备份发电机电气电气监测环境的人员安全

为汽车生产提供动力

Michelle Segrest |2017年7月12日

高度复杂的电气保护和控制系统可帮助Mercedes-Benz确保电源运行,并且其人员和设备安全。

当电流流过导体之间的气隙时,它会产生弧形闪光灯。火花飞,设备可能会爆炸,任何碰巧在附近的人都可能受伤,甚至杀死。

“电弧闪光灯散发出的热量和光能是如此强烈,可以对设备造成广泛的损害,并可能对暴露于此的工人构成非常危险的危害,”负责设计的电气工程师Randall Sagan解释说850万平方英尺的电源系统。梅赛德斯 - 奔驰美国国际公司(MBUSI)设施,位于阿拉巴马州。“断路器可以越来越快地关闭电源并扑灭弧线,发射的能量就越少,因此,受伤的风险降低了。”

工程师Randall Sagan提供了有关他设计的Mercedes-Benz电力系统的更多详细信息。

ARC-FLASH事件的风险是电力系统维护的原因之一是技术人员一年在该设施中执行的最危险的活动。萨根说:“维护团队通常不会经常在电力系统上工作。”“当您考虑每天在变电站设备上工作的公用事业变电站工作人员时,他们非常擅长,因为他们一遍又一遍地练习相同类型的活动。我们的维护团队可能正在开发冷水机,空气压缩机,泵或空气过滤大部分时间。然后每年一次进行动力系统维护。现在,他们需要打开和关闭断路器,将折断机从隔间中弄出来,并在电缆上放置安全地面。这不是他们每天要做的事情。危险是真实的,这些人了解所涉及的风险。”

历史悠久的阿拉巴马植物

梅赛德斯·奔驰(Mercedes-Benz)是全球汽车制造商 - 德国公司戴姆勒(Daimler AG)的部门,总部位于巴登·沃尔特堡(Baden-Württemberg)斯图加特(Stuttgart)。该品牌以其豪华车,公共汽车,教练和卡车而闻名。

1994年,该公司在阿拉巴马州的万斯(Vance)破土动工,建造了其唯一的北美制造工厂。该公司选择了塔斯卡卢萨(Tuscaloosa)和伯明翰(Birmingham)之间的1,000英亩土地,因为它靠近州际公路,铁路和公用事业。阿拉巴马州的Power担任合作伙伴,并建立了现场变电站,仅为这家梅赛德斯 - 奔驰工厂提供电力,该工厂每年生产30万辆以上的车辆。该设施生产型号GLS,GLE,GLE Coupe和一些C级轿车。

该公司聘请了萨根(Sagan)在肯塔基公用事业公司(Kentucky Utilities)和乔治敦(Georgetown),肯塔基州,丰田汽车制造工厂设计电力系统的经验。他回忆说:“当我到达这里[mbusi]时,这只是一个泥泞的田野,电力系统是一片空白的白皮书。”“您谈论工程师的梦想成真!”

梅赛德斯 - 奔驰美国国际公司(Mercedes-Benz Univernation Inc.)每年在阿拉巴马州的万斯(Vance)生产30万辆汽车。

梅赛德斯 - 奔驰美国国际公司(Mercedes-Benz Univernation Inc.)每年在阿拉巴马州的万斯(Vance)生产30万辆汽车。

需要冗余

对于Sagan来说,原始电源系统设计的主要重点是冗余。他说:“我知道,这将使我们更加灵活地进行维护,并在失败时提供更可靠的系统。”

萨根(Sagan)解释说,机械系统通常使用“ N+1”冗余。“如果您需要三个泵,则安装四个。这样一来,如果其中一个泵失效,您就可以打开备份。”他说。但是,要使功率分布系统得到充分备份,则需要“ 2N”冗余。这意味着每个主要设备都安装了一个备份 - 一为一体。

萨根说:“阿拉巴马州的电力用两个变电站变压器饲养了工厂。”“我们基本上设计了工厂中的两个完整的电源分布系统。每个都是对方的镜像,并从阿拉巴马州的每个电力变压器中馈送。这种2N冗余方法一直延伸到每个商店中的480伏公共汽车导管分配系统。”

主开关设备和每个单位变电站处的打破断路器,如果某些东西失败或需要关闭以进行维护,则可以提供备份部分。

2N冗余方法可确保梅赛德斯 - 奔驰工厂的装配线和所有其他区域始终可用。

2N冗余方法可确保梅赛德斯 - 奔驰工厂的装配线和所有其他区域始终可用。

大量功率,可靠性,安全性

最近的工厂扩展以适应生产能力的增加,因此需要增加功率。在过去的23年中,Sagan设计的原始电力系统已经有效地运行,但增加的负载将超过主“ M1”开关设备的容量,并且需要新的中型电压开关设备“ M2”阵容。萨根(Sagan)利用这个机会来实施更安全,更可靠的保护和控制计划。

萨根解释说:“最初的概念是复制我们在M1上拥有的东西并制作M2匹配。”“我遇到了接力制造商,并要求他们向我展示当今时代可用的功能。有一些令人印象深刻的东西,但似乎一切都集中在可靠性上。我对提高安全性更感兴趣。虽然可靠性当然很重要,但他们向我展示的许多保护方案比我认为汽车厂所需的要复杂得多。”

在内部演示过程中,销售工程师提到更快的断路器绊倒时间如何提高功率系统的可靠性。这引起了萨根的注意,他询问了对缓解电弧闪存的影响。从那时起,讨论集中在强调安全的保护方案上。

萨根说:“在可用的数百种选择中,我选择了对该项目有意义的六到七个。”“没有使其过于复杂,我们提出了一种使用更高级组件的设计,并将达到更安全的系统。这是世界上任何梅赛德斯 - 奔驰设施中最安全的中压开关设备。”

M2开关设备是全球任何梅赛德斯 - 奔驰设施中最安全的中电压设备。

M2开关设备是全球任何梅赛德斯 - 奔驰设施中最安全的中电压设备。

沟通辅助保护和控制

使SwitchGear如此安全的主要功能之一是通信辅助保护和控制方案。萨根(Sagan)解释说,所有继电器都通过光纤网络连接到自动化控制器。10bet在线娱乐自动化控10bet在线娱乐制器位于HMI(人机接口)机柜中,距开关设备有安全的距离。这使操作员可以从HMI屏幕上打开或关闭断路器,而不是在断路器前方站立时操作控制开关。

他强调说:“如果断路器打开时发生故障或问题(例如弧形事件),而您正站在它的前面,那么您就有可能因弧光闪光而受伤的风险。”

提高M2开关设备安全性的另一个主要组件是ARC-FLASH检测系统。该系统使用整个开关设备中嵌入的44个ARC-FLASH传感器。每个继电器都有四个通过光纤电缆连接的传感器。如果在受特定继电器保护的电路部分发生弧闪光灯,则将光从传感器传输到继电器。这与继电器检测到的故障电流一样,导致继电器非常快速地绊倒断路器。

萨根说:“这是任何接力赛都可以检测并在世界上任何梅赛德斯 - 奔驰电力系统上发出旅行命令的最快。”“由于继电器能够以不到7毫秒的速度使断路器绊倒,因此弧形闪烁的能量大大降低了。”

每个馈线继电器在其主总线部分中还具有ARC-FLASH传感器。在这种情况下,如果馈线断路器上游发生短路,则继电器通过光纤网络传输消息,以告诉主要继电器已检测到ARC闪存。这使主断路器可以绊倒并熄灭ARC闪光灯的速度比M1开关设备上的可能快10倍。

大多数工业工厂都依靠传统的时速协调保护方案,用于中型电压开关设备。在这种类型的方案中,主断路器上的继电器具有与下游继电器坐标的时间延迟。这样可以防止主断路器在一个馈线上绊倒故障并关闭整个公共汽车。但是,如果故障在主巴士上,则主要断路器仍然必须绊倒。

萨根说:“断路器可能会在旅行前延迟一秒钟。”“在弧形世界中,这是很长一段时间,这意味着如果您接触到该电弧闪光灯的能量,您可能会受到重伤甚至杀死。”

为了克服主断路器的时间延迟问题,Sagan再次使用了高速光纤网络通信。“由于所有继电器都可以相互通信,因此系统能够将一个馈线的故障与主总线故障区分开。这使主要断路器可以更快地绊倒,从而减少了Arc-Flash危险。”

电源系统功能是在HMI(人机接口)模块上进行的,该模块位于远离开关设备的情况下。

电源系统功能是在HMI(人机接口)模块上进行的,该模块位于远离开关设备的情况下。

扩展需要新的基础架构

120万平方英尺。车身商店扩展项目还需要增加组装和油漆店。将几个负载重新计入新的M2开关设备,以释放M1上的容量。然后在M1安装新电路,以喂养新的车身展扩展。

萨根说:“这样做,我能够重新平衡植物的负载并保持整个系统中的全部2N冗余。”“从字面上看,我们现在有能力使该工厂中的一半变压器失败,并且仍能全部生产。”

萨根(Sagan)解释说,他在职业生涯的早期经历使他意识到备用冗余对电力系统的重要性。

他说:“在失败时,这不仅为支持生产提供了灵活性,而且还使我们能够关闭系统的主要部分进行维护。”“我们不必安排维护停电,而只是使用冗余转移负载。然后,我们可以在一周内进行维护测试,而不必疯狂的冲刺才能在一个周末完成所有操作。”

技术的安全利益

在设计新的单位变电站时,安全是萨根的主要重点。电力系统研究表明,该工厂中最危险的弧形闪烁危害是在单位变电站变压器的480-V主断路器上发现的。一个典型的单位变电站从13.8 kV降至480 V,以便在商店区域分发。在常规的变压器保护方案中,主要断开开关具有保护变压器的福音。

“问题是,如果某人打开或架设480伏主电路断路器时,您正在依靠变压器高侧的保险丝来吹圆形以转动弧闪光灯,则萨根解释说。“由于故障电流必须经过变压器的绕组,因此保险丝在其时间延迟范围内运行。在变压器处可用的电流量以及保险丝的清除时间较长,导致极高的弧形闪存能量。在这种情况下,没有任何个人保护设备可以保护一个人。”

为了减轻这种危险水平的弧形能量,萨根在新的单位变电站上使用了变压器差分保护方案。主断开开关中的熔断器被中型电压真空断路器取代。差分继电器可以测量电流进入和从变压器出来的。如果两者之间存在差异,则继电器假设内部有一个短路并发出高速行程命令。继电器还具有检测480-V主断路器上的故障电流。

萨根解释说:“因为它可以比保险丝运行的速度快得多,因此该方案将Arc-Flash危险降低到更安全的水平。”“所有新变电站都利用该方案。而且,通过为所有断路器添加遥控面板,整个单元变电站的操作更加安全。”

这样的变电站可能有15,000至20,000 a的故障电流。将创建的弧光闪光可能在30,000至35,000 F之间,比太阳表面高四次。

萨根说:“我们肯定正在处理极高的能量。”“对于必须与该装备互动的工人,这可能是极其危险的。通过利用旨在降低Arc-Flash能量水平的保护方案,我们也实际上使系统更可靠。具有那么多能量的电弧闪光灯可能会杀死某人,并且还对设备造成了巨大损害。因此,如果我可以减少对设备的损坏量,我也可以减少修复或更换的成本。”

萨根(Sagan)实现了使电力系统更安全,更可靠的目标。凭借将近四十年的经验,他说他认为这是他职业生涯中最大的工程成就。

这一切始于空白页和无限的机会。

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