工廠雙電源供電的供電連續性問題？

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採用雙電源供電的工業企業（電機負荷居多）供電網路，是如何實現電機負荷的不停運的？有哪些比較有效的系統方案？不過沒有有效的系統方案，對於電機負荷居多的工業企業來說，雙電源供電的意義何在？還不是電機停轉企業要停產？ @Patrick Zhang

題主談到的工廠雙電源供電，應當指的是低壓配電系統，所以這篇帖子就以低壓配電系統的雙電源供電來展開探討。

1.一般的配電系統投退方案

我們看下圖：

圖1：典型的雙電源供電方案。

圖1中，我們看到系統由兩台電力變壓器供電，對應的母線Busbar被分段為兩段，分別與兩台電力變壓器低壓繞組連接。平時兩台變壓器各自帶各自的母線，通過各自的進線斷路器QF1和QF2向本系統的電動機和其它負載供電。

圖中的QF3是母線分段斷路器。在低壓配電系統中，由於母線僅採取分段配置方案，而不採取雙母線方案，因此母線分段斷路器又被稱為母線聯絡斷路器，簡稱母聯斷路器。對於一般的場合，兩進線QF1、QF2及母聯QF3的閉合（CLOSE）關係如下：

$QF1_{C} =ar{QF2} +ar{QF3} ,$

$QF2_{C} =ar{QF1} +ar{QF3} ,$

$QF3_{C} =ar{QF1} +ar{QF2}$ 。

上式中的腳標C表示閉合（CLOSE）的意思。

我們看圖2：

圖2：一段進線斷路器的控制原理圖。

注意看圖2右側虛線框內的兩個常閉觸點，它們就是 $ar{QF2}$ 和 $ar{QF3}$ ，並且滿足 $QF1_{C} =ar{QF2} +ar{QF3}$ 這個關係。

2.當出現電壓凹陷或者失壓時，系統發生的事情

當系統出現電壓凹陷時，有一個關鍵時間參數，就是電動機迴路的開斷時間 $t_{mo}$ ， $t_{mo}$ 的數值一般取200毫秒。如果電壓凹陷或者失壓時間長度小於 $t_{mo}$ ，則電動機迴路維持運行；若電壓凹陷或失壓時間等於或者大於 $t_{mo}$ ，則電動機迴路將執行開斷操作。其目的是防止出現電機轉軸對負載產生衝擊性撞擊。

對於進線斷路器而言，它的電壓凹陷和失壓延遲判誤時間一般設置為1秒。小於1秒時，系統不會出現任何動作，大於或等於1秒時，低壓進線斷路器將執行開斷操作。

注意：在上述過程中，各個控制迴路的工作電源必須穩定，不管是否有電壓凹陷還是失壓，控制迴路工作電源必須確保滿足工作要求，所以，全系統的工作電源要按電源互投來設計，並配套專用小功率UPS。其中電源互投電路見圖2左側最上方。

現在假定1段進線迴路出現了失壓。系統要做如下判斷：

1）延遲1秒對失壓信號進行判誤。失壓信號一般來自本段的低電壓繼電器；

2）獲取本段斷路器的狀態開關量和故障開關量。狀態開關量用於判斷進線斷路器是否處於閉合狀態，故障開關量用於判斷是否出現短路事故；

3）獲取控制方式選擇開關的選項。選擇開關一般至少會有手動和自動兩檔。自動擋下又細分為手投手復、自投手復、手投自復和自投自復等四檔；

4）獲取零電流信號。

所謂零電流，指的是流過本段低壓進線的電流已經減小到近乎為零，其目的是避免母線殘壓過高。

母線殘壓，它是由眾多電動機引起的。當母線失壓後，這些電動機仍然在旋轉，如果控制接觸器仍然保持閉合狀態，則這些電動機將向母線回饋定子電壓，由此出現母線殘壓。殘壓會向電力變壓器反向饋電。

殘壓的特點是：其頻率由50赫茲逐漸減小，其電壓值也逐漸降低。

5）獲取中壓側斷路器的跳閘信號。

當上述一切條件都滿足後，系統將根據控制模式的選擇方案執行具體操作。假定系統選擇自投自復，則系統將開斷1段進線斷路器，同時將三級負荷全部切除，接著閉合母聯斷路器。

注意：這裡的三級負荷不但包括本段母線，也包括另段母線。

在閉合母聯斷路器的前後，系統要執行一個特殊操作，叫做前加速退出和後加速退出。前加速退出是指：若系統發現失壓的原因是1段母線出現短路，則將正處於閉合操作過程的母聯斷路器退出閉合過程；後加速退出是指：若系統發現失壓的原因是1段母線出現短路，則將已經閉合的母聯斷路器執行開斷操作。

注意到一個事實：在這個過程中，電動機事實上已經停運了。

3.具有倒閘操作功能的系統恢復過程

當系統電壓恢復後，如果只是簡單地把母聯開斷，再把進線閉合，則負載和電動機將經歷第二次的停電過程。

在許多企業中，生產不允許再次停運，因此系統的恢復過程需要配套專用的倒閘操作。

我們先來看看倒閘操作面臨的問題：

1）恢複電壓確認

儘管電壓已經恢復，但必須確認其幅值滿足系統需求。一般採取延遲判誤1秒來判斷前後電壓是否一致；

2）中壓側斷路器的合閘信號；

這一點好理解，不多說。

3）進線斷路器狀態確認

進線斷路器雖然已經處於打開狀態，但它的狀態和故障狀態都必須確認，還包括斷路器的抽出位置和工作位置是否滿足要求。

這些要求是基於斷路器是否進行檢修而考慮的。

4）系統的操作模式

5）全部三級負荷是否處於停運狀態

現在到了最關鍵時刻了，就是變壓器並列運行。

變壓器並列運行，必須滿足幾個條件：

條件之一：變壓器的接線方式一致，阻抗電壓一致、二次電壓一致；

條件之二：兩變壓器的中壓側必須為同一個電網；

若上述條件滿足，系統將執行進線閉合的操作。執行完畢後，系統處於變壓器並列運行狀態；待系統穩定後，將母聯開關打開，然後閉合各段母線的三級負荷。

至此，系統完全恢復。

我們看到，在這個過程中，電動機沒有經歷再次停電。倒閘操作確保了供電的連續性。

在這個過程中，存在什麼問題呢？

第一：當變壓器並列時，一旦饋電迴路出線端發生短路，其短路電流是兩台變壓器短路電流的總和。因此，此時饋電斷路器流過的短路電流是進線斷路器流過的短路電流的2倍。

那麼我們是不是在配置時，就要把所有的饋電斷路器和電動機迴路斷路器的極限短路分斷能力設置為進線斷路器的2倍？須知，這將加大系統的配套成本。

答案是否定的。在某部國家標準GB5005X中，談及倒閘操作時，對饋電斷路器的極限短路分斷能力有專門說明：如果屬於電源的短暫並聯（並列），斷路器可按長期運行狀態來配置其極限短路分斷能力。

第二：倒閘過程中無功補償調整暫停。

第三：如果涉及到自備發電機與市電的倒閘操作，則需要配套同期檢測裝置，並調整發電機參數，使得其電壓、頻率和相位差近似於市電，然後再執行倒閘操作。

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從整個投退和倒閘過程來看，相對複雜。所以，這裡的控制採用PLC來執行。

有時，倒閘操作會很複雜，可能還伴隨著方向保護。下圖是某著名水電工程永久船閘的供電一次迴路圖：

四台變壓器聯合供電，可見其投退關係的複雜程度，以及保護的複雜程度。

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以上描述只是很粗略地探討了倒閘操作，還有很多細節限於篇幅無法一一寫出，有待於知友們自行琢磨。

上述內容在我寫的書《低壓成套開關設備的原理及其控制技術》中有相對詳細的探討，可供參考。

雙電源的意義就是一路出故障時，另一路能帶起一、二類負荷的全部負荷，以保證供電的連續性，除了很特殊的電機，一般的電機也是A、B泵互相備份的，如果一台電機需檢修，開起另一台後停機即可。一般有預測的問題(如電機軸承異響、線路接頭溫度高等)都是通過這種方式來切換維修來保證生產的連續性。

當然出現特發事故時如何保證連續的供電，是有很多文章可做，對於電源故障，有備自投、快速切換裝置等等。對於電壓凹陷，也很很多技術才減輕其影響，如接觸器抗晃電模塊，電機分批再起動、DVR、直流支撐等等，具體需根據現場情況、設備投資等等而定，網上對於這類文章多如牛毛，具體問題可以搜索下的。

電機負荷屬於感性負荷，電源掉電母線上仍有反饋電勢，母線電壓的衰減較慢，這個衰減過程中電機仍在轉動，給出了不掉電切換電源的時間窗口。

簡單粗暴扔個圖吧：

這是母線殘壓相量變化趨勢的極坐標圖，圖中VD 為母線殘壓，VS 為備用電源電壓，△ U為備用電源電壓與母線殘壓間的差壓。

直接上結論：

目前的技術可以在AB間快速切換合閘，在B之後同期捕捉過零點切換合閘，可以保證電機負荷不掉電切換到備用電源，同時切換時的衝擊電流在安全可控運行範圍內。

張工寫得標準答案！值得學習！

題主的問題還是不夠準確。分兩個方面寫一下。

1.負荷為電機，需要分兩種。根據我國電壓等級分布，一般有380伏電機和10千伏電機。如果是大負荷電機，用的10千伏的，一般採用的是開閉所直接供電。這種開閉所兩頭各一條進線電源。一般可以採用母聯開關將兩條母線合環供電，這樣任何一個進線電源失電，另一條都可以不間斷供電。

2.如果是380伏的電機，那就要配置兩台變壓器，在變壓器的低壓側設計雙電源供電的低壓開關櫃！張工的答案就是針對這種情況，仔細讀一讀其實很簡單的。

題主可能更想知道，除了雙電源這種類似雙保險的布線結構，即便一路故障跳了，還有一路可用。這種做法：首先成本高，再一個沒有實質上解決問題，類似汽車要準備個備胎一樣，一旦破了就換。

其實問題的根源不在準備多少條線路作為雙保險還是三保險，導致線路供電故障的原因是什麼搞清楚很重要。一般來說電機符合大的話，諧振等情況比較普遍，加上佔比各類單項接地故障，一旦出現故障就切斷，N條線路也難說是保險。

主要談下普遍大比例的接地故障問題，這個是公認的影響供電可靠性的頭號「元兇」，那麼即便一條線路供電，有沒有一種方案可以在線路出現單向接地故障或永久故障時可以不切斷，持續供電，不影響工廠生產，我想這才是解決問題的根本。

幸運的是，碰巧看到題主的問題，而目前世界上確實有一種技術可以達到上述的使用要求，這家公司在瑞典，1987年成立，1992年因為瑞典法律對供電可靠性及安全性有極苛刻的規定，比如因觸電死亡，責任人要蹲大獄等，於是這家公司開始研究接地保護這個領域，最終通過十幾年如一日研發，終於看到了希望，目前該技術已在國外多國應用，如瑞典，德國，愛爾蘭，澳大利亞，馬來西亞，巴西，俄羅斯等等，據我了解的馬來西亞是使用情況是直接提升供電可靠性指標，也就是原先單項故障比例直線下降，SAIDI至少提升70%-80，重要的是一般的故障根本不需要斷電，這仍是目前世界上的難題，而這項技術和成熟產品的出現將毫無疑問掀起如同當年發明消弧線圈一樣的風暴。

因為我之前發過帖子關於這套GFN接地保護設備在澳大利亞的試驗過程和結論，有興趣可以看看。

由於該技術解決的問題比較全面，就不一一詳述，根據題主的需求，我想這個GFN設備為工廠等對電力安全和可靠性要求很高的企業帶來了福音，列舉三個特點和性能：

1. 單向接地故障不跳閘，不斷電，不影響用戶使用。這裡的原理說起來有點複雜，簡單說就是將線路中故障電流通過中性點注入方向相反的等值電流來抵消，那麼故障點電流理論上接近零，這樣二次檢測不要零序電流，就不會跳閘。

2. 由於是模塊化設計，該系統可以很好的控制電路中的諧振問題，尤其對精密化設備來說，這個性能就非常重要了。

3. 故障查找和定位，可以精確定位到故障點，請注意不僅僅是選線，而是定位到故障點位置，大大縮短查找永久故障線路時間，而且更重要的是可以帶電維修故障。

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希望對你有幫助，我之前的帖子對這套設備的性能介紹的更直觀和詳細，有興趣可以查看下我資料找找。

有不對的地方，請多指教，本人半路出家，三年來一直在國內推廣這個技術，目前在國網測試中，希望儘快能服務系統內的電網，和系統外的企業和工廠。謝謝！

電廠的快切嗎？

電廠負荷正常是由自己發電機接帶，在發電機沒有建立起足夠接帶自身負荷的時候由電網接帶。在特殊工況下快切裝置動作保證輔機的正常運轉，或者保護某些輔機和主機的安全停運。