分析SSTS电力无扰动切换装置

发布于：2015-06-13 18:56:13 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

1 前言
电网会因为大型非线性、冲击性负荷的投切、雷闪天气造成线路受损、短路等；设备故障、市政作业（如吊车、挖掘机等大型设备作业）造成的外力破坏事故等原因，造成供电电压瞬间骤降（出现晃电）或供电中断等问题。导致敏感用电设备（如电脑服务器、软件编程、数据处理、智能控制、ＰＬＣ、仪器仪表、伺服器、变频器、重要的接触器、不允许断电的地方、ＵＰＳ使用场合）中止供电，从而给石油、化工、半导体、多晶硅、冶金、煤炭、水利、制药、制造、纺织、光纤等连续性生产的行业企业或金融中心、数据中心、大型医院、地铁、机场、航空航天等系统带来设备停运、工艺流程中断、数据丢失、设备损坏等严重后果，造成重大经济损失，甚至人身伤亡，给用户带来不可挽回的负面影响。
据ＥＰＲＩ（美国电科院）调查结果表明：在所有的电能质量问题中，９８％是由电压暂降、持续１５s或更短时间的电力瞬时中断造成的。图１为我国某航天基地实际测量到的动态电压跌落，这样的电压跌落将对敏感的高技术设备造成严重影响。图２为某精密制造企业监测到的动态电压跌落，该电压跌落造成了该企业制造流水线停电跳闸，造成严重经济损失，据称这样的电压跌落故障每年都要发生多次。
随着经济和电力结构的快速发展，以及科学技术水平的不断提高，受电压暂降和瞬时供电中断影响的设备日益增多，相应的所造成的损失也日益严重。
2 解决的方法
（1）用ＡＴＳ（双路互投开关）的解决方法：通常架设多路电源，一旦运行的主供电源出现故障或者异常时，由ＡＴＳ（双路互投开关）迅速切换到备用电源供电，保护敏感设备和生产安全。但是，这种使用机械开关进行切换时间为秒级，最快也需要１００~２００ｍｓ，而敏感用电负荷则要求在２０ｍｓ甚至几个ｍｓ之内完成电源的切换，一方面切换速度远远达不到敏感用电负荷的“无缝隙”切换的要求，另一方面，会发生触头震动、电弧、从而造成触头伤损，缩短了使用寿命。该方法不能解决电压骤降（晃电）带来的电能质量难题，只能解决非敏感用电设备断电后继续供电运转的问题。
（2）用ＵＰＳ（不间断电源）的解决方法：负荷不受电压骤降（晃电）或电网中断影响，通常会使用ＵＰＳ（不间断电源）来解决，虽然能保证在出现电压骤降（晃电）或电网中断的情况下继续供电，但却带来新的问题，一是ＵＰＳ设备投资大；二是由于ＵＰＳ设备效率不高，大约要损失１０％~１５％的电能，费电；三是只能在一路电源上实现用电池不间断供电，无法真正实现用第二路电网电源不间断供电。
（3）用ＳＳＴＳ（固态切换开关）的解决方法：使用ＳＳＴＳ（固态切换开关）装置可以从一路电源快速地切换到另一路电源，切换时间仅有＜６ｍｓ（典型值４ｍｓ），不仅可以避免因电压骤降（晃电）带来的中止供电，而且真正意义上的实现二路互补供电，还可以利用发电机、逆变电源（ＩＰＳ）实现多路电源无缝切换，实现无扰动供电，具有投资少、节电、安全可靠等优点。
3 ＳＳＴＳ的工作原理
固体静态切换开关（ＳＳＴＳ）采用晶闸管作为开关装置，晶闸管具有成本低、过载能力强、可靠性高等特点，其结构如图３所示。
当其中一路供电电源出现供电异常（电压暂降、波动等）时，ＳＳＴＳ可在１/４周波内（最短时间可小于１ｍｓ）快速将重要负荷切换至备用电源，从而保证负荷供电的连续性和可靠性。
ＳＳＴＳ的外形见图４.
ＳＳＴＳ装置的功能：
（1）全面监测、反映装置运行状况；
（2）灵活的切换模式（手动/自动），用以满足现场的不同应用需求；
（3）切换门限用户自定义：电压跌落的深度和持续时间由客户根据不同负荷需求自行设定，灵活性强，或由设备厂家根据相关国际国内标准默认设置；
（4）过载时阻止切换；
（5）人机交互功能由键盘和液晶显示配合完成，可通过键盘把参数定值、功能设置等输入控制器，控制器按设定信息工作，并将参数设置、运行结果显示；采用触摸屏进行人机交互，操作更加简单方便，形象直观（见图5）；
（6）当ＳＳＴＳ自身出现故障时，装置自动转为旁路运行模式，不影响负荷的连续供电；
（7）装置可以实现不停电检修操作。当需要检修或更换切换单元时，在旁路运行模式下，只需拉开固态切换单元两端的隔离开关，便可进行操作。中压装置中，隔离开关带接地刀，保证了检修人员的安全；
（8）通讯功能通过现场总线或通信网络，向上位机或远方控制中心发送现场的各种运行参数和工作状态，同时接受上位机下传的数据和命令，对现场设备进行监控。
ＳＳＴＳ装置技术特点：
（1）小于６ｍｓ无扰动高速切换（典型值４ｍｓ）；
（2）效率高，可达９９．９％；
（3）先进的切换控制策略；
（4）可靠的固态开关串并联、同步触发、检测与保护技术；
（5）下游故障切换锁闭；
（6）继电保护与开关一体化设计；
（7）内部三路电源冗余提供最高级别的电源可靠性维护；
（8）支持手动/自动切换；
（9）冷却风扇冗余设计，可靠性极高；
（10）浪涌保护：安装浪涌抑制器，用来保护设备本身及下游用电负载，防止瞬态较高的过电压；
（11）前面板操作：触摸屏、隔离开关、旁路开关、急停按钮，操作非常方便；
（12）４８５接口与远程监控；
（13）故障波形记录；
（14）人机交互方便；
（15）可移动式户外安装，节省空间，灵活性高；
（16）无人值守免维护。
4 ＳＳＴＳ的设计应用
（1）在用户具有双路供电时（见图6），当网电１出现晃电时，瞬间切换到网电２供电，避免晃电带来的供电电路跳闸、数据丢失、敏感用电器件停止工作等，避免正常运转的负载停机带来的一系列的损失。
（2）当用户只有一路电时（见图7），ＳＳＴＳ与逆变电源，简称ＩＰＳ（英文：Ｉｎｖｅｒｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ）配合接在总负荷侧或局部负荷或未端使用时，由于ＳＳＴＳ切换时间仅４毫秒，可以替代ＵＰＳ不间断电源/ＥＰＳ应急电源（应急照明负载除外），除具有高质量优质供电外，还可解决晃电问题并实现不间断供电还可以节省ＵＰＳ与ＥＰＳ投资，并可节约总容量１０％的电能。
（3）当用户已有二路网电供电时（见图8），ＳＳＴＳ与逆变电源（ＩＰＳ）配合，接在总负荷侧或局部负荷侧，或末端负荷时，除进一步提高供电可靠度之外，还可替代ＵＰＳ或ＥＰＳ（非应急照明负载除外），同时还具有节能、高效、绿色、低碳供电等优点。
（4）当用户只有一路网电供电，另一路用发电机供电时（见图9），采用ＳＳＴＳ与逆变电源配合，接在总负荷侧或局部负荷侧或末端负荷时，可解决电网长时间停电过程中无扰动切换。
（5）当用户已有ＵＰＳ（见图10），利用ＵＰＳ在停电时可实现继续供电的优点，在ＵＰＳ输出侧加装ＳＳＴＳ，使整个电路更可靠，真正实现二路供电无干扰切换且不间断供电。
（6）当用户要求在两路母线排（低压或中压６～３５kＶＡ时）实现无扰动切换时（见图11），则可按下述方案。
（7）发电机出口短路保护（见图12）：目前常规方法一是封闭母线，二是采用昂贵的发电机专用断路器，前者使用不灵活，后者虽然可以分断，但分断时间长，仍然可能损坏设备。采用ＳＳＴＳ可在２０ｍｓ内快速分断，从而使得发电机、变压器得到快速保护。
（8）旁路限流电抗器（见图13）：采用限流电抗器存在的问题：一是能耗大，常年运行损失的电费巨大；二是压降大，大型设备起停时，造成电压波动厉害，影响供电质量；三是无功损耗大，需增加无功补偿设备。采用并联ＳＳＴＳ后，稳态时电抗器被旁路，出现短路故障时，固态开关断开，电抗器接入进行故障限流。
（9）并联母线系统并列运行时（见图14），短路电流超标，不得不分列运行，可靠性降低。串联ＳＳＴＳ后，在系统不扩容情况下即可实现并列运行，大大提高了可靠性。
5 SＳＴＳ的应用案例
（1）某石化公司４００Ｖ/２００Ａ　ＳＳＴＳ
技术性能指标：
1）输入电压：线电压４００Ｖ，三相三线；
2）输入频率：５０Ｈｚ；
3）效率：９９．９９％；
4）电流等级：２００Ａ.
（2）某石化公司６kＶ/６３０Ａ　ＳＳＴＳ
技术性能指标：
1）输入电压：线电压６kＶ，三相三线；
2）输入频率：５０Ｈｚ；
3）效率：９９．９９％；
4）电流等级：６３０Ａ.
（3）某高校４００Ｖ/３２００Ａ　ＳＳＴＳ
技术性能指标：
1）输入电压：线电压４００Ｖ，三相三线；
2）输入频率：５０Ｈｚ；
3）效率：９９．９９％；
4）电流等级：３２００Ａ.
6 应用固态切换开关（ＳＳＴＳ）能够解决的七项问题
（1）有效避免了电网中出现电压骤降（晃电）带来的危害；当电网一路供电出现电压骤降（晃电）能够瞬间（典型切换值：４ｍｓ）切换到另一路供电，避免电压骤降（晃电）产生的停机或数据丢失等问题。
（2）真正实现两路供电无缝切换，对负载无扰动；当两路网电或一路网电，一路非网电（如逆变电源ＩＰＳ）供电切换时，达到无缝无扰动切换，保障敏感用电负载连续运转。
（3）真正实现多路独立电源无缝切换；解决了多个独立电源（网电、发电机电源、逆变电源ＩＰＳ、不间断电源ＵＰＳ、应急电源ＥＰＳ）相互切换时，不能保证负载连续的问题。采用固态切换开关（ＳＳＴＳ）和逆变电源（ＩＰＳ）相互配合，可以使多个独立电源无缝切换，实现真正多路供电，保障负载供电连续可靠。
（4）代替ＵＰＳ电源，实现高效、节能、低投资；使用固态切换开关（ＳＳＴＳ）可解决敏感用电设备的不间断电源（ＵＰＳ）效率低、浪费电、投资大的问题，而且不间断电源（ＵＰＳ）只能做到在一路供电电路上实现不间断供电，当一路断电时，只能用电池电能维持工作，不能利用另一路电能，不能实现二路无缝切换。
（5）实现快速切离及故障清除；使用固态切换开关（ＳＳＴＳ）后，当某供电区域电网局部出现故障时，快速切离及故障清除，远程快速合闸问题，保障电网的安全与可靠。
（6）实现在线排险、实现电网旁路限流、电抗器节电和母线并联扩容；使用固态切换电源（ＳＳＴＳ）在智能电网中应用，可快速分断故障点，可使电网中的限流器节电，可远程并联母线，在系统不扩容的情况下即可实现并列运行，达到扩容的目的，大大提高了可靠性。
（7）针对特定区域实现优质供电；供电部门使用固态切换开关（ＳＳＴＳ），可对某特定区域的用电领域真正实现优质、安全、可靠、无缝、无扰动供电。

0人已收藏
0人已打赏
免费
0人已点赞
分享

复制链接新浪微博微信扫一扫

「电气入门课」系列课程

课程总价值：¥ 1123

开通超级会员，以下所有课程免费学习

¥149.00

¥189.00

¥149.00

¥189.00

全部回复（1 ）

只看楼主我来说两句 抢板凳