设备或其控制装置上。
4.2 高层住宅建筑投运后备用电源运行及电工管理
关于社会电工配置的问题, 长期以来没有强制性规定, 电力行业依据自身安全生产的特点对运行值班电工制定的相关企业标准, 对实际的社会用电单位没有约束力, 部分单位因资源配置情况及重视程度不够, 造成运行值班电工配置不足甚至没有配备专职运行值班电工的情况。
2009年国家电力监管委员会制定了社会电工的配置要求, 根据《中华人民共和国行政许可法》、《国家电监会第15号令 电工进网作业许可证管理办法》, 对社会电工的配置进行了较为详尽严格的规定。高层住宅建筑建成投运后, 在电气运行管理过程中应严格执行电力安全生产的“两票三制”规定, 制定自备电源的运行管理制度;加强运行值班电工的管理, 依据我国现行电力监管法规, 聘用取得国家电力监管委员会及其派出机构颁发的《国家电工进网作业许可证》的人员作为运行管理人员。
4.3 客户内部配电故障应急预案的管理
根据电网电源可能出现的故障有针对性的制定《高层建筑用电应急预案》, 并应组织演练。但在实践中, 各高层居住建筑运行管理部门用电应急预案制定的完整性不足, 没有对市电全停的工况进行充分的准备;运行值班人员对预案不熟悉, 无法正确处置故障, 普遍存在没有对电气运行的事故预案进行实际演练的问题。当实际发生故障的情况下, 预案得不到确实执行, 可能导致故障影响及范围扩大的重大风险。
5 高层住宅建筑备用电源的配置模式
高层住宅建筑的用电负荷可分为三级:一级负荷为19层及以上的高层住宅的消防用电等;二级负荷为高层住宅中的客梯、生活水泵电力、楼梯照明, 以及10～18层住宅的消防用电等;三级负荷为一级和二级以外的负荷。
目前国内尚无对备用保安电源配置的统一设计规范要求。根据实践经验及大量实用案例, 设计部门一般在变压器装见容量的10%～30%之间进行配置。本文归纳了高层住宅建筑备用电源的5种配置模式如表1所示。
在表1中, 各模式所对应的适用高层住宅建筑的类型如下。
模式一:对一类高层住宅建筑中一级负荷有特别重要负荷 (如高端智能化消防控制集成系统等) 时, 建议使用方案一配置。
模式二:一般一类高层住宅建筑的所在城市电网网架较为完善、供电可靠性较高、能够提供10 kV双电源时, 可采用方案二配置;二类高层建筑变压器设计容量在800 kVA以上的, 宜采用方案二配置。
模式三:对变压器设计容量在800 kVA及以下装见容量的二类高层住宅, 所在配电网网架建设较完善、供电可靠率较好 (如一、二线城市) , 建议使用方案三配置。EPS的配置容量应能满足1.5～2.5 h的保安容量全负荷供电, 满足在极端情况下, 人员安全撤离建筑, 保障人员生命安全。
模式四:对变压器设计容量在800 kVA及以下装见容量的二类高层住宅, 在供电可靠率相对较差的城市、城镇地区, 建议使用方案四配置。
模式五:二类高层建筑中对于只有较小容量二级负荷的, 可采用方案五配置。
综上所述, 备用电源的配置方案应因地制宜, 设计人员应根据高层住宅建筑所处环境及建筑自身的配置特点, 充分的与业主沟通, 根据安全、可靠用电的原则, 设计运行经济、配置合理的备用电源方案。
6 结语
目前各类高层住宅建筑 (如商品房、社会保障性住房等) 建设速度迅猛, 高层住宅将成为城市住宅建设的主流。为保障高层住宅建筑中人员及设备的安全, 对备用电源的管理方式及配置模式在用电的安全、可靠、经济、合理方面必须加以规范, 建立被各专业关切和认可备用电源管理模式, 并建议将备用电源的供用电管理纳入政府建设主管部门的日常监督范畴。
参考文献
[1]周俭.城市住宅区规划原理[M].上海:同济大学出版社, 2008.
启动备用电源 篇6
安全供电是国民经济建设的需要, 电网瓦解和大面积停电事故不仅会造成巨大经济损失, 影响人民正常生活, 还会危及公共安全, 造成严重的社会损失[1]。应急电源是保障现代社会人们生产生活安全的重要设施, 用于防止因电力突然中断而造成的人身伤害及经济损失。现行的《高层民用建筑设计防火规范》和《民用建筑电气设计规范》严格规定:一级负荷应由两个电源供电, 当一个电源故障时, 另一个电源不致损坏而正常供电;对于一级负荷中特别重要的负荷, 除上述两个电源外, 还须增设应急电源[2]。医疗、消防、金融和通讯等重要机构, 都须有应急电源以备不时之需[3,4,5]。特别是煤矿生产企业, 几乎所有煤矿生产装备都是直接或间接以电力为动力[6], 且目前我国浅层煤矿资源已经不足以满足需求, 越来越多的煤矿开始了深部煤炭资源开采, 矿井越来越深, “千米深井”逐渐增多[7]。当矿井停电造成提升设备无法运行时, 井下作业人员须沿梯子间上井, 特别对于深度超过800m的深井, 停电时井下作业人员很难爬到地面;对于高瓦斯、“双突”矿井, 若停电将造成通风设备和瓦斯抽采设备无法运行, 势必导致井下瓦斯聚集, 严重时发生瓦斯爆炸;对于涌水量大的矿井, 若停电将造成井下排水设备无法运行, 可能发生淹井;这些灾难性后果将对井下作业人员的生命安全造成严重威胁, 国家财产蒙受巨大损失。
综上所述, 对于矿井特别是千米深井的煤矿, 亟待为副井提升机、主通风机及其它重要场所配备应急电源。目前国内外对通讯、建筑和消防等部门停电后的应急措施进行了广泛深入研究[8,9,10], 但对煤矿特别是千米深井煤矿长时间停电的应急方案还缺乏深入的研究。
山东唐口煤业有限公司是一座现代化大型矿井, 主、副、风三个立井均超过千米, 当出现整个矿井停电事故时, 井下工作人员很难从梯子间撤离, 将严重威胁矿工的生命安全。为此, 建设了一套3000k W柴油发电机组作为矿井的应急备用电源。应急电源系统的启动大大减少了重大事故发生的可能性, 避免了井下人员伤亡和国家财产损失, 具有极大的经济效益和社会效益。
2 千米深井应急备用电源的要求
当出现整个矿井停电事故时, 唐口煤业公司千米深井应急备用电源将起到如下作用:
(1) 为副井提升系统提供直供备用电源;
(2) 通过矿井地面变电站为主通风机、应急调度等提供备用电源。
由于煤矿副井提升机处于循环变化的运行状态, 作为应急负荷必须满足如下要求:
(1) 单台电机功率较大, 唐口煤业公司副井提升机额定功率为1800k W, 额定电枢电压为900V, 需配置大容量发电机组。
(2) 副井提升机为循环运行, 一个运行周期包括起动-加速-匀速-减速-停止五种运行状态, 应急供电电源相应存在由空载-增负荷-满载-减负荷-空载的循环运行状态。
(3) 副井提升机减速时, 通过降低电枢电压来实现减速制动, 当降低电枢电压时, 会使电枢感应电势超过电枢电压, 提升机由电动机转为发电机运行状态, 向10k V母线回馈电能。因此, 必须增加逆功率吸收装置来消耗副井提升机向电网回馈的电能, 避免应急电源发电机组跳闸。
当整个矿井出现长时间停电故障时, 应急电源除了保证副井提升机正常运行外, 还需要保证矿井调度及生活用电, 因此还要考虑200k W的其它应急负荷。
3 应急备用电源类型的选定
通过调研, 发现可供选用的应急电源主要有下列三种: (1) 柴油发电机组; (2) 不间断电源 (UPS) ; (3) 应急电源 (EPS) 。
不间断电源 (UPS) 和普通应急电源 (EPS) 虽然具有安装方便、综合造价低、寿命长、自动化程度高等优点, 但普遍功率小、应急供电持续时间较短。因此, 并不适合作为大型矿井的应急备用电源。
考虑到唐口煤业公司的应急负荷容量大, 且为冲击性负荷。经反复论证, 决定采用柴油发电机组作为应急电源。具有以下优点: (1) 适应性较强; (2) 过载能力强; (3) 起动迅速; (4) 良好的调压性能; (5) 操作维护简单、方便。
此外, 当副井提升机电动机由电动机状态转为发电机状态时, 副井提升机将向柴油发电机回馈电能, 柴油发电机的逆功率保护动作, 使应急电源失去作用。为解决副井提升机的电能反馈问题, 本项目采用逆功率吸收装置。当逆功率控制器检测到副井提升机向电网回馈电能时, 将起动逆功率吸收装置, 来消耗提升机电机发出的电能。通过调研, 目前市场上已有逆功率吸收装置的成熟产品, 并有现场运行经验, 装置性能稳定。
4 应急备用电源系统构成及试运行
作为煤矿千米深井应急电源系统核心的发电机组设备主要包括“柴油发电机组”、“辅助柴油发电机组”及“辅助设施”。
(1) 柴油发电机组。型号SP4125-50, 功率3000k W, 编号为“1#机组”。1#机组由一台16V280ZD-A柴油机、一台TFW30003A1无刷同步发电机和一套柴油机辅助单元组成。
(2) 辅助柴油发电机组。型号VGS275, 功率200k W, 编号为“2#机组”。
(3) 辅助设施。由一套燃油供给系统、一套冷却循环系统、一套压缩空气启动系统、一套逆功率吸收装置、三台低压柜、八台高压柜 (其中六台安装在机房内、一台安装在副井提升机房、一台安装在110k V变电所) 、一台交流柴油发电机机旁控制柜和一台中性接地电阻柜组成。
应急备用电源系统的原理如下:
(1) 先启动2#柴油发电机组, 为1#机组的辅助设备供电;
(2) 1#机组的辅助设备全部启动后, 再启动1#柴油发电机组输出10k V电压;
(3) 最后, 根据需要操作机房内10k V开关柜为外部设备供电。
当济宁电网出现故障或矿井110k V变电站发生严重事故时, 应急电源系统中的200k W柴油发电机 (2#机组) 首先启动为3000k W柴油发电机 (1#机组) 的辅助设备供电;辅助设备全部启动后, 启动1#机组且将其产生的电能由电缆接入配电室10k V母线, 再经两10k V回路出线分别到达副井提升机房和矿井地面变电站, 保证副井提升系统和主通风机供电, 使井下人员能够及时安全地撤离。
千米深井应急电源工程土建项目与机电安装项目完成后, 进行了带载试车。三次联合副井提升机运行全部是模拟全矿井停电, 应急电源系统辅助设备利用200k W发电机组供电, 3000k W发电机组直接为副井提升机供电。具体试车主要过程如下:
第一步:应急电源系统检查完毕并完成200k W发电机组的启动, 3000k W发电机组的暖机工作, 系统具备启动条件。
第二步:副井车房10k V一、二回路进线停电完毕。
第三步:应急电源系统启动, 并给副井车房供电。
第四步:副井提升机运行。
第五步:试车结束, 应急电源系统停机, 副井提升机恢复市电正常运行。
为安全起见, 三次试车时副井提升机罐笼内均不载人, 而是提升货物 (矿车) 。三次试车实验结果见表1。
在三次试车过程中, 1#机组的发电机发电频率正常, 均为50Hz±0.2Hz。表明应急电源可以为矿井正常供电。在这三次试车过程中, 只检测到极其短暂的出现一次51 Hz, 对供电没有影响。
在三次试车过程中, 发电机输出电压基本一直稳定在10.5k V, 不带负载时在10.5k V±100V波动。副井提升机运行时, 最高电压达到11.7k V, 最低电压为10.3k V, 这是由于提升机产生逆功造成的。
检测结果表明, 副井提升机最大负载时, 发电机输出电流为142A, 功率1185k W, 功率因数0.45, 电压10.7k V。1#机组发电机的额定电流为206A。可满足生产要求。
5 结论
我国煤矿供电基础条件差、可靠性低, 应对突然停电事故的能力不容乐观, 特别在恶劣的自然条件下, 更会造成煤矿灾难性停电事故。因此, 备有一套应急电源在许多场合是十分必要的。唐口煤业公司增设了一套3000k W柴油发电机组应急电源系统, 实现当济宁电网出现故障或矿井110/10k V主变电所若发生严重事故从而导致矿井电力系统很难在短时间内恢复供电时, 为副井提升运输及其它重要场所提供电源, 解决重大生产安全隐患。该项目目前已在唐口煤业公司正常运行, 对保证唐口煤业公司千米深井的安全生产、保障井下一线作业人员的生命安全, 起着至关重要的作用。
摘要：我国煤矿供电基础条件差、可靠性低, 应对突然停电事故的能力差, 特别对千米深井的煤矿, 备有一套应急电源是十分必要的。唐口煤业公司建设了一套3000KW柴油发电机组作为矿井的应急备用电源, 当发生停电事故时, 可为副井提升运输及其它重要场所提供电源。该项目目前已在唐口煤业公司正常运行, 对保证唐口煤业公司千米深井的安全生产、保障井下一线作业人员的生命安全, 起着至关重要的作用。
关键词：千米深井,备用电源,安全运行
参考文献
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小议消防备用水泵的启动 篇7
1 备用消防水泵的必要性
根据《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》等相关法律规定, 消防给水设施要设置消防水箱和消防水泵, 并辅以高压给水系统时, 保证该设施的正常给水。消防水泵是高层建筑重要灭火设施, 在高层建筑消防给水系统中担任着重要的角色, 能否正常给水直接关乎广大公民的生命财产安全。消防给水设施在设计的过程中要本着绝对安全的理念, 即保证在救火过程中某一水泵的故障出现仍能保证不间断地供水。
我国目前的消防水泵均采取电气控制技术, 这种控制能有效的根据消防中心的要求或工作人员的要求自动或手动启停, 并根据电力情况实现缺相、欠压、超压、过载等各项功能。消防水泵正常及时供水有两个必要条件:1) 供电正常, 在高层建筑的消防水泵的供电, 应按一、二级负荷要求供电, 应在最末一级配电箱处设置自动切换装置, 也就是供电变压器双路供电;2) 规定消防给水系统应有备用的消防水泵, 并能转换运行。
在工作水泵 (主泵) 有故障的时, 备用水泵能自动切换并投入供水, 无疑对给水系统的可靠性有着极大的提高, 不仅可以满足消防用水的要求, 而且在遇到重大火灾时, 能够保证供水的及时性, 最大限度的保护人民的生命财产安全, 减少火灾损失, 具有有非常重要的意思。
2 传统备用消防水泵启动方式
传统备用消防水泵启动控制方式一般为:当自动报警系统的低压电, 在控制柜里布置检测断路器的工作状态和主机或控制要求是否一致, 在接到启动水泵命令时, 如果检测的断路器不工作或没有按照指令要求动作, 此时, 备用泵延时自动启动, 所利用的检测对象为接触器的辅助触点和热继电器, 判断的标准是电气信号, 而不是实践工作情况。这样的控制方式只有在接触器本身、断路器跳闸、热继电器动作出现故障时, 备用消防水泵方可自动启动。
3 传统备用消防水泵存在的问题
3.1 水泵机电或机械故障
备用泵不能自动投入不灵活不能自动投入水泵机械故障, 如电机空转、水泵抽空、机械性能损坏、电机损坏、电线未连接等原因, 通过机械的自身装置能够控制工作泵的接触器的吸合, 但在这种情况下水泵仍不能正常供水, 传统的控制方式控制中心仍然认为消防泵已经启动, 不会主动切换到备用泵, 也不会报警。
3.2 水泵压力下降, 流量不够, 备用泵无法自动投入
这是传统消防水泵存在的又一问题, 相关房屋防火规范中规定, 建筑室内消火栓给水系统的消防用水量要保证建筑物消防必要的最低用水量, 这种用水量以扑救高层建筑物初中期火灾用水量为标准。如果选择较大的室内水泵非常庞大, 消防用水量大, 占地面积宽, 投资也随之增大。如果主消防泵按该用水量设置时又会存在缺陷, 造成发生大面积火灾时, 水量可能就不够, 满足不了消防要求, 出现管网压力下降。当发生大面积火灾时, 消防管网压力下降, 工作泵供水量不足, 备用泵应能一起投入运行。按传统的控制方式, 当存在供水量不够, 压力下降, 备用泵却不能自动投入工作。另外由于年久失修, 即使选择的水泵供水量足够, 管道也往往会出现破裂、出口阀门、水泵进口等问题, 出现流量不足、压力下降, 传统的控制方式也无法监测或得知, 所以也无法启动备用泵。
3.3 电流的变化, 备用泵的误动
电动机负荷电流的正常值较难确定;当水泵处于特性曲线上不同工况点时, 水泵的功率变化范围较大, 而且泵轴轻微卡滞, 阀门开启度变化引起管路阻力变化等影响供水会引起电机负荷电流的不正常变化。例如:目前浙江省消防设施检测中是将工作泵接触器输出端接线断开, 使工作泵电机电流为零来检测备泵电机能否启动。实际上这种做法不能涵盖主泵电机运行而泵未能正常供水的情况。
4 备用泵启动方式的改进
基于上述研究, 从整个给水系统分析, 不论是流量不足, 还是电气故障、机械故障等问题, 都可从消防管网压力上反映出来, 通过对其进行分析, 可以看出问题产生的原因, 反映水泵的工况及消防用水情况。因此, 将消防管网压力作为备用泵启动控制的依据, 是较理想的措施。即每个室内消火栓处的按钮不宜直接启动消防水泵, 可以把它作为警报信号传送给消防水泵房或消防值班室, 提醒管理人员应立即查明、核实火情, 防止误报;严格地讲, 只有水流指示器并压力的水力信号才是真正火警信号, 才可以直接启动消防水泵。简单易行的实现方法是在消防水泵供水总出水管处安装可靠的水流指示器和电节点压力传感器或压力表, 总管的压力还低设定压力下限, 工作泵起动一定时间 (30s) 内, (下限必须满足最不利点的消防需要) , 备用泵经延时一并自动投入工作。
对室内消火栓给水系统;1) 启动消防工作泵信号可以是在消火栓箱处远程启泵按钮启动或在消防控制中心手动起泵, 也可以在水泵房消防水泵电控箱上手动启泵。对湿式自动喷水灭火系统:2) 启动消防工作泵信号可以是任一水流指示器动作信号+湿式报警阀组压力开关动作信号, 也可以是在水泵房或消防控制中心手动启泵。
我们常见到的消防供水设备为“一用一备”的传统配置方式, 长期以来这种方式有着许多优点, 它造价较低, 配置简单, 广泛的应用于消防领域。通过不断的实践来看, 其缺点也是十分明显的, 传统的大流量水泵在消防灭火小流量运行时压力升高到设定压力上限, 往往产生超压现象, 以至于消火栓难以打开, 造成消火栓早期的超压, 消火栓操作人员稳不住水枪, 水枪后坐力大, 甚至会引起水带爆裂等事故。另外, 该配置方式在水泵供水流量大于20L/s时, 由于其启动电流较大, 单台电机功率较大, 启动时对电网的电流冲击较大, 不利于定期自动巡检方式对水泵进行维护和采用定期人工启动。但两台大泵一用一备时, 应停止一台泵工作, 避免系统超压, 这样起动停机过于频繁, 对电机、水泵不利。解决的办法是采用采用新型供水方式, 即多台水泵并联运行的供水。根据出水量的不同, 做到供水不足时, 启动不同流量的消防泵, 可增加开泵数量;压力升高时, 可减少开泵数量。抗干扰能力强、可靠性高的工业可编程序控制器 (PLC) 是电控系统常采用的装置, 通过编程实现循环启泵, 先开的水泵先停, 后开的水泵后停, 这样就能避免停机过于频繁的问题, 很好地解决了系统超压和水泵起动。
5 备用水泵启动的条件
5.1 对供电变压器容量的要求
考虑到变压器供电时局部电网稳态运行要求二次压降在允许范围内, 当交流电动机的容量小于供电变压器的额定容量的10%~15%时, 可以一次启动成功;如果电动机容量是略微超过上述数值, 则可以采用星三角启动或带补偿器启动等削减启动容量的方式启动。上述情况都可以认为电源具备消防水泵自动切换运行的条件。
水泵电机启动时变压器的负荷率对水泵电机启动能否成功影响很大。在空载情况下加载与在满载状态下再增加一台水泵电机的启动功率输出, 对局部电网承受的压降变化和稳定性的考验是很大的。按消防规范规定, 当火灾确认以后, 消防控制室应能切断有关部位的非消防电源。符合国家规范的设计和安装施工将在一定程度上保证供电变压器的低负荷率以满足消防水泵电机的启动功率需求。
5.2 对消防水泵的要求
组成消防水泵的电气控制箱、电动机、联轴器、水泵等部件均应完好, 并保证处于准工作状态。
电气控制系统不应出现过载或短路故障, 控制电路也不应出现线路、元件及触点故障;电机、水泵应转动灵活, 不能有卡滞现象, 泵轴密封应良好。
5.3 对管网系统的要求
消防水泵启动时, 管网需设置在不需人工操作并能适应自动启动运行的状态。消防主备泵进出口阀门应开启, 并采用自灌式引水方式;各处止回阀安装符合设计要求。水泵供水管上应设自动泄压系统。
摘要：通过对传统消防备用水泵启动方式的分析, 并提出几点改进的方案, 最后总结了消防水泵启动的条件。
关键词：消防备用水泵,启动方式,接触器
参考文献
[1]高层民用建筑设计防火规范 (GB50045-95) , 2001.