LM BR母线残压保持装置
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LM BR母线残压保持装置
LM BR母线残压保持装置
ABOUT ELECTRICITYSHAKING 关于晃电
晃电简介
Brief introduction to electric shock
如图1所示，内部电网（简称“内网"）总降母线上某条支路发生短路故障d，母线电压出现骤降一一在断路器K切除该故障支路之前，母线上所有的负荷将一直处于低电压工况一一短路故障切除后，电压才开始恢复，由于异步电动机群磁场重建的二次冲击电流会延缓母线电压的恢复时间，这个母线电压从骤降直至恢复到额定电压70％以上的短暂低电压供电的“电压凹陷"现象，称为“晃电"！
晃电是否给企业造成停产损失，取决于母线上负荷是否能成功实现低电压故障穿越，即负荷对低电压的忍耐时间与晃电时间的博弈结果！
晃电时间包括：继电保护判断时间、断路器固有分闸时间、燃弧时间和电压恢复时间之和，一般要超过80ms，甚至更长。
从图2的时序图就可以看出：中、低压的变频器和低压系统的继电器、接触器、电磁阀等，忍耐极限一般就只有20、30ms，必然穿越失败。但是，可以通过采用一些附加设备或软件优化的方法，延长这些设备对低电压的忍耐时间，实现低电压穿越“
然而，问题的要点不在这，中、低压系统断路器的控制电源为直流，不会因交流系统的低电压而跳闸，因此它们所控制的异步电动机在低电压期间贝刂一直在网，并以发电方式向短路故障点反馈输出短路电流，直到绕组内的磁场衰减完毕或短路故障点被切除，此过程为电机的“一次冲击"；一般异步电动机的绕组短路衰减时间常数T为30、40ms左右，就是说只要内网短路故障持续3r左右的时间，电机的磁场就会衰减殆尽，变成挂在网上减速旋转的铁疙瘩“ ·
当短路故障点被断路器K切除时刻，母线电压进入恢复期，所有在网的异步电动机同时重建磁场，此时电动机的软启动装置都处于退出状态，实际上就是“电机群直接启动"，启动伊始要向电网索取相当于电机群额定电流总和5、7倍的无功电流，形成强烈的电流冲击，此过程称为电机的“二次冲击”。
二次冲击电流在该系统变压器和线路的阻抗上会形成较大的压降，降低了电动机的机端电压，致使电机的电磁转矩不足，影响了电机转速恢复，并增加了过流时间，客观上延缓了母线电压的恢复过程，也就是电动机磁场重建的过程。只要当造成冲击电流的电机群总容量达到本系统电源容量的40以上时，母线电压极易低于70％（电磁转矩小于50％），一旦这些电机处于额定负载状态，必然导致电机群失稳（详见《电机学》中关于“电磁转矩"的相关论述）停转，最终使该系统崩溃。
这就是，即使断路器K成功地切除了内网短路故障，还是经常会发生大面积停机事故的根本原因！
串联支路电抗器方案 Series Branch Reactor Scheme
如图3，在需要保护的母线的每条出线串联支路电抗器，用以抬升支路短路故障(dl)时的母线剩余电压，保障供电。
支路电抗器方案也存在一定的问题，尤其是当电抗器进线侧电缆头故障时（如图3所示d2点），电抗器反而起不到保障母线供电的作用！
这是目前针对内网晃电的典型设计。
“防晃电模块”和“分批延时重启继电器”解决方案
Solution Of "Anti-sway Power Module" And "Batch Delay Restart Relay
“防晃电模块"是针对继电器、接触器，在晃电时延长线包保持时间的一种低压系统的解决方案，达到晃电时不跳闸的效果“一·可是无法解决异步电机的“二次冲击"问题。
“
因此，为了避免二次冲击，不得不有选择地使用防晃电模块，先接受部分跳闸的事实，事故后利用分批延时重启继电器"，将跳闸的负荷，根据工艺特点、容量大小预先分组，在跳闸后自动分批重启，以期尽快恢复生产。该方案不仅要求熟悉生产工艺，而且接线复杂，实际操作难度大并且，由于模块本身的可靠性低于被保护对象的可靠性，又衍生出更多的故障。
这两种方案只针对低压系统，并不能解决中压系统的晃电问题。
“快切"解决方案
Quick Cut" Solutions
工作电源 备用电源
有时将电源开路故障（K偷跳）片面地认为就是“晃电"，因此提出了一种“快切"解决方案，即针对电源开路故障的“备自投" 控制器；对短路故障dl可能引发的二次冲击问题，则主张跳掉一部分负荷，再分批延时重启。指导思想与上述方案有类似的不足之处。
关键是，此“快切"方案仅提供控制器，而Kl一3还是采用普通断
路器，当KO切除dl故障点时刻，也就是Kl开断时刻，电源已经
恢复正常，Kl断开纯属多余；再合K3，整个切换时间远大于 图4电源故障治理策略示意图
KO开断时间（即晃电时间），用大于晃电时间的操作治理晃电，不符合逻辑。
尤其是对于故障点d2，对母线来说，属负荷故障，快切还不能动作，母线上的负荷还是要承受d2故障的影响。因此，治理晃电，单方面考虑快切策略，还显不足。
“减小二次冲击”是方向
Reduce Secondary Impact" The Direction
变频器、接触器等都有抗晃电治理办法，但是，异步电动机在电压恢复时刻的“二次冲击"却是造成大面积停电事故的根本原因。
针对这一客观物理现象，减小异步电动机的“二次冲击"，避免电机在二次冲击期间停机事故的发生，是治理晃电的方向。
“缩短晃电时间”是要点
The Key Is TO "shorten The Time OfShaking"
停产即事故！必须在事故发生前完成治理。
因此，缩短晃电时间一一在事故即将发生前就提前结束晃电是治理的要点！
图5中可以看出，将“晃电期间"压缩到“原事故点" (20ms时刻）之前即可避免变频器及低压负载等设备停运事故的发生，而且实际运行经验证明，只要在短路后第一个大半波（小于20ms）之内将短
路故障隔离，就可以将异步电动机的“二次冲击"电流限制到2倍左 {毫秒} 右额定电流以内，避免电机失稳，确保生产的连续性。
快速设备 ，是物质基础
Fast Devices" Are The Physical Basis
因此，20ms之内完成“故障判断"和“执行操作"的“快速"设备，是成功治理晃电的物质基础，尤其是用2ms内分闸的“电磁斥力"快速断路器并与之成套的母线残压保持装置()M (R)和快速断路器及快速切换装置()M (S)，是综合治理晃电的重要设备。
孤立故障点”是策略
The "isolated Point Of Failure"区The Policy
如图6所示，对于造成内网晃电的短路故障点d4，采取两头治理的策略：一头是在故障点的电源侧，即母线支路开关的位置，采用“母线残压保持装置" (LMBR)简称“母保''（图6中绿色的模劌，来快速隔离故障点对母线电压的影响，保障母线对其它非故障支路的连续供电；另一头是在故障点的负荷侧，采用“快速断路器及快速切换装置" ()M (S)简称“快切"（图6中蓝色和紫色的模块），将故障点以下的负荷切换到备用段电源或电压已经被“母保"恢复的本段其它支路的电源上。这样可以将故障点彻底地从系统中孤立出去，去除故障点的负面影响，最大限度地保障系统对所有负荷的供电连续性！
典型10kV一次系统晃电治理示意图
母线残压保持装置
BusResidual Pressure HoldingDevice
快速隔离本支路的短路故障点对母线电压的影响，抬升母线残压，保障母线对非故障支路负荷的连续正常供电。
快速阻隔非故障支路异步电动机向短路故障点衰减磁场能量的通路，减小电源恢复时异步电动机的二次冲击，避免大面积停机事故。
1 ·定义
一种以“短路故障快速判断技术'为控制基础的，基于“电磁斥力"快速开关，以达到快速隔离本支路的短路故障点对电源（母线）电压的影响，切断非故障支路异步电动机磁场能量的衰减通路，抬升母线残压，减小电源恢复时异步电动机的二次冲击，保障电源（母线）对其它非故障线路连续正常供电目的的高阻抗自动投切的短路故障隔离设备，称为母线残压（剩余电压）保持装置（简称“母保"，型号LMBR)，装置夕卜形为开关柜形式，适用于新建和改造项目。
2 ·组成
见图9，典型的LM BR装置主要由母保开关、母保阻抗、母保控制器、切离开关、电流互感器丶综保、过电压保护器、柜体及附件等组成，其中母保开关为VSC快速开关，切离开关为普通真空断路器。
3·工作逻辑
正常工作时，切离开关、母保开关处于合闸状态；
当发生短路故障d时，LM BR控制器通过电流互感器测到短路电流，经“短路故障快速判断算法"判断出故障，立即发出母保开关分闸指令，将母保阻抗投入线路，补偿本支路因短路而损失的阻抗，将本支路电流从短路值限制到额定电流以内，从而维持了母线的剩余电压，保障母线对其它未发生短路故障的支路连续供电。
若故障点d被切除后，本支路负荷恢复，电流会发生至少50％的变化，控制器立即发出母保开关合闸的指令，恢复本支路的正常供电；若故障点d切除失败，控制器在故障后200mS向切离开关发出分闸扌旨令，协助微机综保实施后备保护动作，并在300mS时命令母保开关合闸，退出母保阻抗，完成一次母线残压保护功能操作。
2 ·节省断路器、电缆和主变的投资
母保可在20ms以内转换80以内的短路电流，并将其限制到本支路的额定电流以下，用在总降变电所，可使得下级变斤在断路器、电缆的设计选型时节省大量投资；同时，主变的短路阻抗也可适当选小，避免使用高阻变，节省投资和运行损耗。
3·保护变压器免受短路电流冲击
母保的限流作用，使得变压器的限后短路电流相对限前短路电流下降了N倍，电动力也就下降了N倍，客观上降低了短路电流对变压器的冲击效应，可延长变压器寿命。
4·用于母联处实现并列方式下快速解列
在母联处使用母保，可积极考虑采用并列运行方式；当发生短路故障时，母保在20ms之内实现快速解列，图氏短路容量，达到明显的限流效果，并避免故障穿越现象发生。
（6）kv柜型结构
IO(6)kVCabinet Type Structure
1 ·阻开式进线柜(LMBR-ZJ型）
*注：1 ·微机综保2.LMBR控制器3 ·指示灯及带电显示4 ·电磁锁5，柜内母排
6 ·普通断路器7 ·快速开关8 ·电流互感器9 ·母保阻抗10．进线端11 ·过电压保护器
2·阻开式出线柜(LMBR-ZC型）
*注：1 ·微机综保2.LMBR控制器3脂示灯及带电显示4 ·电磁锁5 ·柜内母排6 ·普通断路器
7 ·快速开关8 ·电流互感器9 ·接地刀闸10，母保阻抗11 ·出线端12 ·过电压保护器
3·直开式出线柜(LMBR-KC型）
*注：1，微机综保2.LMBR控制器3，指示灯及带电显示4．柜内母排5，电流互感器
6．快速开关7．接地刀闸8，过电压保护器9 ·出线端
4·直开式母联柜()M BR-KL型）
*注：1 ·微机综保2.LMBR控制器3 ·指示灯及带电显示4 ·柜内母排
5 ·电流互感器6 ·快速开关
5 ·单阻式进/出线柜（LMBR一RJ型）
注：I.LMBR控制器2 ·带电显示3 ·指示灯4 ·电磁锁5 ·限流电阻6 ·快速断路器
7 ·电流互感器8 ·进/出线端
6 ·35kV直开式出线柜(LMBR-KC-35型） 35kV母保柜为固定柜，柜宽不得小于1800mm。
LM BR母线残压保持装置
ABOUT ELECTRICITYSHAKING 关于晃电
晃电简介
Brief introduction to electric shock
如图1所示，内部电网（简称“内网"）总降母线上某条支路发生短路故障d，母线电压出现骤降一一在断路器K切除该故障支路之前，母线上所有的负荷将一直处于低电压工况一一短路故障切除后，电压才开始恢复，由于异步电动机群磁场重建的二次冲击电流会延缓母线电压的恢复时间，这个母线电压从骤降直至恢复到额定电压70％以上的短暂低电压供电的“电压凹陷"现象，称为“晃电"！
晃电是否给企业造成停产损失，取决于母线上负荷是否能成功实现低电压故障穿越，即负荷对低电压的忍耐时间与晃电时间的博弈结果！
晃电时间包括：继电保护判断时间、断路器固有分闸时间、燃弧时间和电压恢复时间之和，一般要超过80ms，甚至更长。
从图2的时序图就可以看出：中、低压的变频器和低压系统的继电器、接触器、电磁阀等，忍耐极限一般就只有20、30ms，必然穿越失败。但是，可以通过采用一些附加设备或软件优化的方法，延长这些设备对低电压的忍耐时间，实现低电压穿越“
然而，问题的要点不在这，中、低压系统断路器的控制电源为直流，不会因交流系统的低电压而跳闸，因此它们所控制的异步电动机在低电压期间贝刂一直在网，并以发电方式向短路故障点反馈输出短路电流，直到绕组内的磁场衰减完毕或短路故障点被切除，此过程为电机的“一次冲击"；一般异步电动机的绕组短路衰减时间常数T为30、40ms左右，就是说只要内网短路故障持续3r左右的时间，电机的磁场就会衰减殆尽，变成挂在网上减速旋转的铁疙瘩“ ·
当短路故障点被断路器K切除时刻，母线电压进入恢复期，所有在网的异步电动机同时重建磁场，此时电动机的软启动装置都处于退出状态，实际上就是“电机群直接启动"，启动伊始要向电网索取相当于电机群额定电流总和5、7倍的无功电流，形成强烈的电流冲击，此过程称为电机的“二次冲击”。
二次冲击电流在该系统变压器和线路的阻抗上会形成较大的压降，降低了电动机的机端电压，致使电机的电磁转矩不足，影响了电机转速恢复，并增加了过流时间，客观上延缓了母线电压的恢复过程，也就是电动机磁场重建的过程。只要当造成冲击电流的电机群总容量达到本系统电源容量的40以上时，母线电压极易低于70％（电磁转矩小于50％），一旦这些电机处于额定负载状态，必然导致电机群失稳（详见《电机学》中关于“电磁转矩"的相关论述）停转，最终使该系统崩溃。
这就是，即使断路器K成功地切除了内网短路故障，还是经常会发生大面积停机事故的根本原因！
串联支路电抗器方案 Series Branch Reactor Scheme
如图3，在需要保护的母线的每条出线串联支路电抗器，用以抬升支路短路故障(dl)时的母线剩余电压，保障供电。
支路电抗器方案也存在一定的问题，尤其是当电抗器进线侧电缆头故障时（如图3所示d2点），电抗器反而起不到保障母线供电的作用！
这是目前针对内网晃电的典型设计。
“防晃电模块”和“分批延时重启继电器”解决方案
Solution Of "Anti-sway Power Module" And "Batch Delay Restart Relay
“防晃电模块"是针对继电器、接触器，在晃电时延长线包保持时间的一种低压系统的解决方案，达到晃电时不跳闸的效果“一·可是无法解决异步电机的“二次冲击"问题。
“
因此，为了避免二次冲击，不得不有选择地使用防晃电模块，先接受部分跳闸的事实，事故后利用分批延时重启继电器"，将跳闸的负荷，根据工艺特点、容量大小预先分组，在跳闸后自动分批重启，以期尽快恢复生产。该方案不仅要求熟悉生产工艺，而且接线复杂，实际操作难度大并且，由于模块本身的可靠性低于被保护对象的可靠性，又衍生出更多的故障。
这两种方案只针对低压系统，并不能解决中压系统的晃电问题。
“快切"解决方案
Quick Cut" Solutions
工作电源 备用电源
有时将电源开路故障（K偷跳）片面地认为就是“晃电"，因此提出了一种“快切"解决方案，即针对电源开路故障的“备自投" 控制器；对短路故障dl可能引发的二次冲击问题，则主张跳掉一部分负荷，再分批延时重启。指导思想与上述方案有类似的不足之处。
关键是，此“快切"方案仅提供控制器，而Kl一3还是采用普通断
路器，当KO切除dl故障点时刻，也就是Kl开断时刻，电源已经
恢复正常，Kl断开纯属多余；再合K3，整个切换时间远大于 图4电源故障治理策略示意图
KO开断时间（即晃电时间），用大于晃电时间的操作治理晃电，不符合逻辑。
尤其是对于故障点d2，对母线来说，属负荷故障，快切还不能动作，母线上的负荷还是要承受d2故障的影响。因此，治理晃电，单方面考虑快切策略，还显不足。
“减小二次冲击”是方向
Reduce Secondary Impact" The Direction
变频器、接触器等都有抗晃电治理办法，但是，异步电动机在电压恢复时刻的“二次冲击"却是造成大面积停电事故的根本原因。
针对这一客观物理现象，减小异步电动机的“二次冲击"，避免电机在二次冲击期间停机事故的发生，是治理晃电的方向。
“缩短晃电时间”是要点
The Key Is TO "shorten The Time OfShaking"
停产即事故！必须在事故发生前完成治理。
因此，缩短晃电时间一一在事故即将发生前就提前结束晃电是治理的要点！
图5中可以看出，将“晃电期间"压缩到“原事故点" (20ms时刻）之前即可避免变频器及低压负载等设备停运事故的发生，而且实际运行经验证明，只要在短路后第一个大半波（小于20ms）之内将短
路故障隔离，就可以将异步电动机的“二次冲击"电流限制到2倍左 {毫秒} 右额定电流以内，避免电机失稳，确保生产的连续性。
快速设备 ，是物质基础
Fast Devices" Are The Physical Basis
因此，20ms之内完成“故障判断"和“执行操作"的“快速"设备，是成功治理晃电的物质基础，尤其是用2ms内分闸的“电磁斥力"快速断路器并与之成套的母线残压保持装置()M (R)和快速断路器及快速切换装置()M (S)，是综合治理晃电的重要设备。
孤立故障点”是策略
The "isolated Point Of Failure"区The Policy
如图6所示，对于造成内网晃电的短路故障点d4，采取两头治理的策略：一头是在故障点的电源侧，即母线支路开关的位置，采用“母线残压保持装置" (LMBR)简称“母保''（图6中绿色的模劌，来快速隔离故障点对母线电压的影响，保障母线对其它非故障支路的连续供电；另一头是在故障点的负荷侧，采用“快速断路器及快速切换装置" ()M (S)简称“快切"（图6中蓝色和紫色的模块），将故障点以下的负荷切换到备用段电源或电压已经被“母保"恢复的本段其它支路的电源上。这样可以将故障点彻底地从系统中孤立出去，去除故障点的负面影响，最大限度地保障系统对所有负荷的供电连续性！
典型10kV一次系统晃电治理示意图
母线残压保持装置
BusResidual Pressure HoldingDevice
快速隔离本支路的短路故障点对母线电压的影响，抬升母线残压，保障母线对非故障支路负荷的连续正常供电。
快速阻隔非故障支路异步电动机向短路故障点衰减磁场能量的通路，减小电源恢复时异步电动机的二次冲击，避免大面积停机事故。
1 ·定义
一种以“短路故障快速判断技术'为控制基础的，基于“电磁斥力"快速开关，以达到快速隔离本支路的短路故障点对电源（母线）电压的影响，切断非故障支路异步电动机磁场能量的衰减通路，抬升母线残压，减小电源恢复时异步电动机的二次冲击，保障电源（母线）对其它非故障线路连续正常供电目的的高阻抗自动投切的短路故障隔离设备，称为母线残压（剩余电压）保持装置（简称“母保"，型号LMBR)，装置夕卜形为开关柜形式，适用于新建和改造项目。
2 ·组成
见图9，典型的LM BR装置主要由母保开关、母保阻抗、母保控制器、切离开关、电流互感器丶综保、过电压保护器、柜体及附件等组成，其中母保开关为VSC快速开关，切离开关为普通真空断路器。
3·工作逻辑
正常工作时，切离开关、母保开关处于合闸状态；
当发生短路故障d时，LM BR控制器通过电流互感器测到短路电流，经“短路故障快速判断算法"判断出故障，立即发出母保开关分闸指令，将母保阻抗投入线路，补偿本支路因短路而损失的阻抗，将本支路电流从短路值限制到额定电流以内，从而维持了母线的剩余电压，保障母线对其它未发生短路故障的支路连续供电。
若故障点d被切除后，本支路负荷恢复，电流会发生至少50％的变化，控制器立即发出母保开关合闸的指令，恢复本支路的正常供电；若故障点d切除失败，控制器在故障后200mS向切离开关发出分闸扌旨令，协助微机综保实施后备保护动作，并在300mS时命令母保开关合闸，退出母保阻抗，完成一次母线残压保护功能操作。
2 ·节省断路器、电缆和主变的投资
母保可在20ms以内转换80以内的短路电流，并将其限制到本支路的额定电流以下，用在总降变电所，可使得下级变斤在断路器、电缆的设计选型时节省大量投资；同时，主变的短路阻抗也可适当选小，避免使用高阻变，节省投资和运行损耗。
3·保护变压器免受短路电流冲击
母保的限流作用，使得变压器的限后短路电流相对限前短路电流下降了N倍，电动力也就下降了N倍，客观上降低了短路电流对变压器的冲击效应，可延长变压器寿命。
4·用于母联处实现并列方式下快速解列
在母联处使用母保，可积极考虑采用并列运行方式；当发生短路故障时，母保在20ms之内实现快速解列，图氏短路容量，达到明显的限流效果，并避免故障穿越现象发生。
（6）kv柜型结构
IO(6)kVCabinet Type Structure
1 ·阻开式进线柜(LMBR-ZJ型）
*注：1 ·微机综保2.LMBR控制器3 ·指示灯及带电显示4 ·电磁锁5，柜内母排
6 ·普通断路器7 ·快速开关8 ·电流互感器9 ·母保阻抗10．进线端11 ·过电压保护器
2·阻开式出线柜(LMBR-ZC型）
*注：1 ·微机综保2.LMBR控制器3脂示灯及带电显示4 ·电磁锁5 ·柜内母排6 ·普通断路器
7 ·快速开关8 ·电流互感器9 ·接地刀闸10，母保阻抗11 ·出线端12 ·过电压保护器
3·直开式出线柜(LMBR-KC型）
*注：1，微机综保2.LMBR控制器3，指示灯及带电显示4．柜内母排5，电流互感器
6．快速开关7．接地刀闸8，过电压保护器9 ·出线端
4·直开式母联柜()M BR-KL型）
*注：1 ·微机综保2.LMBR控制器3 ·指示灯及带电显示4 ·柜内母排
5 ·电流互感器6 ·快速开关
5 ·单阻式进/出线柜（LMBR一RJ型）
注：I.LMBR控制器2 ·带电显示3 ·指示灯4 ·电磁锁5 ·限流电阻6 ·快速断路器
7 ·电流互感器8 ·进/出线端
6 ·35kV直开式出线柜(LMBR-KC-35型） 35kV母保柜为固定柜，柜宽不得小于1800mm。
