备用电源范文（精选9篇）
备用电源 第1篇
小河嘴煤矿自动化设备较多,以前每台设备都单独安装铅酸蓄电池作为备用电源。因煤矿井下自动化设备安装分散,维护备用电源时职工工作量大,且铅酸蓄电池故障率高,更换难度大,材料浪费多。如遇某台设备铅酸蓄电池故障,停电期间该设备将无法正常运行,严重时甚至造成整个自动化系统瘫痪,不仅给安全埋下隐患,还对生产造成严重影响。
为解决这一难题,该矿对自动化设备备用电源进行了改进,采用由UPS电源集中供电的方式代替铅酸蓄电池分台供电。UPS电源采用锂电池,具有供电稳定、容量大、故障率低等特点。同时,该电源还具有通信功能,可在地面控制室电脑上直接观察到UPS备用电源的电池充放电状态、电压、电流、温度等,实现了对UPS备用电源的远程实时监控。当井下停电时,UPS电源能为井下自动化系统稳定供电,保证停电期间井下的人员定位系统、电力监控系统、通信系统等自动化子系统正常运行,当井下恢复供电时,能安全、快速地通过自动化系统实现远程送电。
通过该项技术改进,该矿实现了对自动化系统备用电源运行状态的远程实时监控,保证了备用电源的可靠性。同时,减少了材料浪费,消除了安全隐患,减轻了对生产造成的影响。
通信基站备用电源部分问题答疑汇总 第2篇
1、铁锂电池技术要求‛中的‚3.充电‛是否要求电池组具备充电限流功能？
答：铁锂电池技术要求‛中的‚3.充电是说明充电方式，本次一体化电池作为开关电源系统备用电池，不要求一体化电池组具有充电功能。
2、铁锂电池技术要求‛中的‚4.恒流放电‛是否要求电池组放电电流达到1C放电（含不含ＢＭＳ）？
答：按照试验要求本次试验是单纯电池进行1C(A)放电，但对一体化电源要求是整体能进行1C(A)放电，样品应该满足此要求。
3、附件测试项目中的２～１０项 试验时，电池组带不带ＢＭＳ？
4、答：本次试验２～１０项是将带BMS一体化电池中BMS分离后举行对电池试验。
4、《检测委托书》是不是要自己编写，有没有规定格式？附件2中，只有《样品信息表》。《检测委托书》是否由厂家自己编写？
答：《检测委托书》厂家不需要编写，但是《样品信息表》需填写完整。
5、《授权函》有没有规定格式，是否由厂家自行出据？
答：《授权函》由厂家自行出据，没有规定格式。
6、附件2《样品信息表》中 ‚样品编号（中国电信统一编号）‛那里获得？
答：样品编号与厂家无关，厂家无需填写。
7、将‘样品信息表’电子版用E-Mail方式寄送电源质检中心联系人。没有电源质检中心联系人电话及邮箱？
答：请将 ‚电源质检中心联系人‛ 更改成 ‚样品管理单位联系人‛。
8、<<2012年中国电信磷酸铁锂电池（带BMS）集中采购入围检测样品送检通知>> 中1.1.‚
3、BMS应具有单体电池电压的采集及电池充放电容量功能，提供通信接口及上位机软件(能读取电池试验过程的充放电单体电压、总电压、充放电电流、充放电容量、温度等记录数据，并且能够通过软件对BMS的各项参数进行设臵)。
问题1：能够通过软件对BMS的各项参数进行设臵：是设臵报警阈值吗？
答：如果BMS对各种告警值及其他参数可设臵的情况下，通过提供的上位机软件能够设臵，（例如：电池组欠压告警，如果欠压值可设臵，应能通过提供的上位机软件设臵），目的是能顺利完成测试。
2.磷酸铁锂蓄电池产品测试要求中
2.1.容量测试
问题2：容量一致性，是否需要现场测试，如何测试？
答：请仔细阅读附件的说明部分，容量一致性测试是将带BMS一体化电池中BMS分离后进行对电池组的各单体电池容量进行测试。
2.2.监控功能中：
问题3：电池组失效告警，是否需要现场测试，如何测试？
答：在YD/T 2344.1-2011标准中对‚电池组失效‛没有明确定义，如果将‚电池组失效‛理解为没有电压输出，可以用检测电压方式进行检测。
问题4：电池组极性反接告警，是否需要现场测试，如何测试？
答： 反接可能有两种：
a.一体化电池组与充电设备的反接。 b.电池组和BMS装配过程发生的反接。 如果有此功能，现场可以进行测试。
问题5：电池组温度/电压/电流传感器失效告警，是否需要现场测试，如何测试？
答：在YD/T 2344.1-2011标准中对‚电池组温度/电压/电流传感器失效告警‛没有明确定义，我们测试方法是当去掉温度、电流等传感器时，应该能告警。
问题6：遥控 : 充电方式，是智能间歇充电方式和限流充电方式切换吗？
答：是。
问题7： 限流充电方式？具体是什么方式？
答：在充电方式上YD/T 2344.1-2011标准中提出有‚间歇充电方式‛，而YD/T 2344.1-2011标准中提出‚限流充电方式‛应该指区别于‚间歇充电方式‛的另一种充电方式即‚浮充充电方式‛，浮充充电控制有配套开关电源系统完成。
问题8：附件1第16条要求‚电池组宜具有RS232或RS485/
422、以太网、USB等标准通讯接口，通信协议参见YD/T1363.3 中的蓄电池检测装臵通信协议，应提供与通讯接口配套使用的通讯线缆和各种告警信号输出端子。‛
在接口中提到宜具有‚232/485/
422、以太网、usb‛等接口，并未提到需具备干节点接口；而后规定‚应提供与通讯接口配套使用的通讯线缆和各种告警信号输出端子。‛其中告警信号输出端子为干节点接口。
虽然232/485/422/ip/usb 等接口均可作为告警输出端子，但现在是否硬性要求必须具备干节点开关量输出，请明示。
答： a.首先明确，附件1的第16、第17、第18条是YD/T 2344.1-2011标准中5.11.2的全部要求。
b.附件1第16条的含义：
①具有标准通信接口 RS232或RS485/
422、以太网、USB等
②通信协议：参考YD/T1363.3 中的蓄电池检测装臵通信协议规定的格式，本次检测要求提供具体通信协议
③提供与通信接口配套的通信连接线缆
④提供各种告警信号的输出端子（属于干节点类）9、12项测试中“调节高温箱的温度以3℃/min上升至高温保护点，保持10min‛如此快的升温，且只保持10min很难使电芯表面温度也达到高温箱的温度，特别是导热性能好的钢铝壳电芯，另外，如果温度保护设臵为60度，温度探头有一定误差，而高温箱也有一定温差，很有可能因为两者误差而没有触发温度保护。
答： 附件1第12条的试验方法是YD/T 2344.1-2011标准中6.14.5的全部要求。但在实际测试中我们会使温度适当的超调来验证温度过高（低）告警及恢复功能，其目的是检验在要求温度点是否具备告警功能，如果涉及到具体样品的温度告警有需要说明的(如温告警点缺省值、设臵值等)请在相应的说明文件说明，以保证对该功能正常测试。10、18项中，要求反接告警，反接的定义是电池正负输出反接充电电源吗？
答： 反接可能有两种：
a.一体化电池组与充电设备的反接 b.电池组和BMS装配过程发生的反接 11、18项中，遥控‚限流充电方式‛是要求带充电限流电路吗？
答：不要求带充电限流电路，在充电方式上YD/T 2344.1-2011标准中提出有‚间歇充电方式‛，而YD/T 2344.1-2011标准中提出‚限流充电方式‛应该指区别于‚间歇充电方式‛的另一种充电方式即‚浮充充电方式‛，浮充充电控制有配套开关电源系统完成。
12、铁锂电池技术要求‛中的‚3.充电‛是否要求电池组具备充电限流功能？ 答：铁锂电池技术要求”中的“3.充电是说明充电方式，本次一体化电池作为开关电源系统备用电池，不要求一体化电池组具有充电功能。
13、铁锂电池技术要求‛中的‚4.恒流放电‛是否要求电池组放电电流达到1C放电（含不含ＢＭＳ）？
答：按照试验要求本次试验是单纯电池进行1C(A)放电，但对一体化电源要求是整体能进行1C(A)放电，样品应该满足此要求。
14、附件测试项目中的２～１０项 试验时，电池组带不带ＢＭＳ？
答：本次试验２～１０项是将带BMS一体化电池中BMS分离后举行对电池试验。
15、采用15串3.2V电芯组成48V系统送样是否可行？
答：根据本次集采的要求，送样测试的电池组必须为16串。
16、采用25Ah单体2个并成50Ah电池组成48V系统是否可行？
答：送样测试单体电池应符合本次集采的要求，不允许其他方式的并联体。
17、关于电池管理系统所提的相关技术要求，是否需要完全满足；部分满足或者给一个整改期限是否可以？
答：本次检测为入围检测，检测厂家产品目前的状态，厂家应送满足或最大程度满足我们要求的产品，由我们通过检测来判定产品合格与否，所以不存在整改期的说法。
18、采用15串3.2V电芯组成48V系统送样是否可行？
最终答复：经我单位研究，对于厂家送测样品成组方式的要求补充澄清如下：
本次入围检测样品，电池成组方式要求为16串.19、采用25Ah单体2个并成50Ah电池组成48V系统是否可行？
答：送样测试单体电池应符合本次集采的要求，不允许其他方式的并联体。
一款控制模块备用电源的设计 第3篇
关键词：备用电源 过欠压检测 Mulitisim
中图分类号：TL503.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00
1.引言
为了防止控制模块的直流27V供电电源输出出现异常时，对控制模块造成的数据丢失、电子设备及后级负载的损害等问题，考虑一路备用电源是十分必要的[1]。本文中选用一款蓄电池作为备用电源，当供电电源输出出现中断或异常时，蓄电池仍可以持续一定时间给控制模块供电，既保证了控制模块的数据不会丢失，同时减少了对电子设备及后级负载的影响。此外，备用电源要具有对蓄电池的充电功能，还要实现27V电源与蓄电池的切换功能，以及对蓄电池充放电的过欠压检测和对供电电源的异常检测等保护功能。
2.工作原理
当27V直流电源正常时，直接给控制模块供电，同时给蓄电池组充电；当27V直流电源异常时，切换电路将电路切换到蓄电池组供电。当蓄电池组作为控制模块供电电源时，必须实时监测蓄电池组的放电电压，当电压降到设定阈值时切断电路，以免电池损坏。
在检测电路中，必须达到以下效果：27V直流电源给蓄电池组充电正常时，发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭；27V直流电源异常时，电路切换到蓄电池供电，发光二极管D6开始闪亮，待蓄电池组放电至欠压D6灯灭，进行光报警，备用电路原理图如图1所示。
3.组成
本文设计中，备用电源主要由蓄电池组和监测控制电路模块两大部分组成。其中，蓄电池组主要由两个12V蓄电池串联而成，监测控制电路模块主要由充电电路、欠压检测电路、过压检测电路以及切换电路等组成。备用电源原理框图如图2。
3.1蓄电池组
铅酸蓄电池由于其制造成本低，容量大，价格低廉而得到广泛的应用[2]。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。因此为有效延长蓄电池的使用寿命，在本电路中主要设计了对电池充放电时过欠压的控制电路。
选取2块免维护铅酸蓄电池12V1.3AH/20HR串联使用。蓄电池组放电时间按式（1）计算[3]。
Q ……………………………… （1）
式中：
Q——蓄电池容量（Ah）（取值1.3Ah）
K——安全系数（取值1.25）
I——负载电流（A）（取值0.4A）
T——放电小时数（h）
t——蓄电池最低环境温度（℃）（取值15℃）
η——放电容量系数（取值0.76）
α——蓄电池放电温度系数（取值0.008）
由式 （1）可得电池放电时间约为2h，满足备用电源延时要求。
3.2监测控制电路模块
a）充电电路
备用电源电路原理图如图1所示， 27V直流电源由MOS管控制给蓄电池充电，在27V直流电源正常时，给控制模块供电，同时蓄电池处于充电状态，此时发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭。
b）电池欠压监测电路
在蓄电池正常工作一段时间后电池电压下降，当下降到保护值（电压<20V）时，必须关闭电池供电电路，可能会影响电池寿命，甚至导致电池损坏。因此对电池电压进行监测并采取相应的保护措施是十分必要的。如图1所示，放电欠压终止由电压比较器U1B控制，电阻R7、R8串联采样充电电压接到比较器U1B的反相端，同向端接TL431提供2.5V的基准电压，当放电电压低于20V时，U1B输出高电平，Q1导通，继电器（常开）断开，蓄电池停止放电。
c）电池过压监测电路
充电过压监测是为了防止蓄电池过充，从而延长蓄电池寿命，同时也能防止过充造成不必要的危险。如图1所示，充电过压（电压﹥27.6V）终止由电压比较器U1A控制，电阻R1、R2串联采样充电电压接到比较器U1A的反相端，同向端由TL431提供2.5V的基准电压，当电池电压高于27.6V时，比较器U1A输出低电平，Q2截止，Q3导通，MOS管Q4关断，电池停止充电。
d）切换电路
当27V直流电源异常时，切换电路切换到蓄电池工作状态，实现不间断供电。由于需要通过功率器件——继电器来切换，而功率器件的切换是需要动作时间的，因此在本电路设计中，如图1所示，对控制模块电源输入端并联大电容来弥补切换中断时间时的电源供电，从而确保控制模块零中断工作。
4.结束语
通过对控制模块备用电源的合理设计，可完成备用蓄电池的充电、过欠压监测与光报警及其切换等功能，实现了对控制模块的不间断供电，提高了工作效率。
参考文献
[1] 殷小明.应急电源与备用电源的设计[J]，现代建筑电气，2012年04期
[2]吴浩亮，张明锋，陈波等.中国铅酸蓄电池行业现状与展望[J].工程建设与设计，2011年07期
备用电源自动投入装置浅析 第4篇
备用电源自动投入装置, 简称备自投, 是在工作电源因故障被断开以后, 自动而迅速地将备用电源投入工作的自动装置[1]。随着社会的发展, 用户对供电可靠性的要求越来越高, 安装备用电源自动投入装置成为了提高供电可靠性不可或缺的措施。备自投在保证电力系统连续可靠供电方面发挥了重要作用, 现对220 k V及以下备自投进行简单的分析。
1 备自投实现方式分析
各电压等级的备自投都有自己的特点, 下面对10 k V备自投、110 k V备自投和220 k V备自投分别进行介绍。
1.1 10 k V备自投
10 k V备自投分为进线备自投与分段备自投, 10 k V进线备自投与110 k V进线备自投类似, 将在下节中进行分析, 此处不详解。现对10 k V分段备自投进行分析:
电力系统中, 目前比较常见的是带负荷均分功能的10 k V分段备自投装置。我局10 k V主接线一般为图1所示, 针对该接线分析10 k V分段备自投的实现方式。
如果备自投装置退出了负荷均分功能, 则在母线失压时, 合上对应母线的分段开关, 如装置检测到I母失压且501无电流, 则在确保501跳开后合上521, I母负荷由#2主变来带。此处提到装置检测到501无电流, 是为了确保在I母发生三相PT断线的情况下不至于导致备自投误动作。
若是备自投装置投入了负荷均分功能, 则有以下几种不同的实现方式:
1) I母失压, 确保跳开501后, 合上521, 然后断开502B, 再延时合上532, 实现每台主变带两段母线 (此处将IIA母、IIB母当作两段母线) 的功能。在此动作过程中, IIB母会有短时的失压, 但不至于造成#2、#3主变的非同期合闸。但目前电力系统中比较常见的是主变高压侧并列运行, 因而此种方式不太适合于对供电可靠性要求日益攀升的电力系统。
2) 与第一种类似, 只是在502B跳闸与532合闸先后顺序上不同, 这种方式不会造成IIB母的短时失压, 因此比较常用于电力系统中。
3) I母失压, 确保501跳开后, 先合上532再合上521, 由两台主变一起带四段母线运行, 这样可以避免一台主变带的负荷过高, 而另一台主变轻载运行, 与第二种方式相比, 第三种方式更加普遍。
1.2 110 k V备自投
110 k V备自投也分为进线备自投与分段备自投, 但一般电力系统中要求同一变电站内的两段母线并列运行, 因而110 k V分段备自投应用较少。
目前, 110 k V变电站内比较多见的接线方式是单母分段, 稍为老一点的变电站则是单母分段带旁路。现以单母分段带旁路两主两备的接线为例进行分析:
如图2所示, 甲线、乙线主供, 丙线、丁线备用, 当两条母线失压且两条主线均无流时, 延时跳开1DL、2DL, 确保1DL、2DL跳开后再合上3DL、4DL。
一般情况下, 从同一变电站过来的两回线路都会挂在不同母线上, 假设甲线、丙线为同一变电站过来的两回线, 那么上述两主两备的备自投方式的可靠性则会大打折扣。因为同一变电站出来的两回线一般是同杆并架, 如果线路因外力受到破坏, 则两回线路同时受到破坏的可能性极大, 此时的备自投方式变成了两主一备。
为了实现两主两备的功能, 可以用两种方式进行解决:
1) 从二次方面进行实现, 即可将丙线接到2DL间隔, 乙线接到3DL间隔, 从而实现从同一变电站过来的两回线路作为主供, 备用于另外两回线路。但这种方式有一个弊端, 即当一次设备改变了以后, 备自投必须退出进行相应的间隔更改。如由于电网扩建线路解口以后, 作为主供的两回线路就会发生变化。
2) 由程序本身实现, 将1DL、3DL作为主供, 2DL、4DL作为备用, 这种方式目前比较少见, 但最新的NDB310已有此功能, 不过程序是固化的, 不能灵活择主供线路, 建议厂家编制可以实现灵活选择主供线路的程序。
1.3 220 k V备自投
220 k V备自投的动作逻辑与110 k V备自投类似, 不同的是220 k V备自投具有切负荷的功能。它能够根据主供线路功率和与优先级最高的可备投线路的负荷允许定值相减, 得到差值即为所需的联切负荷功率值, 以过切为原则, 再根据负荷线优先级由小到大的顺序选择联切相应负荷出线[2]。
2 各备自投开关位置开入方式
备自投判断各开关位置使用的开入量也有所不同, 10 k V备自投、110 k V备自投接入的是跳位和合后位KKJ, 而220 k V备自投接入的是合位和手跳接点STJ。
接入合后位KKJ需要考虑闭锁重合闸问题, 因为采用保护跳开工作线路开关后, 保护装置会误认为开关偷跳而启动重合闸将原已被分开的线路开关又重新合上, 导致无法隔离有故障的原工作线路, 备自投也无法正常工作, 因此, 必须用另一对跳闸输出接点去闭锁该线路的重合闸[3]。当人工跳开相关运行断路器时, 由于合后位KKJ返回而实现了自动闭锁备自投装置。但使用此种方式时必须注意: (1) 备自投的跳闸回路必须采用保护跳闸方式实现, 而不能再考虑接入手跳回路, 因为手跳后KKJ会消失而导致备自投动作失败; (2) 若备自投的合闸回路没有接入到手合回路中, 则在备自投动作后, 若不再进行断路器倒闸操作, 即使电压条件满足, 由于没有相关断路器的合后位, 备自投装置也不能再次充电[4]。
接入手跳接点STJ需要注意的是必须采用瞬动接点, 而不能像合后位KKJ那样保持住。因为220 k V备自投不像10 k V备自投和110 k V备自投那样, 可以根据跳位和合后位KKJ来判断线路是否人为切开, 从而决定该线路是否参与备自投;而220 k V备自投接入手跳接点STJ来闭锁备自投, 对备自投进行放电, 若STJ是保持接点, 则会使备自投一直放电。
3 结语
随着备自投在电力系统的广泛使用, 各种实现形式的备自投参差不齐, 因而设计一款统一的、符合工程实际的备自投装置显得相当重要。希望通过对220 k V及以下变电站常见的备自投进行分析比较后, 能够为备自投往后的设计、安装、使用提供一点宝贵意见。
参考文献
[1]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[2]江苏华瑞泰科技股份有限公司.GFWK-J型智能备用电源自投装置柜技术及使用说明书[Z].2011 (1) .
[3]郑秀芳.备用电源自投装置及其应用研究[J].中国西部科技, 2009 (163) .
备用电源自动投入装置失配分析 第5篇
备用电源自动投入装置 (以下简称备自投) 是一种旨在提高供电可靠性的安全自动装置, 在主电源失去时通过自投备用电源来保证母线不失压及线路的供电, 可提高电力系统的供电可靠性, 在各电压等级电网中得到广泛应用。但是备自投不能作为一个孤立的安全自动装置运行, 须结合上下级电网结构、主接线方式、负载分配等问题综合考虑备自投动作逻辑配置。本文结合一起备自投动作失配事件, 对上下级备自投配合存在问题进行了深入分析, 并提出了相应的应对措施, 旨在提高备自投动作正确性, 不断提高供电可靠性。
2 备自投方式
备自投一般可实现分段自投和进线自投四种方式的备用电源自投功能。如图1所示, 分别对典型内桥主接线方式四种备自投功能进行说明。
2.1 分段自投方式1
1DL、2DL在合位、3DL桥断路器分位。充电完成后, 进线1失压、I段母线无压、进线1无流、Ⅱ段母线有压满足条件, 备自投经“失压后切进线时限延时”后, 跳开1DL, 确认1DL跳开后, 延时“合备用时限”3DL, 完成动作。
2.2 分段自投方式2
1DL、2DL在合位、3DL桥断路器分位。充电完成后, 进线2失压、Ⅱ段母线无压、进线2无流、I段母线有压满足条件, 备自投经“失压后切进线时限延时”后, 跳开2DL, 确认2DL跳开后, 延时“合备用时限”3DL, 完成动作。
2.3 进线自投方式1
1DL、3DL在合位、2DL进线断路器分位。充电完成后, 进线1失压、I、Ⅱ段母线无压、进线1无流、进线2线路有压满足条件, 备自投经“失压后切进线时限延时”后, 跳开1DL, 确认1DL跳开后, 延时“合备用时限”2DL, 完成动作。
2.4 进线自投方式2
2DL、3DL在合位、1DL桥断路器分位。充电完成后, 进线2失压、I、Ⅱ段母线无压、进线2无流, 进线1线路有压满足条件, 备自投经“失压后切进线时限延时”后, 跳开2DL, 确认2DL跳开后, 延时“合备用时限”1DL, 完成动作。
3 备自投装置计时逻辑
3.1 系统模型
如图2系统模型图所示, 虚线部分为110kV甲乙站, 配置有110kV备自投, 10kV备自投;110kV备自投实现线自投和桥自投四种方式, 10kV备自投实现桥自投两种方式。
线路1重合闸时间整定为1s, 110kV备自投切工作进线时间整定值为2.5s, 合备用电源时间整定为0.2s。
3.2 各类型计时逻辑
3.2.1 “瞬时有压, 计时清零”型
此类逻辑备自投装置主要集中在ISA-358G、ISA/LSA-258系列, RCS-9651B、RCS-9652B、LFP-965 (程序V2.x) 系列, CSC-246系列, PSP-642、PSP-691系列, ) NSR-641R、DSA-361系列, X7501系列。主要动作逻辑为:
1) 线路1初次故障, 220kV变电站161断路器跳闸, 线路1失压, 此时110kV甲乙站110kV备自投装置110kV I段母线二次电压失压, 110kV备自投装置保护启动并开始启动计时。
2) 线路1初次故障切除, 约1000ms后161断路器重合闸动作, 线路1瞬时有压, 此时110kV备自投装置停止计时, 并将计时清零。
3) 161断路器重合上后发生永久性故障, 161断路器跳闸, 线路1再次失压, 此时110kV备自投装置110kV I段母线电压失压, 备自投装置重新开始启动计时。
4) 当计时器失压达到2.5s后, 备自投动作跳开171断路器, 合上112断路器, 备自投动作成功。
3.2.2 “瞬时有压, 计时停止”型
此类逻辑备自投装置有RCS-9651C、RCS-9651、RCS-9652、LFP-965 (程序V1.X) 系列, CSB-21A系列。主要动作逻辑为:
1) 线路1初次故障, 220kV变电站侧161断路器跳闸, 线路1失压, 此时110kV甲乙站备自投装置110kV I段母线电压失压, 110kV备自投装置保护启动并开始启动计时。
2) 线路1初次故障切除, 约1000ms后161断路器重合闸动作, 线路1非故障相瞬时恢复有压, 此时110kV备自投装置停止计时, 但不对计时清零, 而是保持当前计时值。
3) 161断路器重合上后发生永久性故障, 161断路器跳闸, 线路1再次失压, 此时110kV备自投装置110kV I段母线电压失压, 备自投装置继续计时。
4) 当计时器失压达到2.5s后, 备自投动作跳开171断路器, 合上112断路器, 备自投动作成功。
4 失配事件分析
事件发生前相关变电站运行方式如图3所示:
4.1 220kV海埂变侧
220kV:草海线281断路器供1号主变, 马温海线282断路器供2号主变, 内桥212断路器处热备用, 220kV BZT装置投入运行。
110kV:1号主变经101断路器供Ⅰ段母线, 2号主变经102断路器供Ⅱ段母线, 母联112断路器热备用。海太机I回193断路器在Ⅰ段母线运行, 海太机Ⅱ回194断路器在Ⅱ段母线运行。
4.2 110kV太家地变侧
110kV:海太机I回161断路器供1号主变, 海太机Ⅱ回162断路器供2号主变, 内桥112断路器处热备用, 110kV BZT装置投入运行。
10kV:1号主变经001断路器供Ⅰ段母线, 2号主变经002断路器供Ⅱ段母线, 母联012断路器热备用。
4.3 保护动作情况
220kV马温海线发生永久性故障, 重合不成功。10时28分, 220kV海埂变220kV备自投动作, 跳开282断路器, 合上212断路器。站内一、二次设备检查无异常。110kV太家地变110kV备自投动作, 跳开162断路器, 合上112断路器。站内一、二次设备检查无异常。
4.4 定值整定情况
1) 220kV海埂变220kV备自投装置, 失压后切进线时限:2s, 合备用时限:0.2s;
2) 110kV太家地变110kV备自投装置, 失压后切进线时限:2.5s, 合备用时限:0.2s。
4.5 保护动作评价
220kV马温海线发生永久性故障, 220kV海埂变220kV备自投装置已正确动作, 下级电网110kV太家地变110kV备自投定值整定已考虑0.5s动作级差, 此时备自投装置不应动作, 属于备自投失配。
5 原因分析及改进措施
5.1 原因分析
第一阶段:220kV马温海线初次故障, 220kV海埂变电站220kVⅡ段母线、110kVⅡ段母线失压, 220kV海埂变220kV备自投装置开始启动计时;同时, 110kV海太机Ⅱ回线失压, 110kV太家地变110kV备自投装置开始启动计时。
第二阶段:220kV马温海线初次故障切除, 约1000ms后291断路器重合闸动作, 线路非故障相瞬时有压, 220kV海埂变220kV备自投装置逻辑判据为220kVⅡ段母线有压, 220kV备自投装置停止计时, 并将计时清零;110kV海太机Ⅱ回线非故障相瞬时有压, 110kV太家地变110kV备自投装置逻辑判据为110kVⅡ段母线有压, 110kV备自投装置停止计时, 不对计时清零, 保持当前计时值, 此时110kV备自投装置“失压后切进线时限”已计时约1000ms。
第三阶段:220kV马温海线再次故障跳闸, 220kV海埂变电站220kVⅡ段母线、110kVⅡ段母线第二次失压, 220kV海埂变220kV备自投装置重新开始启动计时, 当计时达到约2000ms后, 220kV备自投动作跳开282断路器, 200ms后动作合上212断路器, 此时220kV海埂变110kVⅡ段母线电压恢复共计延时约2200ms;同时, 110kV海太机Ⅱ回线第二次失压, 初次故障“失压后切进线时限”已计时约1000ms, 110kV太家地变110kV备自投装置继续启动计时, 当计时达到约1500ms后, 110kV备自投动作跳开162断路器, 200ms后动作合上112断路器。
当断路器重合永久性故障后, 220kV海埂变110kV母线电压恢复延时约2200ms, 大于110kV太家地变110kV备自投“失压切进线时限”剩余时限约1500ms, 110kV太家地变110kV备自投提前动作, 导致220kV海埂变220kV备自投与110kV太家地变110kV备自投动作时限失配。
5.2 改进措施
1) 电力系统上下级电网所配置的备自投装置宜选用同一厂家、同一型号产品, 若选用不同厂家设备时, 上下级电网所配置备自投装置计时逻辑、动作逻辑应一致, 避免出现上下级动作失配问题。对于网内已使用的不同计时逻辑、动作逻辑备自投装置, 应尽快排查并制定升级改造措施, 提前消除设备运行隐患。
2 ) 目前对备自投装置的检验包含对动作逻辑、开入开出、跳闸回路、交流输入量以及传动试验检查, 未重视对装置计时逻辑检验, 检验存在漏洞。今后应加强预试定检工作, 修编备自投装置检验指导书, 增加对装置计时方式的检验项目, 并对上下级电网备自投装置计时方式进行存档记录, 为定值整定配合和技术升级改造提供依据。
3) 从设备选型、采购源头进行规范控制。在招标技术规范书中明确所需备自投装置计时方式。比如某局约80%备自投装置计时方式为“瞬时有压, 计时清零”型, 则后期新入网备自投装置应采用“瞬时有压, 计时清零”方式, 保证上下级电网备自投装置计时、动作一致性, 从而保障电网安全稳定运行。
6 结束语
由于加装备自投装置具有投资少、易施工、动作可靠性高特点, 能够有效地提高供电可靠性, 在系统内得到广泛使用, 但备自投装置由于设备型号多、厂家杂、逻辑不统一等因素, 时常导致上下级电网备自投发生误动、拒动等失配问题。实践证明, 对某局备自投装置完成升级改造, 统一计时逻辑后, 系统内未再次发生备自投失配问题, 所以备自投装置的使用应结合上下级电网结构、主接线方式、负载分配等问题综合考虑设备配置及定值整定配合。
参考文献
[1]长园深瑞继保自动化有限公司.ISA-358G备用电源自动投入装置说明书[R].2011年10月。
[2]北京四方继保自动化股份有限公司.CSB-21A备用电源自动投入装置说明书[R].2003年05月。
浅析船用GMDSS的备用电源 第6篇
到了60年代初, 这些问题已经变得时常严重, 直到1962年第一个通讯卫星Telstar被送入轨道后, 情况才有所好转, 直到1992年IMO (Inte rnational Maritim e Organiztion) 国际海事组织提出GMDSS (GlobalMaritim e Dis tre s s and Safe ty Sys te m) , 规定了如何运用现代化的设备进行海上遇险和安全的通讯, 规范了海上搜救的程序, 如下图:
为了保证航行安全, 需要及时有效地由岸上向航行的船舶提供提供有关海上航行安全信息。而要发送这些信息, 各个设备必须保证正常的运行, 这个基础就是以有个安全可靠的电源为前提。所以为了航行安全, 各国船级社对备用电源都有明确要求。
一般有如下要求:
1) 必有保证设备既能在船舶主电源支持下工作, 又能在备用电源支持下工作。
2) 除充电过程外, 备用电源就独立于船舶主电源。
3) 备用电源的容量应能确保GMDSS设备连续工作1小时。
4) 紧急情况下, 电源能同时驱动一台VHF设备和另一个报警设备 (此设备可以是A1+A2航区的中频无线电设备, A1+A2+A3航区的MF/HF设备或Inmarsat船站) 。如船站或者MF/HF电台。
5) 若备用电源为铅酸电池组, 一般其容量应至少为144安时。即:理论上, 若以14.4A电流带负载, 应能持续10小时。实际上, 若以14.4A电流带负载一般只能持续6~7小时。当GMDSS系统的设备选用备用电源时, 一般按其使用特性, 可分为一次性电源和充放电电池。
1 一次性电源
一次性电池即不能充电的电池, 它的使用寿命取决于内部活性物质的量。一般说来, 电池越大, 工作寿命越长。最常见的一次性电池俗称干电池每节1.5V。这种电池在GMDSS设备中不使用。
现代一次性电池有多种, 一般按其内部主要化学物的名称来命名, 如:碱性电池 (1.5V) , 汞电池 (1.4V) , 锂电池 (1.4V) 。
一次性电池一旦制造出来后, 其内部化学反应就开始了。这种反应是内耗的, 它将减弱电池的效率。干电池常常因内部这种反应而毁坏了外部的容器造成电子设备的腐蚀;而现代一次性电池基本上不会出现这种现象。但是, 这种反应仍会减少内部包含的能量, 如:干电池12个月内能量将内耗20%, 碱性电池30个月内能量将内耗10%, 汞电池5年内能量将内耗20%, 锂电池5年内能量将内耗2%。因此, GMDSS设备 (如EPIRB) 内使用的一次性电池基本上为锂电池。
2 充放电电池
GMDSS设备的备用电源常为充放电电池 (组) , 它的寿命较长, 通常能充放电多次。充放电电池一般不单节使用, 而是串联成组得到6V或12V或24V。充放电电池分为铅酸电池和镍镉电池。
2.1 铅酸电池
铅酸电池是最常用的充放电电池。它具有如下特性:能量密度大, 能在较大温度范围内可靠地工作, 性能优越且能经得起误处理, 价格便宜, 维护得好能使用许多年。它由容器、极板、隔离板三部分组成:
2.1.1 容器
它是蓄电池外壳, 由于容器内装有腐蚀性很强的电解液, 因此外壳常用玻璃、橡胶或者塑料等耐腐蚀材料制成。
2.1.2 极板
为了增加电池容量, 通常在一只蓄电池内部装有许多块极板, 分为正极板和负极板。极板在蓄电池内部排列都是正负相间的。由于正极板隔在负极中间, 负极板数量比正极板多一块, 把正极板连成一组, 再将负极板连成一组, 组成两个极组。
2.1.3 隔离板
正负极板间装有隔离以 (由木片和橡胶合并制成) 使正负极间绝缘。充放电期间, 铅酸电池的极电压会有一些变化, 不过变化明显的是电解液的比重, 所以常用电解液的比重作为检查铅酸电池状态的指针。
电池房间的位置应该尽可能高, 并且离用户设备越近越好。而且房间应保持良好的通风状态, 内部禁止吸烟, 更不能有火花, 否则易引起爆炸。
铅酸电池的寿命和它的容量有直接关系, 而容量又与极板的表面积、电解液比重、放电电流、充电程度、环境温度有关, 特别是它的初充放电对于蓄电池以后的使用寿命关系很大。
因此为了延长蓄电池寿命, 每月至少进行一次完全充放电, 建议在靠泊港口有充裕时间时进行, 如条件允许, 最好每周进行一次全放电, 放电完毕后立即充满电。
放电方式一般关闭组合电台控制面板上的AC交流电, 开启DC直流电, 选择中高频组合电台为负载对象, 以24V支流电供电开机工作, 可使用MF/HFDSC、NBDP、SSB等方式对外通信。放电过程中要严格观察电池电压、电液比重, 保持电压不低于22伏, 电液比重不低于1.23, 否则立即停止放电, 打开A/C电源开关为电瓶充电。充电过程中, 密切观察电液密度、液面高度及电瓶温度的变化, 并检查面板表头的充电电流读数, 一般充电电流不大于电瓶十分之一小时率。
比如船用电台应急电瓶容量一般为195AH, 那么充电电流一般不大于19.5A;如发现以ORDINARY恒压充电时充电电流微弱 (0.5A左右) , 而电瓶电液比重仍不足1.23, 设置各组之间比重不均衡, 电压大于等于24V, 而直流加载后电压马上衰减到22V以下, 此时电瓶已趋老化, 应向总公司船管部物料科申请换新, 同时应设法挽救该电瓶, 方法为调整各电池组内电液比重, 使各组平衡, 如有配置好的电解液可以适当添加;改恒压充电为恒流充电, 此时密切注意电瓶温度及电液比重, 如温度过高, 应立即停止充电, 并检查液面高度, 及时补充蒸馏水;待比重达到要求后, 关闭A/C, 以D/C供电进行完全放电, 然后再充电经过几个循环后一般能够对电瓶性能有所改善。
2.2 镍镉电池
在GMDSS设备中, 镍镉电池主要用于便携式VHF收发机作为其电源。它的寿命一般只能充放电1000次左右, 然后电池容量就会降到标称值的80%, 不过, 实际情况还达不到那么多次。如果新的镍镉电池搁置3个月以上, 其容量就会出现暂时消耗过迹象。这时若立即充电并投入使用, 会发现其效率只有40%。正式投入应用之前进行三次充放电过程会改善其效率。镍镉电池充电时能承受高的充电电流。然而当它接近充满状态后应限制充电电流到标称值的1/10。要完全充满镍镉电池, 一般需要其标称“安培时“ (AHC) 的1.40~1.60倍。现代的电控充电器能监测其极电压, 并随之调整充电电流, 从而既达到完全充满又不会造成过充“。充电器上红灯亮表明正在充电;绿灯亮表明充电已结束, 可以用了。
摘要：为了保证航行安全, 需要及时有效地由岸上向航行的船舶提供提供有关海上航行安全信息。而要发送这些信息, 各个设备必须保证正常的运行, 这个基础就是以有个安全可靠的电源为前提。所以为了航行安全, 各国船级社对备用电源都有明确要求。
关键词：无线电通讯,GMDSS,船舶航行
参考文献
[1]杨广治, 唐信源.GMDSS通信设备 (上) .大连:大连海事大学出版社, 1997.
[2]杨广治, 刘柏森.GMDSS通信设备 (上) .大连:大连海事大学出版社, 1998.
[3]杨在金.航海仪器.大连:大连海事大学出版社, 1998.
[4]刘东华, 刘彤, 唐信源.海上无线电通信.大连海事大学出版社, 1999.
备用电源自动投入装置的发展及应用 第7篇
随着现代电力技术的不断发展, 电力网络的规模越来越大, 复杂程度也越来越高, 为了确保电力系统的稳定性, 需要装设各种安全自动装置。备用电源自动投入装置就是其中最常见的一种, 该装置动作的正确可靠与否将直接影响到火力发电厂和生产装置区变电所供电的可靠性。
备用电源自动投入装置是当工作电源因故障断开以后, 能够自动而迅速地将备用电源投入工作或将用户切换到备用电源上去, 从而使用户不致于被停电的一种装置, 简称“BZT装置”。
2 备用电源自动投入装置的发展
同继电保护装置一样, BZT装置经历了从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型到微机型的发展历程。电磁型BZT装置主要由低电压继电器、时间继电器、中间继电器、开关辅助接点等组成, 接线简单, 维护方便, 容易掌握, 一定范围内能够满足控制要求, 因而在20世纪80年代得到了广泛的应用。但是, 电磁型BZT装置也有着明显的缺点:设备体积大, 寿命短, 动作速度慢, 功能少, 程序不可调。20世纪80年代中期到90年代初期, 出现了整流型和晶体管型BZT装置, 具有体积小、功率消耗小和防震性能好的优点, 但功能与电磁型BZT装置基本相同。集成电路型BZT装置作为向微机型BZT装置过渡的产品, 还没有来得及大面积推广应用, 就被性能更为优越的微机型BZT装置所取代。
3 备用电源自动投入装置的应用
3.1 电磁型BZT装置
电磁型BZT装置的应用比较普遍, 均采用带时限的低电压起动方式。对电磁型BZT装置, 有以下基本要求:
(1) 工作电源电压, 除了因手动断开或进线开关保护动作而消失外, 在其他原因造成电压消失时, BZT装置都应动作;
(2) 应保证在工作电源断开后, 备用电源有足够高的电压时, 才投入备用电源;
(3) 应保证BZT装置延时动作, 并且只动作一次;
(4) 当发生PT断线时, BZT装置的起动元件不应动作;
(5) 若BZT装置投入稳定性故障, 必要时应该使投入断路器的保护加速动作。
使用电磁型BZT装置时, 除了因为电气元件, 如电压继电器和时间继电器等的不稳定性会影响到正常电源和备用电源之间的切换之外, 还存在以下问题:
(1) 切换时间长:时间继电器的整定时间t要求躲过工作电源进线开关的动作时限t1, 以避免工作电源进线保护动作时, 备用电源投入故障母线段;同时, 还应该比工作电源母线段引出线短路保护的最长动作时间大一个时限阶段t2。一般情况下, t1=0.7~0.9 s, t2=0.5~0.7 s, 电磁型BZT装置的动作时间t=t1+t2=1.2~1.6 s;
(2) 冲击电流大:切换时间长导致电动机电源电压严重下降, 当备用电源投入时, 电动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到较大的限制, 同时, 由于电动机的转速严重下降, 自启动过程中将会给电源母线带来非常大的冲击电流;
(3) 自投可靠性差:工作电源母线失电后, 异步电动机将惰行。对单台电动机而言, 电源切断后电动机的定子电流变为零, 转子电流逐渐衰减, 转子转速也将从额定值逐渐降低, 转子电流磁场将在定子绕组中感应反向电势, 形成反馈电压;对多台异步电动机而言, 由于各电动机的容量、负载等情况不同, 在惰行过程中, 一部分电动机将继续保持异步电动机的特征, 而另一部分将呈现异步发电机的特征, 此时的母线电压即为众多异步电动机的合成反馈电压, 俗称“残压”。通常, 电动机总容量越大, 残压的频率和幅值衰减的速度越慢。由于电磁型BZT装置没有检测母线的残压, 也没有检测备用电源和母线残压之间的差压, 所以备用电源能否成功自投具有一定的不确定性。当备用电源和母线残压之间的相位差超过20°时, 在备用电源进线开关的合闸过程中将形成很大的冲击电流, 可能会导致后加速保护动作, 造成自投不成功。
3.2 整流型和晶体管型BZT装置
整流型和晶体管型BZT装置的功能与电磁型BZT装置相比, 没有得到明显的改进, 实际使用过程中仍然存在上述问题。后来由于各种原因, 整流型和晶体管型BZT装置并没有得到广泛应用。
3.3 集成电路型BZT装置
作为过渡产品, 集成电路型BZT装置具备了微机型BZT装置的某些功能, 但是, 由于集成电路型BZT装置采用整流、积分等模拟方法来“计算”备用电源和母线残压之间的相位差和频差, 在动态条件下, 其“计算”速度和精度与微机型BZT装置相比均有一定的差距。随着微处理技术的迅猛发展, 集成电路型BZT装置被微机型BZT装置取代。
3.4 微机型BZT装置
现行工程设计中, BZT装置均采用微机型。微机型BZT装置有如下特点和优点:
(1) 装置直观简便:外部接线少, 占据空间小, 可以在线查看全部输入量、保护整定值、预设值、瞬时采样数据和事故分析记录, 显示屏能实时显示相关运行数据;
(2) 可靠性高:采用了先进的电磁兼容 (EMC) 技术、新型抗电磁和尖脉冲干扰器件以及MPC器件, 软件上采用了冗余、容错、数字滤波等技术;
(3) 精度高, 免校验:精度均可由软件调整, 全数字化处理和接点信号系统;
(4) 智能化程度高, 自适应能力强:通过面板或软件可设置和修改PT、CT的变比、保护整定值、定值越限触发等参数, 保护功能均设有软压板, 可根据现场需要设置投退, 出口继电器均为可编程输出;
(5) 综合功能强:具有串行通信功能, 可进行远方监控, 也可以脱离网络独立完成各项功能, 任一装置发生故障均不会影响到其他设备, 从而保证了整个系统的高可靠性。
4 火力发电厂厂用电的切换
4.1 厂用电切换对锅炉燃烧的影响
锅炉是一个多输入多输出、非线性的动态对象, 诸多调节量和被调量之间存在着一定的耦合通道。若厂用电备用电源切换时间过长, 会导致锅炉辅机设备的电动机转速明显降低, 例如当磨煤机和给粉机的转速下降到一定的程度时, 风粉比就不能维持锅炉的正常燃烧, 可能会引起热工保护动作, 导致停炉、停机, 严重情况下, 甚至可能造成锅炉爆炸事故。
4.2 影响厂用电切换的主要因素
影响火力发电厂厂用电切换的主要因素包括开关条件、系统结构、运行方式、故障性质、切换方式和切换装置。
目前, 少油开关逐渐被真空开关所代替, 大大缩短了切换时间, 对快速切换的实现起到了决定性作用;系统结构和运行方式取决于电气主接线, 厂用电切换只能在既定的情况下进行, 不可能按照厂用电切换的需要来改变系统结构和运行方式;故障的发生往往是不可预见的, 所以其性质不可预测。可见, 只有通过对切换方式和切换装置的优化选择来解决传统备用电源自动投入过程中出现的问题。
4.3 厂用电的切换方式
(1) 按照起动原因分类, 厂用电切换可分为如下3种方式:
1) 正常切换:由运行人员手动操作起动, 常用于发电厂机组的开、停车过程;
2) 非正常切换:用于工作电源母线非正常电压下降或失电, 以及人为误操作或工作电源进线开关误动作而导致的工作电源被切除;
3) 事故切换:由BZT装置保护出口起动, 用于事故情况下的工作电源电压下降或失电。
(2) 按照开关的动作顺序分类 (动作顺序以工作电源切向备用电源为例) , 厂用电切换可分为如下3种方式:
1) 并联切换:先合上备用电源, 再跳开工作电源, 多用于正常切换。并联切换又可分为并联自动和并联非自动两种方式, 并联自动方式指由切换装置先合上备用电源, 经短时并联后, 再跳开工作电源;并联半自动方式指快切装置仅完成备用电源的合闸, 工作电源的跳闸由运行人员完成。并联切换过程中, 母线不会断电;
2) 串联切换:先跳开工作电源, 确认工作电源进线开关跳开后, 再合上备用电源, 多用于事故切换。串联切换过程中, 母线的断电时间约为备用电源进线开关的合闸时间;
3) 同时切换:介于并联切换和串联切换之间, 先跳开工作电源, 经短延时后再合上备用电源, 短延时的目的是保证工作电源先断开、备用电源后合上, 这种方式可用于正常切换、非正常切换和事故切换。同时切换过程中, 母线的断电时间大于0而小于备用电源进线开关的合闸时间。
(3) 按照切换的速度或合闸的条件分类, 厂用电切换可分为如下4种方式:
1) 快速切换:当工作电源发生故障, 进线开关跳闸后, 母线残压的频率和幅值将逐渐衰减, 以极坐标形式绘出的母线残压相量变化轨迹如图1所示, 图中Vd为母线残压, VS为备用电源电压, △U为备用电源电压与母线残压间的差压。
假定正常运行时工作电源与备用电源同相, 其电压相量端点为A, 则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动。所谓的“快速切换”就是切换装置能在安全合闸区域AB段合上备用电源, 则既能保证电动机安全, 又不使电动机转速下降得太多。在实际工程应用中, 是否能实现快速切换, 主要取决于工作电源与备用电源间的固有初始相位差△Φ0、切换装置起动的方式 (如保护起动等) 、固有合闸时间以及厂用电母线当时的负载情况 (相位差变化速度△Φ/△t或频差△f) 等因素。例如, 假定B点的相位差不大于60°, 初始相位差为10° (备用电源电压超前) , 在固有合闸时间内平均频差为1 Hz, 固有合闸时间为100 ms, 则合闸时的相位差约46°;或者反过来讲, 只要切换装置起动时工作电源和备用电源的相位差小于24°, 则备用电源合上时, 相位差小于60°;相同条件下, 若初始相差大于24°, 或合闸时间大于140 ms, 则无法保证合闸瞬间相位差小于60°。当AB段不能实现快切时, 母线残压和备用电源之间的相位差将继续增大, 切换装置将自动转入同期捕捉切换;
2) 同期捕捉切换:图1中, 过B点后BC段为不安全区域, 不允许切换。在C点以后的CD段实现的切换以前通常称为“延时切换”或“短延时切换”。由于不同的运行工况下频率或相位差的变化速度相差很大, 因此用固定延时的办法很不可靠, 现在已不再采用。利用微机型快速切换装置的功能, 实时跟踪频差和相位差变化, 实现CD段的切换, 特别是捕捉母线残压与备用电源的第一次相位重合点, 以便实现合闸, 这就是“同期捕捉切换”。实际工程应用时, 可以做到在过零点附近很小的范围内合闸, 如±5°。以图1为例, 同期捕捉切换时母线电压为65%~70%的额定电压, 电动机转速不致下降得很大, 通常能够顺利的自启动。另外, 由于两电压同相, 备用电源合上时冲击电流比较小, 不会对电气设备及系统造成危害;
3) 残压切换:当母线电压衰减到20%~40%的额定电压后实现的切换通常称为“残压切换”。残压切换虽能保证电动机安全, 但由于母线失电时间过长, 电动机自启动成功与否以及自启动时间等都将受到较大限制。如图1所示, 母线残压衰减到40%的时间约为1 s, 衰减到20%的时间约为1.4 s;
4) 长延时切换:当备用电源的容量不能承担厂用电全部用电负荷, 或者不能满足残压切换情况下电动机的自启动需要时, 机组停车过程中的正常切换只能考虑长延时切换。
5 结语
工作电源失电情况下, 为了确保火力发电厂能够迅速恢复正常运行或安全停炉停机, 确保装置的生产连续性, 应该选用可靠的备用电源自动投入装置。工程设计中, 火力发电厂应优先选用微机型厂用电快速切换装置, 生产装置区变电所应选用微机型BZT装置。随着微处理技术的继续发展, 备用电源自动投入装置将进一步向计算机化、网络化和智能化的方向发展, 保护、控制、测量和数据通讯将趋于一体化。
参考文献
[1]中国航空工业规划设计研究院编.工业与民用配电设计手册.第3版.中国电力出版社, 2005
[2]能源部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册.水利电力出版社, 1991
变电站备用电源自动投入装置应用 第8篇
根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062-92)规定:①工作电源不论因为何种原因失电时(例如工作电源故障或被误断开等),才能使用备用电源自动投入装置(以下简称“备自投”)。②确保工作电源断开后,备用电源才能投入使用。这一要求的提出,主要考虑了这两个因素,一个是防止两个不同期的电源非同期并列,另一个是防止将故障元件应用到备用电源上(比如电源工作故障),扩大事故。③备用电源自动投入装置只允许动作一次,避免备用电源投入到永久性故障时,继电保护将其断开后又重新投入使用。④备用电源自动投入装置的动作时间应尽量短,以利于电动机的启动。⑤备用电源自动投入装置在电压互感器二次侧的熔断器熔断时,不应动作。⑥备用电源无电压时,备用电源自动投入装置不应动作。
2 备用电源自动投入装置的基本工作原理
2.1 备用电源自动投入装置的基本方式
根据目前国内电网的情况,110 kV及以下电网一般采用开环运行,变电站的电源运行多为两个电源,一备一用或互为备用,即一个电源带全站负荷,另一个电源备用,或两个电源各带变电站的一半负荷,两个电源互为备用。同时,为降低变电站低压侧短路容量,保证开关有足够的遮断容量,减少故障造成的电压波动,变电站低压侧一般考虑为两主变不并列运行。针对上述情况可知,我们所使用的备用电源自动投入的方式可大致分为四种:①两个工作电源互为备用的方式,称为暗备用,也叫母联备自投;②正常情况下备用电源不工作的方式,称为明备用,也叫线路备自投;③正常情况下备用变压器不工作的方式,称为主变备自投;④两台主变都在运行,低压母线不并列的方式,称为低压母线分段备自投(一般多为110kV)。
2.2 备用电源自动投入装置的工作原理
2.2.1 正常运行
1B、2B处于工作状态(即1DL、2DL、3DL、4DL处于合位),110 kV的Ⅰ,Ⅱ母线独立运行(即3DL处于分位),两段母线电压正常。
2.2.2 备自投动作
备自投动作,即满足传统的备自投动作条件后,跳开主供开关(2DL或5DL),合上备用开关(3DL)。
备自投的动作条件有以下几点:备自投装置处于正常工作状态,Ⅰ段母线或Ⅱ段母线中的一段失电,失电母线进线侧(即主变低压侧)欠流,另一段母线电压正常,无手动跳闸和外部闭锁。
此外,在备自投设备的使用过程中,对主变高压侧备自投装置有压、无压的判别,除了使用传统的PT采集电压外,还引入了带电显示器接点模式,即通过带电显示器接点的状态,判断出相关设备的带电状况。这样可以省去PT,有利于实现开关柜的无油化和小型化。
3 常用备用电源自投装置
随着备用电源自投在110 kV及以下电网的广泛应用,备自投的技术和装置更新也愈加频繁。目前,变电站使用的备自投装置型号繁多,其中以CSB21A型备自投装置的数量最多。在此,仅以CSB21A型备自投装置为例,分析其基本原理和在变电站运行、使用过程中遇到的问题。
3.1 CSB21A型备自投装置简介
如图1所示,CSB21A装置基本是一个可编程的逻辑控制器,其动作条件是可以整定的。它的动作条件分为三类,即启动条件、闭锁条件和检查条件。当启动条件全部满足、闭锁条件不满足时,动作出口。在出口后200 ms～1.5 s之间,核对、检查元件:如果条件满足,则认为动作成功;否则,发出断路器拒动、动作失败的告警信号。每个动作的启动条件、闭锁条件和检查条件都可以在所有的模拟量、开关量中选择,过值动作或欠值动作、高电平或低电平都可以灵活选择。
3.2 CSB21A型备自投装置的基本原理
这里仅以某变电站110 kV分段备自投为例,简述CSB21A型备自投装置的基本原理。
3.2.1 方式说明
变一次接线如图2所示。正常方式下,110 kV线路开环运行,另一条110 kV线路备用。因为短路容量等原因,3台主变都不允许并列运行。
3.2.2 基本原理
CSB21A型备自投装置在实现110 kV分段互投时的动作原理如图3某110 kVⅠ,Ⅱ分段互投逻辑图所示。
Ⅰ段母线失电时,跳开DL1;在ⅡⅡ段母线有压的情况下,合DL4。Ⅱ段母线失电时,跳开DL2;在Ⅰ段母线有压的情况下,合DL4。DL1或DL2偷跳时,合DL1保证正常供电。当其中一条母线故障或手动(遥控)跳开关时,闭锁备投。
取主变低压侧电流作为母线失电的闭锁判据,可以防止PT断线时误动。
上述的备投过程可分解为4个动作。如果将动作一和动作三称为正方向备投,则可将动作二和动作四称为反方向备投。
3.3 CSB21A型备自投装置在运行、使用过程中遇到的问题
3.3.1 定值整定中遇到的问题
当变电站10 kVⅡ母线失压且符合10 kVⅠ,Ⅱ分段备投与10 kVⅡ,Ⅲ分段备投条件时,综合考虑负荷情况,拟使10 kVⅡ母线先投到负荷较轻的#3主变,即2个备投同时启动,10 kVⅡ,Ⅲ分段备投动作成功,然后10 kVⅠ,Ⅱ分段备投因为动作条件不满足而返回。所以,将备投动作时间整定为:10 kVⅠ,Ⅱ分段备投,7.6 s掉主供开关,0.5 s合备用开关;10 kVⅡ,Ⅲ分段备投,6.6s掉主供开关,0.5s合备用开关,其中7.6s与6.6 s两方式配合使用,以满足上述要求。
经现场备投试验发现,在10 kVⅡ母线失压的情况下,2个备投同时启动并都动作成功,就会造成10 kV三段母线并列运行。经研究发现,在图3所示的逻辑中,并不是严格按照先动作一(或动作二)再动作三(或动作四)的顺序进行,只要满足其中任意一个动作的全部条件,该动作即启动。因此,为了保证两个动作的相互配合,我们在定值上作了调整,如图6所示。令2个备投在合备用开关的时间上有一个级差,10kVⅠ,Ⅱ分段备投(7.6s主供开关,1.0 s合备用开关),10 kVⅡ,Ⅲ分段备投(6.6 s掉主供开关,0.5 s合备用开关),这样就解决了上述问题。
3.3.2 行方式的限制
运行方式:供#1、#3主变,#2主变停电;#1主变带10kVⅠ母线,#3主变带10kVⅡ,Ⅲ母线(DL4分位,DL5合位)或#1主变带10 kVⅠ,Ⅱ母线,#3主变带10 kVⅢ母线(DL4合位,BL5分位)运行。
现以第一种情况为例进行分析。当一线瞬时故障跳闸时,10 kVⅡ,Ⅲ母线失压、10kVⅠ母线有压DL4分位,此时,10 kVⅠ,Ⅱ分段备投中的动作三满足条件,1.0s后合DL4。另外,线跳闸2.0s重合成功,形成了110 kV线路经10 kV环网的方式(1712,1711,019,020,039,041,1717,1716全部合位),但这种方式是不允许的。
解决方法:由于变电站110kV三段母线之间没有开关,只有刀闸,为了避免出现上述情况,我们对变电站进行了限制,不允许出现变电站负荷的运行方式。
4结束语
综上所述,备用电源动投入装置运行的质量决定了变电站的供电安全。因此,技术人员需要加强对备自投装置的认识,提高备自投装置在设计、施工、验收和使用等环节的工作质量,特别是设计和调试阶段,要满足变电站的供电要求。同时,电站管理人员还应定期对备自投装置进行维修和养护,及时发现安全隐患及时解决,从而确保电力系统的质量安全。
参考文献
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分布式发电作为备用电源的优化配置 第9篇
关键词：分布式发电,备用电源,供电可靠性,环境影响
0 引言
集中发电、远距离输电和大电网互联是目前电力生产、输送和分配的主要方式。全世界90%的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电。随着社会对电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高,大电网由于自身缺陷已经不能满足这种要求。大电网中任何一点故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响,严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃,造成灾难性后果。将分布式发电与大电网相结合被世界许多能源、电力专家公认为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的供电方式,是21世纪电力工业的发展方向[1]。
分布式发电是在用户现场或靠近用电现场配置容量较小的发电机组(一般低于50 MW),以满足特定用户的需要,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这2个方面的要求。分布式电源(DG)包括:太阳能发电系统、风力发电站、微型燃气轮机、柴油发电机、燃料电池、生物质能发电及储能装置等。根据用户的需求不同,DG可以用来实现备用电源、电力调峰、热电联产以及向偏远地区供电等用途[2]。
目前,DG规划与运行在国内外已有较多研究[3,4,5],但是关于不同类型DG优化配置问题的文献尚不多见。文献[6]考虑了不同类型DG连接到电网后对输电损耗的影响,引入网损调节系数和工作系数,给出了以最大DG容量为优化目标的不同类型DG最优组合配置方案。文献[7]对于不同类型的电力用户进行停电成本分析,将用户缺电损失作为DG规划的成本效益分析的重要依据,给出了DG的优化配置方案。但文献[6,7]均未充分考虑环境危害、公共健康和其他重要的外部环境因素,因而无法全面评价各种分布式发电技术的优劣,未体现出某些清洁能源发电技术的优越性。
根据中国电力企业联合会电力可靠性管理中心发布的中国2004年全国294个城市用户供电可靠性指标报告,2004年平均供电可靠率为99.820%,用户年平均停电时间为15.8 h/户。统计显示,占总数57%的供电企业供电可靠率已达到“三个九”(即达到99.9%),有14%的供电企业已经超过99.980%,但是占总数16%的供电企业供电可靠率仍低于99.700%。在电力市场条件下,随着用户对供电质量和可靠性的要求越来越高,对于重要和敏感的负荷,应根据不同的可靠性指标要求,制定相应的电源组合配置方案,以满足用户的差异化用电需求。同时,随着公众环保意识的增强,发电排放物对环境和公众健康的影响也应该纳入电源配置评价中。
基于以上背景,本文在DG配置中纳入了可靠性和环境影响评估,给出了DG的经济性、可靠性、环保性综合评价模型,根据用户需求提出了最优组合配置方案。
1 DG优化配置模型
本文讨论的DG限于可控式分布式发电,即利用不间断燃料发电,能够根据系统负荷需要即时调节出力,如微型燃气轮机、柴油机、燃料电池等,主要用于不间断电力变电站和重要工业/商业用电现场。在正常情况下,用户的负荷由供电系统供应;当系统发生故障时,由储能装置如蓄电池提供短时电力供应,以保证DG完成启动,逐渐将负荷转移到DG,从而保证对用户持续的电力供应。
本文将DG的投资维护费用、发电费用、用户停电损失和DG的外部成本(发电排放物对环境的影响)计入目标函数,建立了使总成本最小、用于不间断电力变电站和重要用户的DG优化配置模型。数学模型描述如下。
1.1 目标函数
目标函数为总成本最小(式(1)),由3个部分组成:第1部分为各种电源的年投资、维护、发电成本(式(2));第2部分为用户停电损失费用(式(3));第3部分为外部成本(式(4))。
式中:CT为折算到每年的DG投资成本及每年(8 760 h)的维护和燃料耗费成本;j代表内燃机、燃气轮机、燃料电池、微型燃机以及供电网等不同发电技术; bj为第j种电源的固定投资年平均费用系数;Cj为第j种电源的固定投资费用;Nj为第j种电源的数目; h代表各个小时段;CMj为第j种电源的维护费用;CFj为第j种电源的燃料成本;Pjh为第j种电源第h小时段的发电出力;th为各种电源每小时段的运行时间;CL为用户的停电损失费用;PLOLP为电力不足概率;CO为每小时停电成本;CE为外部环境成本;Ym为第m种污染物的产生量;Dm为第m种污染物对环境影响的成本折算;p为污染物的种类数。
1.2 可靠性指标的计算
本文基于可靠性指标PLOLP进行供电可靠性评估。PLOLP为给定时间区间内系统不能满足负荷需求的概率。本文采用等效负荷持续曲线计算得到PLOLP。假设系统中有n台发电机组,考虑到随机停运的影响,运用负荷持续曲线f(0)(x)加以修正,得到等效负荷持续曲线f(n)(x),在此基础上可以得到PLOLP。等效负荷持续曲线与PLOLP的关系如图1所示。
具体的推导方法如下[8]:
PLOLP=f(n)(PT) (6)
式中:ai为第i(i=1,2,,n)台DG的强迫停运率;Pi为第i台DG的有功容量;PT为系统总的电源容量;f(x)为系统负荷不小于x的概率;f(1)(x)由电源1的停运概率与负荷持续曲线 f(0)(x)的卷积公式得到,以次类推。
通过式(5)迭代得到f(n)(x),再由式(6)可求出PLOLP,代入目标函数式(1)中。
1.3 环境影响评估
随着世界环境问题的加剧,各国对环保问题越来越重视,京都议定书对各国的污染气体排放量也做了限制。中国为节约能源,减少污染,实行了节能减排政策,鼓励利用清洁能源和可再生能源发电,为分布式发电提供了政策支持。本文依据文献[9]中内燃机、燃气轮机、燃料电池、微型燃机等各种分布式发电技术的污染气体排放特性来评估环境影响,气体排放参数见表1。
kg/(MWh)
为了进行比较,将传统电网的发电排放气体特性也记入表中。为了使各种分布式发电技术对环境的影响统一到评估模型中,需对气体排放量进行环保成本计算。本文根据文献[10]对SO2,NOx,CO2等各种污染气体对环境影响的罚款数量级进行分析,确定了污染气体排放量与环境保护成本的关系,其中SO2为1 000元/t,NOx为1 500元/t,CO2为10元/t。
本文根据DG的优化配置方案,得到各种污染物的排放量,求出外部环境成本,加到目标函数(式(1))中。
1.4 约束条件
1)功率平衡约束
各种DG组合需满足功率平衡约束,即每小时段所有DG总的出力应该不小于用电负荷。对于任意时段h,应满足:
式中:Pih和Pjh为第h小时段各电源的出力;GAC和GDC分别为交流、直流类型的DG;ηinv为直流电源的交流转换效率;Lh为用户第h小时段的用电负荷。
2)电源出力约束
对于第j种电源,
式中:Pj 为单机容量;Nj为第j种电源的数目。
3)可靠性目标约束
设定R=1-PLOLP,为可靠性目标,则
“三个九”目标: 99.9%≤R<99.99%
“四个九”目标:99.99%≤R<99.999%
“五个九”目标:99.999%≤R<99.999 9%
4)环境约束
每年发电产生的总的气体排放量需被限制到某一水平。用变量m表示SO2,NOx,CO2 等污染气体,Fjm为对应第j种电源的第m种气体排放系数;Ym,limit代表第m种气体排放量的限制,对于任意电源方案,有
2 求解方法
DG和供电网联合向用户供电,可作为发电系统可靠性问题处理,本文采用随机生产模拟方法求解模型中各种DG组合的发电成本和可靠性。
电力系统随机生产模拟是一种通过优化发电机组的生产情况,考虑机组的随机故障及电力负荷的随机性,从而计算出最优运行方式下各电厂的发电量、系统的生产成本及可靠性指标的算法[8]。随机生产模拟求解DG配置方案的步骤如下:
1)形成原始持续负荷曲线z(0);
2)确定DG组合的出力优先顺序,发电顺序安排原则为:将供电网作为第一优先电源,DG作为备用电源,发电顺序按燃料成本由小到大安排;
3)计算第j个DG的发电量;
4)用式(5)求等效负荷持续曲线z(j);
5)重复步骤3、步骤4,直至所有电源完成安排;
6)用式(6)计算可靠性指标PLOLP,并根据各DG发电量计算发电成本和环境成本;
7)由式(1)求得方案的目标函数值。
本文运用直接优化法对各种DG组合配置方案进行优化比较,根据各配置方案的目标函数值和供电可靠性目标比较选择最优配置方案。
3 算例分析
设某地区一工厂由配电网向其供电,该地区配电网供电可靠性为99.8%,每年平均停电时间达17.5 h,由于停电损失很高,工厂为提高供电可靠性(99.9%以上),考虑配置DG。该工厂的最大负荷为820 kW,日负荷曲线参照文献[11]。算例以1年(8 760 h)为时间周期进行分析。为简单起见,不考虑该工厂的年负荷特性,因此每天的负荷曲线相同。备选的DG包括内燃机、燃气轮机、微型燃机、燃料电池。发电燃料都采用天然气,机组数目不限。配电网供电能力为1 000 kW,强迫停运率为0.002%。算例用到的各种DG参数如表2所示。
注:维护成本、燃料成本的单位为元/(kWh)。
3.1 不同可靠性目标的最优配置方案
为了满足工厂不同的可靠性要求,设定了“三个九”(99.9%)、“四个九”(99.99%)、“五个九”(99.999%)的目标,假设停电损失为10万元/h,计及环境因素,得出以上3个可靠性目标的配置方案分别如下(详细成本见表3):
1)达到99.9%供电可靠性需配置DG容量1 000 MW,最优配置方案为供电网加2台500 MW燃气轮机,供电可靠性可达到99.986%。
2)达到99.99%供电可靠性需配置DG容量1 000 MW,最优配置方案为供电网加2台500 MW微型燃机,供电可靠性可达到99.998 42%。
3)达到99.999%供电可靠性需配置DG容量1 500 MW,最优配置方案为供电网加3台燃气轮机,供电可靠性可达到99.999 06%。
3.2 不同停电成本下的敏感性分析
为分析停电成本对优化配置结果的影响,拟定了不同的停电损失,范围从1万元/h至50万元/h,基于99.9%可靠性要求计算最优配置方案。计算结果得出:若停电成本小于3.3万/h,最优配置方案为供电网加2台500 MW内燃机;若停电成本大于3.3万/h,最优配置方案为供电网加2台500 MW燃气轮机。较高可靠性的燃气轮机在停电损失敏感的场合将优于内燃机。可见,不同停电损失对DG的配置方案影响显著。对于某些对停电非常敏感的用户,即使承担较高的投资和发电成本,用户也愿意配置高可靠性的DG来减少停电造成的损失。
3.3 环保成本对配置方案的影响分析
由于配置DG的场所大多处于经济发达且人口密集的城市开发区,发电造成的环境影响需特别重视,对不同电源配置方案的污染气体排放要进行环保影响分析。但是,环境污染造成的损失和环境治理的费用因所在地区经济社会发展阶段不同而有较大差异。本文对于环保成本差异对配置方案的影响进行了分析,基于99.9%,99.99%,99.999%这3个可靠性要求,对不同的SO2和NOx环保成本进行了敏感性计算,计算结果如表4所示。
从表4中看出,若不计入SO2和NOx环保成本,或SO2和NOx排放收费小于730元/t时,99.9%可靠性目标下最优配置方案为供电网加2台内燃机;当SO2和NOx排放收费大于730元/t时,最优配置方案为供电网加2台燃气轮机。在99.99%可靠性目标下,由于微型燃机的排放低、投资小,供电网加2台微型燃机的配置方案优势较明显,对环保成本不敏感。在99.999%可靠性目标下,当SO2和NOx排放收费小于8.5万元/t,最优配置方案为供电网加3台燃气轮机;当SO2和NOx排放收费大于8.5万元/t,最优配置方案为供电网加2台微型燃机再加1台燃料电池。可见,对于环保要求较高的场合,清洁的低排放DG将具有竞争优势。
4 结语
本文建立了计及可靠性和环境影响的DG最优配置模型,综合评估发电成本、停电损失和环保成本,并根据用户不同的可靠性要求,得到相应的最优配置方案。计算分析表明,用户停电损失的大小对配置方案有较大影响,用户停电损失较高的场合需要配置高可靠性的DG。同时,将环境影响纳入优化模型中,能够更加全面地评估各种DG的优势,在环保要求较高的场合,低排放的DG将具有显著的优势。
本文主要研究了DG作为供电网故障备用的优化配置问题,对于DG如何在提供备用的同时并网参与调峰,是下一步研究的方向。
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