母线残压保持装置在氧化铝厂供电系统中的应用

李云双

摘 要：介绍了母线残压保持装置在氧化铝厂10kV供电系统中的应用情况，当10kV馈线回路发生短路故障时，母线残压保持装置能够在20ms内将出现短路故障回路的阻抗增加到网侧总阻抗的20倍以上，使10kV总配电所母线残压恢复并保持到额定电压的95%以上，让其他10kV馈线回路不受短路故障的影响，增加了氧化铝厂供电系统的可靠性。

关键词：母线失压；出线电抗器；母线残压保持装置；限流阻抗；节能

氧化铝厂任一10kV馈线回路发生短路故障时，与该回路相连的10kV总配电所母线会出现失压现象，这种失压会影响其余10kV馈线回路的正常工作，只有切除了该回路的短路故障，母线电压才能恢复。为防止出现失压时对正常供电回路的影响，传统的供电方案是在10kV总配电所每条馈线回路出口处加装出线电抗器。这种措施虽然能够解决失压问题，但出线电抗器的电能损耗巨大，很不节能，也给企业带来不必要的经济损失。母线残压保持装置是一种新型电气设备，既能在短路故障时防止故障回路对正常供电回路的影响，也不存在电能损耗的问题，用母线残压保持装置来取代出线电抗器，是氧化铝厂供电系统技术进步的一种必然选择。

1 氧化铝厂对供电系统可靠性的要求

如果从用电负荷等级来划分的话，氧化铝厂的用电负荷可以归结为一二级用电负荷，一般都需要设立两个独立的供电电源。即使其中一个电源因为各种原因出现难以有效供电的时候，可以使用另外一个备用电源，以保证正常的生产秩序。这样的备用方案，对于保证供电系统可靠性来讲，是很有必要的。

氧化铝厂10kV总配电所在整个供配电系统中相当重要，是氧化铝厂的供电核心。当10kV总配电所母线电压瞬间失压时，生产流程中对电压非常敏感的高压变频器、接触器、断路器等电气元件就会动作，使所控制的电动机停止运转，当全厂好几百台电动机突然停止运行，会造成管道内高温高压且具有腐蚀性的浆液回流、使生产陷入混乱状态，只有保证总配电所10kV母线在故障时不出现失压，才能保证氧化铝供电系统的安全和可靠。所以在氧化铝供电系统中要采取一定的防范措施，以避免10kV总配电所母线的瞬间失压问题。

2 传统氧化铝厂供配电系统

在氧化铝厂根据生产工艺各片区的特点和经济供电半径的原则，通常会设置若干个10kV分配电所，每个10kV分配电所内均采用单母线分段方式，正常时母联断开，为分列运行，当其中任一回路停电时，合入母联开关以保证所有负荷的正常供电。10kV分配电所的供电电源由上级10kV总配电所引来，为防止10kV馈线回路电缆发生短路故障而引起总配电所10kV母线的失压，通常在10kV馈线出口处加装线路电抗器，以保证馈线电缆短路时母线剩余电压不低于65%的额定电压，使对电压敏感的电气元件保持正常工作。

采取加装线路电抗器措施后，能有效避免10kV总配电所母线失压，效果是很好的。但是，在正常工作时电抗器也始终在供电系统中运行，也带来巨大的电能损耗，很不节能，也给企业带来了不必要的经济损失。

3 母线残压保持装置

母线残压保持装置是一种新型的电气设备，在正常时不投入运行，也不消耗电能；但在故障时能够在20ms以内将出现短路故障支路的阻抗增加到网侧总阻抗的20倍以上，将母线残压恢复及保持到额定电压的95%以上。母线残压保持装置有3个关键设备，分别是控制器、换流器和限流阻抗。控制器能够在1～2ms内准确测量及判断出支路出现短路故障、并发出控制指令；换流器能在2～3ms内断开50kA以上的短路电流，并将短路电流换入到与其并联的限流阻抗中去，并将短路电流限制在2kA左右；限流阻抗能够吸收很大的能量。

母线残压保持装置同时具有断路器功能，可直接装入10kV开关柜内，替代断路器进行正常分合闸操作、微机综合保护、通讯等功能。

4 母线残压保持装置工作原理

母线残压保持装置结构复杂，涉及的装备比较多，一般情况下主要有：换流器；检测线圈，限流阻抗；切离开关；微机综合保护；电流互感器等。

在测控单元中，检测线圈可以对于馈线回路的电流运行情况进行监视，如果短路电流的取值超过了对应的承受范围的haunted，可以以专用算法的方式来处理，可以在最短的时间内实现对于三相电流有效值的准确预测，并且结合实际情况发出对应的动作指令。此次换流器会在2～3ms内实现开断操作，以短路电流换流的方式实现对于限制电流的抵抗，由此保证短路电流的取值处于相对理想的状态。如果在此过程中存在短路的情况，应该以保证额定电压处于95%以上为基本原则，避免无故障回路敏感电气元件运行故障的发生，由此还可以短路造成的冲击效益得以降低。在短路故障切除之后，给予换流器下发命令，要求其在一定时间内实现限流高阻抗推出，由此使得系统处于正常运转的状态。如果此次馈线回路的短路依然高于300ms，这就说明了故障并没有处理好，此时应该从分支回路断路器和分支回路母线故障的角度入手，实现对于对应分支回路的切除操作。

5 母线残压保持装置在氧化铝厂的应用方案和效果分析

针对母线残压保持装置的特点，可以将其应用于氧化铝厂的供电系统中，以此来取代传统供电系统中的真空断路器和出线电抗器。

氧化铝厂供电系统正常运行时母线残压保持装置的换流器闭合，限流阻抗不接入供电系统中。当10kV馈线回路电缆发生短路故障时，换流器断开，切换开关闭合以使限流阻抗接入氧化铝厂供电系统中，以维持总配电所10kV母线的电压，让正常10kV馈出回路能够保持正常工作，而不受短路故障的影响。当氧化铝厂分支回路短路故障被切除后，再断开切离开关，切除限流阻抗，闭合换流器而恢复正常运行，如果超过300ms短路故障还没有被切除，则判断为分支回路断路器故障或本馈线回路故障，则母线残压保持装置的断路器断开，切除该分支回路。

在氧化铝厂引入母线残压保持装置来代替传统方案的断路器和电抗器，在故障状态下保持了10kV总配电所母线的电压。在正常状态下又切除了限流电阻，减少了电能损耗，达到了节能降耗的作用。在电抗器后的电缆、用电设备也可按引入母线残压保持装置后的短路电流值进行选择，同时也降低了电缆、用电设备的造价。

6 结语

为保证氧化铝厂的供电可靠性，传统的供电系统都采用在10kV总配电所的馈出线出口处加装线路电抗器，以此来保证10kV供电系统中任一点的短路故障时，不影响其他10kV供电回路的正常工作。但加装线路电抗器会产生增加电压降，增加电能损耗，很不节能，而引入母线残压保持装置后，则改变了这一弊端。随着电气技术的进一步发展，母线残压保持装置在氧化铝供电系统中也将发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]孙东杰.母线残压保持装置在企业内部电网上的应用[J].纯碱工业，2015，（2）：42-45.

[2]任元会.工业与民用配电设计手册[M].中国电力出版社，2005.