0.4kV双电源无感知快速切换成套开关柜的研究与应用

1研究背景

某供电公司的公用配电台区旁路带电作业以及主供电源和临时箱变的电源切换时,需要短时停电两次,现有的负荷开关或断路器的动作分合时间大于200ms,用户体验不佳,且该台区因故障或倒电源等原因停电一次,就达到了"两个月三次"频繁停电的窘境。经调研目前性能最优的旁路作业低压快速转换开关发现,旁路投运时,在原变压器退运流程中先引入1路旁路电缆通道,为用户低压开关建立旁路通道,再断开用户低压开关,然后将1路输入一键切换至11路输入:旁路退出时,先将11路输入一键切换至1路输入,再合上用户低压开关,新变压器投运,避免了倒闸操作时低压开关引起的短时停电,将短时停电时间由传统方法的13min降低至两路开关切换时间1s。该设备缺点是旁路来回切换时仍然要对客户停电各1s,家用电器都会关机,电梯停用。

因此,本文研制了配电台区旁路带电作业专用的0.4kV双电源无感知快速切换成套开关柜,可适用于三相四线交流400V/50Hz的两路电源中主供电源停电时的自动转换。在转换过程中对负载实现不中断供电,即带电作业时主供电源和临时箱变的电源切换时间为0s,实现用户无感知切换。

2快速切换控制原理

2.1双电源切换基本原理

当检测到常用电源发生电压跌落时,向转换开关发出转换指令,同时电力电子部件利用备用电源向负载提供不中断供电,直至转换结束。转换结束后,仍由转换开关供电。同样,当检测到备用电源发生电压跌落时,会自动转向常用电源供电。

双电源切换系统原理如图1所示。

2.2双电源切换算法

双电源自动转换装置是实现常用、备用电源切换的重要设备,只有计算精度高、耗时短的转换算法,才能使该装置实现快速切换,从而满足工程要求。近十几年来,国内外相关学者围绕转换算法问题进行了大量的研究工作,提出了多种适用于电源转换的算法,比如全周傅氏算法、半周傅氏算法、R-L模型算法以及最小二乘方算法等。以上算法都是基于采样点数据计算有效值,因此计算耗时较长,不利于电源的快速切换。因此,本文设计了一种基于电压跌落原理的双电源快速切换算法。

2.3双电源切换控制电路

双电源切换控制电路主要由双向晶闸管及其驱动电路、检测控制模块和机械开关等组成。双向晶闸管的门极驱动由相应的驱动电路实现。检测控制模块的主要组成部分是数字信号处理平台,该平台的主要功能有:(1）采集电压、电流信号,实时检测电能质量。当检测到电压暂降、暂升或中断时,0.4kV开关迅速切换,以保证对负载的不间断可靠供电。(2）将使能和禁止信号输入到晶闸管驱动电路,实现安全快速的切换逻辑。0.4kV开关切换过程中,禁止常用电源和备用电源之间发送环流,并且需要快速完成切换,一般情况下,检测电能质量时间和切换时间的总和应小于8ms。(3）检测晶闸管的工作状态。数字处理平台通过晶闸管检测电路的输出信号来判断晶闸管的工作状态。(4）控制人机界面,实现在线参数的调整,完成手动切换。

3成套开关柜构成和功能

3.1成套开关柜构成

成套开关柜由2路0.4kV进线断路器(250A）、4台负载出线开关、1台零中断控制和逆变器等组成。开关柜的2路进线开关如图2所示,开关柜的4路出线开关如图3所示。

3.2成套开关柜功能

成套开关柜配合移动箱变车、临时楼头箱、高低压柔性电

缆,可以实现10kV线路T接点至末端表箱的整个台区旁路带电作业,且在带电作业开始前和结束后切换电源时,不中断对客户的供电。

本文以"2#楼头箱不停电更换作业"为例,开展旁路带电作业的具体步骤如下:

(1）现场勘查,办理带电作业工作票,工作许可人许可开工,工作负责人组织开工会:(2）将10kV移动箱变车就位,带电T接10kV电源,合上低压总开关,将电送至低压母排:(3）0.4kV双电源无感知快速切换成套开关柜就位,常用电源开关使用柔性电缆T接来自主供变压器低压出线开关,备用电源开关使用柔性电缆T接来自移动箱变低压出线开关,开关柜4路低压出线分别T接2#楼头箱4路低压电缆:(4）合上开关柜常用电源开关及4路低压出线开关,旁路准备完成:(5）分开主供变压器2#楼头箱低压出线开关,开关柜常用电源开关失电分闸,备用电源开关自动合闸,零中断切换,2#楼头箱的负荷转移至开关柜供电:(6）分开2#楼头箱的所有进出线开关,将2#楼头箱拆除,更换新楼头箱,合上所有进出线开关:(7）合上主供变压器2#楼头箱低压出线开关,分开开关柜备用电源开关,常用电源开关自动合闸,零中断切换,开关柜的负荷转移至2#楼头箱供电:(8）拆除10kV移动箱变车、0.4kV双电源无感知快速切换成套开关柜及柔性电缆:(9）召开收工会,工作负责人向工作许可人汇报工作结束。

4技术特点及性能指标

该开关柜具有无电力中断时间,投切能力强,整机效率>99%,有两路电流间的电气隔离,无谐波污染,成本低,体积小等优势。

(1）混合式转换技术:采用PC级自动转换开关与电力电子部件混合设计技术,实现转换开关装置切换过程的电弧调控,并满足不中断供电要求。本产品无需配备价格昂贵的电池或超级电容,节省使用空间,提升使用寿命及可靠性,减少维护成本。(2）快速检测与切换技术:采用优化的电压跌落检测算法,其延迟小、精度高,能够快速检测到电压跌落,并实施转换。通过转换开关与电力电子部件的完美配合,提升了转换性能,减少了转换时间。(3）高性能、高可靠:具有较强的过载能力,可应对负载的投切冲击。经过严格的EMC测试,具有较强的抗电磁干扰能力。(4）紧凑型、易维护、易使用:内部采用抽屉式紧凑设计,关键器件模块化集成,有效节省空间。采用彩色触摸式LCD人机界面,操作简便,只需设置欠压动作点即可使用。

5结语

本文研制的0.4kV双电源无感知快速切换成套开关柜,配合移动箱变车、临时楼头箱、高低压柔性电缆,可以实现10kV线路T接点至末端表箱的整个台区旁路带电作业,且在带电作业开始前和结束后切换电源时,不中断对客户的供电,避免了旁路带电作业造成的两次短时停电,进一步提高了供电的可靠性。