【施耐德白皮书】电子行业科创中心系列白皮书011-电子厂房智能保护和自动控制解决方案.pdf

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【施耐德白皮书】电子行业科创中心系列白皮书011-电子厂房智能保护和自动控制解决方案.pdf

Ecotruxure Innovation At Every Level

电子厂房智能保护和自动控制解决方案

Schneider SElectric 施耐德电

随着信息、网络技术的迅速发展,物联网、人工智能、自动驾 驶、虚拟现实....这些全新的科技正在为人类生活的方方面面 带来巨大改变,这些新科技的实现离不开电子产业的支持。电子 产业是国家安全的基石产业,是未来国家实力的体现,我国的中 国制造2025"计划中明确提出要大力发展半导体产业,各地都在 大力建设电子厂房。电子厂房要求每周7天24小时连续运行,对 共电的连续性、可靠性要求非常高,其供电系统的规模越来越大 结构也越来越复杂,安全可靠的保护和自动控制系统对保证电子 房的安全稳定运行起到了举足轻重的作用

电子厂房的主要生产过程在封闭的一定温度、湿度和洁净的空间中进 行,每周工作7天,每天24小时续生产,自动化程度高GB 4053.2-2009标准下载,维持生产需 要多种气体、化学品、水系统等支持,一停电,连续生产被打乱,需要较 长时间才能恢复,因此供电可靠性要求很高。供电系统的电源通常采用市 电+应急自启动柴油发电机组+不间断电源UPS。市电通常采用来自不 司220kV/20kV变电站的两路市电电源,两路电源互为备用;应急自肩 动柴油发电机组为400V,其发电机组经变压器升压至20kV并机后分 两路分别向20kV的应急母线段供电,在市电失电时为特别重要的厂务 没备、消防设备等提供用电;另外还设置不间断电源,在电力中断或倒闸 操作时为部分工艺、厂务设备、控制设备、网络设备等不充许停电的设备 提供用电,它经市电引入后在20kV母线段并列运行,本别向20kV不间 断电源母线供电。20kV配电系统采用单母线分段的接线方式,以放射式 电缆线路为厂区内的主厂房、综合动力站CUB、废水站、特气站等配电变 电所供电,各配电变电所的降压变压器把电压降到用电设备所需的不同 电压等级完成电能的消费,一般股有208V/380V/400(480)V/6kV/10kV。

图1电子厂房供电系统图

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中压保护要求和典型配置方案

EasergyP系列保护装置是施耐德电气基于最新的数字技术和最成 熟的保护算法,采用统一的硬件平台和模块化设计的综合微机保护装 置。它具有以下特点:

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、电压、电流、功率、频率、热过负荷等保护 专门的电机保护 可集成弧光保护 8段自定义保护 ·灵活的电压通道 检同期功能

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·可根据需求定制保护和控制逻辑 直观监视实时逻辑图 ·动态着色

三.保护系统级差配合设计

三.保护系统级差配合设

基于电子厂房的系统特点,遵循下述设计原则提供电子厂房保 内设计:

基于电子厂房的系统特点,遵循下述设计原则提供电子厂房保护方 案的设计: 保护的可靠性 保护的选授性

电子厂房采用常规定时限级差配合的过电流保护实现保护的选择 性,级差配合的原则是过流保护的设定需要确保距离故障点最近的保护 最先动作,其他的保护设有充足的延时防正误动作,如果距离故障点最 近的保护拒动,如果级差配合正确,则由上一级的保护动作,以此类推直 到电源点,从而可以尽可能地减少受影响的厂站。过流保护通常有三段 无时限电流速断保护(1段)按躲开相邻线路的首端短路电流整定。保护 简单,能瞬时动作,但不能保护线路全长,且保护范围受运行方式影响 大,不能单独作为线路的主保护。带时限电流速断保护(I段)按相邻线 路的无时限电流速断保护整定,动作时限比相邻线路的无时限电流速断 呆护的固有时间大一个时间级差。它能保护线路的全长,灵敏性较好,但 速动性较差。定时限过电流保护(11段)按躲开线路最大负荷电流整定 时限比相邻线路中过流保护中的最大动作时间大一个时限级差。它能保 护线路的全长,也能保护相邻线路的全长,可起到远后备保护的作用

图2过流保护级差配合曲线图

低压系统通常采用集成在框架断路器中的脱扣器实现低 3V/380V/440V(480)回路的速断、过流、过载和接地保护。其保 里是通过断路器的电流超出脱扣器规定的电流值时,过流脱扣器绕

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的电流增大,衔铁吸合;过载时,热过载脱扣器的双金属片受热膨胀后, 弯曲加大。上述的电磁力和热力作用都将带动断路器连杆向上移动,使搭 扣与锁钩脱开,从而使断路器的触点在反力弹簧的作用下断开,切断故 障电路,起到保护的目的。所以低压脱扣器的过流保护的机理并不同于微 机型过流保护,其电流时间动作特性曲线并不是一条线,而是带状区域, 如上图1可以直观看出二者的差异。因此,在保护可靠性和灵敏度要求 高,过流保护级差配合复杂的应用场合,采用微机型过流保护Easergy 1,动作精度高,易于实现级差配合。另外由于微机型过流保护和一次断 路器独立,调试维护都十分灵活方便,尤其适用于对安全可靠性和连续性 运行要求高的领域。 最后,ETAP的仿真功能会仿真系统各种故障,并根据最终确定的过 流保护配合方案确定的保护定值列出保护动作的时序,从而对各种预想 事故下保护的级差配合进行充分验证,保证故障的真正选择性隔离。

图4过流保护级差配合仿真验证

通过从全厂系统的角度合理的设计和仿真验证,使中低压系统的过 流保护能够最大限度地满足快速性、选择性、可靠性和灵敏性的要求,为 电力系统的安全稳定运行保驾护航。

为了保证供电的可靠性,电子厂房供电系统设计采用两路来自不同变 电站220kV/20kV的市电按单母线分段的结构供电,两路电源同时工 作、互为备用。应急柴油发电机输出两路电源在20kV应急母线和市电并 入。正常情况下由两路20kV市电电源分别向两段母线包括应急母线同 时供电,当两路市电均失电时,由应急柴油发电机向两段应急母线供电。 在以上各种不同的运行工况下,不同供电电源之间的切换需要采用自动 空制的方式完成,市电恢复时,进入合环倒闸环节,应急母线段切换回由 市电供电,从而从每个环节保证供电的安全可靠性。如何设计好20kV侧 的自动控制系统成为电子厂房供电系统的重要部分

>一路市电失电 》单路市电带两段母线负荷,另一路市电电源恢复情况 >二路市电失电 >市电恢复 >母线故障 控制应具备通讯接口,与电力监控通信 市电电源向备用电源的切换时间小于100ms

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DB12/T 888.2-2019标准下载图520kV自动控制方案配置图

正常情况下,互为备用的两路20kV市电电源同时工作,母联断路器 处于分位,市电进线断路器和母联断路器间设电气联锁,正常运行时只能 有两个断路器处于合闻状态(该联锁可手动解除)。20kV应急母线段和 市电母线段间设母联断路器,应急进线断路器和母联断路器间设电气联 锁,正常运行时只能有两个断路器处于合闸状态(该联锁可手动解除), 应急柴油发电机处于停机状态,柴油发电机进线断路器断开,市电断路 器和母联断路器闭合,由市电向应急母线供电

正常运行方式下(两路市电正常,两路市电进线断路器合位,两路市 电之间的母联断路器分位;两路柴发进线断路器分位,市电母线和应急 母线之间的母联断路器合位),控制器进行充电,充电完成后,控制器准 备就绪。当一路市电失电时(失电段母线无压,失电进线无流),跳开失 电进线断路器,确认失电段母线进线断路器分位后,合母联断路器。

两段母线负荷,另一路市电电

单路市电带两段母线运行方式下(一路市电进线断路器合位、两路 市电间母联断路器合位,另一路市电进线断路器分位),当另一路市电进 线恢复供电(另一路市电进线有压),延时跳开母联断路器,确认母联断 路器分位后,合另一路市电进线断路器。

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当检测到两路市电均失电(母线无压,进线无流),跳开两路市电进 线断路器和母联断路器,延时5s向柴油发电机系统发送开机信号,柴油 发电机启动,并机成功后,当检测到柴发进线有压,断开应急母线段和市 电母线段间的母联断路器,确认柴发进线断路器分位、应急母线段和市 电母线段间的母联断路器分位,合柴发进线断路器郑州市交通影响评价编制管理暂行办法(修编)(郑政办[2019]3号 郑州市政府2019年1月),由柴油发电机向各 配电所的应急母线供电

在应急柴油发电机供电模式下,当检测到市电恢复时(市电进线有 玉),经检同期后,手动解除两进线断路器和母联断路器的联锁,先闭合 母联断路器,此时,市电和柴油发电机处于井列运行状态,然后延时5S, 断开应急母线柴油发电机电源进线断路器,配电所内的应急母线切换为 市电供电,同时手动向柴油发电机系统发送停机信号,柴油发电机延时 10s自动停机。

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