供電系統(tǒng)抗晃電措施分析及其應(yīng)用

葉永榮

中國(guó)石化股份公司茂名分公司化工分部電氣車(chē)間，廣東茂名 525000

0 引言

煉化企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)是規(guī)模大、連續(xù)生產(chǎn)、工藝流程復(fù)雜、物料多為易燃易爆、有毒有害物質(zhì)，生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)常在高溫高壓環(huán)境下，這些特點(diǎn)對(duì)企業(yè)供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提出了嚴(yán)格的要求。但由于企業(yè)供配電系統(tǒng)在運(yùn)行中受到各種因素的影響，比如外電網(wǎng)受臺(tái)風(fēng)、雷電、暴雨等惡劣天氣的影響、以及供配電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備故障等原因，電網(wǎng)電壓波動(dòng)和停電事故常有發(fā)生，供電系統(tǒng)不可避免地出現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)瞬時(shí)失壓或電壓波動(dòng)的現(xiàn)象，俗稱(chēng)“晃電”。因此，針對(duì)發(fā)生的“晃電”事故，必須制定出可靠的技術(shù)措施，確保生產(chǎn)裝置能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 “晃電”對(duì)供配電系統(tǒng)的影響

供配電系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)“晃電”，將會(huì)引起交流接觸器釋放、低壓電機(jī)停轉(zhuǎn)、電子軟啟動(dòng)器和變頻器停機(jī)、勵(lì)磁電源失勵(lì)等故障，導(dǎo)致裝置的生產(chǎn)波動(dòng)，甚至造成裝置的“非計(jì)劃停車(chē)”事故，由于物料放空、產(chǎn)品質(zhì)量下降，一套化工裝置因“晃電”影響至少會(huì)造成上百萬(wàn)元的損失，同時(shí)還可能造成壓力容器的超溫超壓、有毒有害物質(zhì)的泄漏，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起危害更大的火災(zāi)爆炸、人員傷亡等次生事故發(fā)生。

2 抗“晃電”措施分析及其應(yīng)用

2.1 采用UPS抗“晃電”技術(shù)

UPS不間斷電源是由整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)、蓄電池組等部分組成，由兩路電源供電，當(dāng)主電源失電時(shí)，整流器停止工作，由蓄電池組的直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電供負(fù)荷使用，當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)，整流器投入工作，確保了供電的連續(xù)性。

由于目前工業(yè)用UPS電源系統(tǒng)供電穩(wěn)定，故障率低，可以用作生產(chǎn)裝置重要機(jī)組的勵(lì)磁變頻設(shè)備及低壓電機(jī)配電柜的二次控制電源，同時(shí)三相輸出的UPS電源可以作為小功率的關(guān)鍵機(jī)泵的主電源使用。

2.2 優(yōu)化系統(tǒng)備自投和電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)參數(shù)

根據(jù)上下級(jí)變電所繼電保護(hù)分級(jí)配合原則，如果在110KV總變電站110KV側(cè)及6kV側(cè)均設(shè)置有電源側(cè)快速切換裝置，晃電時(shí)總變電站通常均能快速成功切換，下游裝置變電所母聯(lián)備自投時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，可避免在上級(jí)所已成功切換的情況下，下級(jí)所提前切換或繼續(xù)切換的情況發(fā)生。

在大多數(shù)情況下，晃電時(shí)系統(tǒng)電壓瞬間較大幅度波動(dòng)后恢復(fù)，時(shí)間約在100ms以?xún)?nèi)，系統(tǒng)電壓幅值在50～70%Ue之間，此時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)載由于慣性作用轉(zhuǎn)速下降很少 ，電動(dòng)機(jī)電源主回路不必?cái)嚅_(kāi)，電動(dòng)機(jī)馬上進(jìn)入加速狀態(tài)，對(duì)裝置生產(chǎn)基本上不會(huì)造成影響，電動(dòng)機(jī)從中、高轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速的加速過(guò)程電流也很小，對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊也不會(huì)造成影響 。因此可以將6kV、2 000kW以下的電動(dòng)機(jī)低電壓動(dòng)作值統(tǒng)一優(yōu)化為40V，減少電機(jī)因晃電而造成的停機(jī)次數(shù)。

2.3 電機(jī)主備機(jī)之間采用互為聯(lián)鎖起動(dòng)

互為備用的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，在工藝要求具備壓力、流量等聯(lián)鎖自起動(dòng)功能情況下，出現(xiàn)“晃電”時(shí)電動(dòng)機(jī)會(huì)自起動(dòng)，但由于從發(fā)出備用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)命令至建立必要的壓力、流量條件過(guò)程需要一定的時(shí)間，在此過(guò)程中壓力、流量數(shù)值會(huì)進(jìn)一步降低，很容易達(dá)到機(jī)組或裝置聯(lián)鎖跳車(chē)限值，在備用電動(dòng)機(jī)完成起動(dòng)過(guò)程之前機(jī)組或裝置聯(lián)鎖跳車(chē)。

在互為備用的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間增加電氣聯(lián)鎖，可以解決上述問(wèn)題。實(shí)際上是利用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)回路中，交流接觸器的常閉輔助接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖，即將對(duì)方接觸器的常閉輔助接點(diǎn)接入本機(jī)起動(dòng)回路。這樣，若兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)處于送電狀態(tài)，則其中一臺(tái)電動(dòng)機(jī)總會(huì)處于運(yùn)行狀態(tài)，另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)一旦接收到運(yùn)行著的電動(dòng)機(jī)的停機(jī)信號(hào)則馬上起動(dòng)，切換過(guò)程短暫，可以確保工藝條件滿(mǎn)足要求，從而保證裝置的連續(xù)生產(chǎn)。

2.4 采用DZQ-X電動(dòng)機(jī)信號(hào)連鎖再起動(dòng)控制器

DZQ-X電動(dòng)機(jī)信號(hào)連鎖再起動(dòng)控制器，是深圳倍通公司產(chǎn)品，適用于380/220V控制電源系統(tǒng)，并接在電動(dòng)機(jī)交流接觸器的控制回路上，其主輸出接點(diǎn)用于電機(jī)接觸器重合，信號(hào)保持接點(diǎn)用于儀表DCS的連鎖控制，確保裝置不因電機(jī)停機(jī)而引起聯(lián)鎖停車(chē)[1]。

控制如下圖所示：

圖1 DZQ接線原理圖

DZQ控制器由于體積小巧，改造時(shí)不用改動(dòng)主回路，可安裝在低壓電機(jī)抽屜柜內(nèi)，通過(guò)改動(dòng)控制回路實(shí)現(xiàn)抗“晃電”功能。

2.5 采用MRR電機(jī)再起動(dòng)繼電器

MRR繼電器是加拿大VPT公司產(chǎn)品，中文意思是電機(jī)再起動(dòng)繼電器。MRR繼電器具有可靠性高、體積小、安裝方便、接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可直接安裝于變電所低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，且MRR繼電器無(wú)用戶(hù)維護(hù)的部件，如電池等。MRR繼電器在“晃電”結(jié)束后，只要“晃電”持續(xù)時(shí)間不超過(guò)設(shè)定的“晃電”允許時(shí)間 Tm（0.1s～25s），即可按設(shè)定的時(shí)間 Td（0s～25s）再起動(dòng)被“晃”停的電機(jī)；如果“晃電”持續(xù)的時(shí)間超過(guò)了設(shè)定的“晃電”允許時(shí)間Tm，則MRR繼電器閉鎖再起動(dòng)功能。現(xiàn)場(chǎng)如有多臺(tái)電機(jī)需要再起動(dòng)，為了不對(duì)電網(wǎng)造成大的沖擊，只需給MRR繼電器設(shè)定不同的再起動(dòng)時(shí)間，就可以實(shí)現(xiàn)分批再起動(dòng)[2]。

采用MRR繼電器的電機(jī)二次接線圖如下圖所示：

BDM-電機(jī)綜合保護(hù)器 KM-接觸器 KA2-中間繼電器HR-信號(hào)燈QA-空氣開(kāi)關(guān) SB1、SB2-按鈕 MRR-電機(jī)再起動(dòng)繼電器MRR繼電器由于技術(shù)成熟，動(dòng)作可靠，因此被廣泛應(yīng)用于低壓電動(dòng)機(jī)的抗“晃電”措施中。

2.6 利用電機(jī)綜合保護(hù)繼電器實(shí)現(xiàn)抗“晃電”

目前大部分的低壓電機(jī)綜合保護(hù)繼電器都具有再起動(dòng)功能，如上海華健500系列綜保、北斗銀河BDM100系列綜保等，可通過(guò)改動(dòng)二次控制回路和設(shè)定綜保內(nèi)部參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)抗“晃電”功能。利用低壓綜保內(nèi)部的再起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)抗晃電,無(wú)須增加任何硬件投資,只對(duì)綜保內(nèi)部的軟件進(jìn)行重新設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)，既方便又可靠。

2.7 采用在線式AVC動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器解決電壓暫降問(wèn)題

2.7.1 AVC動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器原理

AVC動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)輸入側(cè)市電電壓，一旦它偏離額定電壓水平， AVC會(huì)通過(guò)先進(jìn)的IGBT逆變器和串聯(lián)的注入變壓器迅速注入一個(gè)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電壓。AVC應(yīng)用DSP處理器（數(shù)字信號(hào)控制），從監(jiān)測(cè)到電壓暫降到開(kāi)始補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間不足0.25ms，在10ms（半個(gè)周波）之內(nèi)即可完成整個(gè)補(bǔ)償過(guò)程，使被保護(hù)的設(shè)備完全不受電壓暫降的影響。

2.7.2 PCS100 AVC動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器功能

1）修正電壓暫降和電壓暫升；

2）連續(xù)在線調(diào)壓，電壓輸出精度典型為＋/- 1%，最大為＋/- 2%；

3）修正相角誤差、三相不平衡等電壓擾動(dòng)問(wèn)題。

2.7.3 PCS100 AVC電壓暫降補(bǔ)償能力：

1）三相平衡電壓暫降

跌至60%剩余電壓，可補(bǔ)償至100%，可持續(xù)30s；

跌至50%剩余電壓，可補(bǔ)償至90% ，可持續(xù)10s；

跌至30%剩余電壓，可補(bǔ)償至50% ，可持續(xù)600ms。

2）單相壓降事故（D-Y變壓器市電側(cè)測(cè)量）

跌至40%剩余電壓，可補(bǔ)償至100%，可持續(xù)30s；

跌至25%剩余電壓，可補(bǔ)償至90%,可持續(xù)10s；

跌至0%剩余電壓，可補(bǔ)償至58%,可持續(xù)600ms。

2.7.4 AVC動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器的使用

由于該設(shè)備投資大，安裝不方便，可用于生產(chǎn)裝置重要系統(tǒng)的供電，如化工企業(yè)中擠壓造粒系統(tǒng)中使用。

3 結(jié)論

供電系統(tǒng)中的抗“晃電”措施是多種多樣的，除上述措施外，還有在系統(tǒng)中增加快切裝置、將裝置變電所6KV、380V高低壓母聯(lián)備自投動(dòng)作值、動(dòng)作時(shí)限進(jìn)行了合理優(yōu)化、在工藝儀表聯(lián)鎖中增加相關(guān)的延時(shí)功能等措施。在選用抗“晃電”措施，盡可能使用成熟可靠的產(chǎn)品，或同時(shí)使用多種抗“晃電”措施，從而確保設(shè)備在發(fā)生“晃電”時(shí)，能安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

[1]《DZQ-X電動(dòng)機(jī)信號(hào)連鎖再起動(dòng)控制器說(shuō)明書(shū)》.深圳市倍通科技有限公司.

[2]《MRR再起動(dòng)繼電器說(shuō)明書(shū)》.