石化企業(yè)晃電影響及抗晃電措施

陳 琳 嚴(yán)金云

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210048）

“晃電”指的是電網(wǎng)因雷擊、對(duì)地短路、重合閘、設(shè)備起動(dòng)、發(fā)電廠故障及其他原因造成電網(wǎng)電壓短時(shí)失壓、電網(wǎng)電壓短時(shí)大幅度波動(dòng)、短時(shí)斷電數(shù)秒等的電能質(zhì)量事件。對(duì)于連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)，重要設(shè)備往往和整個(gè)工藝生產(chǎn)流程是連鎖的，因晃電而造成非計(jì)劃停機(jī)會(huì)使整個(gè)生產(chǎn)線癱瘓，進(jìn)而導(dǎo)致非常大的經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)還會(huì)對(duì)操作人員的人生安全造成威脅。

1 晃電的影響

1.1 晃電對(duì)變配電所的影響

廠用變配電所的進(jìn)線柜一般配有低電壓保護(hù)，晃電引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)會(huì)造成變配電所進(jìn)線開關(guān)柜欠壓，低電壓整定值設(shè)定過高的情況下，低電壓保護(hù)誤動(dòng)作，母線失電造成該母線上所有設(shè)備停電。

1.2 晃電對(duì)變頻器的影響

變頻器由整流器和逆變器兩部分組成，一般的變頻器都具有過壓、失壓以及瞬間停電的保護(hù)功能。當(dāng)變頻器的逆變器件為GTR時(shí)，一旦失壓（指電壓下降到額定電壓的70%。西門子變頻器IVIDV系列為76%）或停電，控制電路將停止向驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)電路和GTR全部停止工作，電動(dòng)機(jī)將處于自由制動(dòng)狀態(tài)。逆變器件為 IGBT時(shí)，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個(gè)短時(shí)間 td（15ms或主電路的直流電壓下降到原值的 85%所需的時(shí)間）。若失壓或停電時(shí)間to＜td，變頻器將平穩(wěn)過渡運(yùn)行；若失壓或停電時(shí)間 to＞td，變頻器自我保護(hù)停止運(yùn)行。一般 td取 15～25ms，只要晃電較為強(qiáng)烈，都有可能使變頻器調(diào)速的電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

1.3 晃電對(duì)交流接觸器的影響

交流接觸器在公司低壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，占了相當(dāng)大的比例。由于工作原理的特點(diǎn)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)晃電時(shí)，會(huì)造成其操作線圈短時(shí)斷電或電壓過低，導(dǎo)致線圈對(duì)鐵心的吸力小于釋放彈簧的彈力，接觸器釋放或者工作在臨界彈跳區(qū)，而在特定的工作環(huán)境下（如石化等連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)），這些情況都是不允許的。

1.4 晃電對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的影響

對(duì)于控制系統(tǒng)來說，晃電的危害也將是不可想象的。晃電會(huì)使控制計(jì)算機(jī)停止工作，重新恢復(fù)供電之后，計(jì)算機(jī)重啟使所有的控制設(shè)定值變?yōu)槌跏贾担瑥亩鴷?huì)引發(fā)重大事故的發(fā)生。

2 抗晃電措施及其應(yīng)用

根據(jù)公司生產(chǎn)裝置生產(chǎn)連續(xù)性和產(chǎn)品物料不同，我們采用不同的方法解決抗晃電問題。

2.1 UPS抗晃電系統(tǒng)

廠內(nèi)的重要控制系統(tǒng)如DCS，PLC等工作電源（如廠內(nèi)氯氣風(fēng)機(jī)電源、動(dòng)力部磷肥區(qū)和氮肥區(qū)的兩座空壓站輔機(jī)電源及控制和PLC電源等）由UPS電源接入，可實(shí)現(xiàn)晃電治理的目的。

UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，主機(jī)和儲(chǔ)能電池。石化企業(yè)生產(chǎn)線因生產(chǎn)需要不允許斷電，UPS電源系統(tǒng)在檢測(cè)到電網(wǎng)電壓發(fā)生晃電后，可自行起動(dòng)供電對(duì)一些不能停電的設(shè)備非常好，能很好的起到應(yīng)急電源的作用，在突發(fā)事故下，能讓操作人員有足夠的時(shí)間處理事故。在線式UPS工作原理框圖如圖1所示。

在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí)，給負(fù)載供電，同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電；當(dāng)市電欠壓或突然掉電時(shí)，UPS電源開始工作，由儲(chǔ)能電池工給負(fù)載所需電源，維持正常的生產(chǎn)，從電網(wǎng)供電到電池供電沒有切換時(shí)間；當(dāng)由于生產(chǎn)需要，負(fù)載嚴(yán)重過載時(shí)，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電，并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回。

圖1 在線式UPS工作原理框圖

系統(tǒng)發(fā)生晃電時(shí)，接觸器的線圈能夠依靠UPS提供的可靠電源正常工作，保持主觸頭的吸合，避免了電機(jī)停機(jī)甩負(fù)荷事故。另外，當(dāng)配電柜的主母線失電超過一定的時(shí)間后，系統(tǒng)則根據(jù)二次控制部分設(shè)定斷開輸出，避免電壓回復(fù)后事故的發(fā)生。其控制接線圖如圖2所示。

圖2 UPS防晃電系統(tǒng)控制接線圖

閉合QF1，UPS得電，按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM吸合，控制母線得電，控制電源母線處于UPS供電模式。當(dāng)發(fā)生允許時(shí)間范圍內(nèi)的晃電時(shí)，UPS內(nèi)部電池與逆變狀態(tài)切換，控制母線的電壓保持不變，接觸器不斷開。KT是一失電延時(shí)繼電器，當(dāng)電源電壓正常時(shí)，它的失電延時(shí)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM線圈帶電，控制電源母線帶電后為各控制回路正常供電。但當(dāng)電源的電壓下跌超過設(shè)定的時(shí)間或進(jìn)線開關(guān)斷開時(shí)，時(shí)間繼電器 KT的失電延時(shí)觸頭斷開，KM 失電斷開，控制電源母線失電，避免了主母線不帶電而控制回路帶電，引起電源恢復(fù)后的電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)。

南化公司主要對(duì)氯堿部離子膜事故氯氣風(fēng)機(jī)、動(dòng)力部磷肥區(qū)和氮肥區(qū)的兩座空壓站輔機(jī)、動(dòng)力部冷凍鹽水站2臺(tái)1000KW淡水泵輔機(jī)、離子膜裝置整流室現(xiàn)場(chǎng)的5臺(tái)整流控制柜、動(dòng)力部五循、六循高低壓配電所上快投裝置等部分進(jìn)行了UPS抗晃電改造。

2.2 DC-BANK抗晃電系統(tǒng)

對(duì)于變頻器的抗晃電可以通過改變變頻器本身的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，取消變頻器低壓保護(hù)設(shè)置，設(shè)置快速重起動(dòng)。缺點(diǎn)是關(guān)鍵電機(jī)的停止、重起會(huì)影響生產(chǎn)的連續(xù)性和造成次品增加，另外低壓往往會(huì)表現(xiàn)為變頻器的過流保護(hù)，而取消過流保護(hù)會(huì)增加變頻器本身損壞隱患。因此，這種方式在連續(xù)性生產(chǎn)要求較高的石化企業(yè)很少使用。

除了UPS外，DC-BANK因其高效、可靠、可擴(kuò)展性、高性價(jià)比及低故障率在抗晃電系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在用電質(zhì)量要求高的特殊負(fù)載場(chǎng)所，因?yàn)榻涣鞑C(jī)困難和切換時(shí)間無法解決，DC-BANK在這種場(chǎng)所充分發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于變頻電機(jī)和PLC/DCS供電系統(tǒng)。

電網(wǎng)正常時(shí)工作模式變頻器由交流母線供電，DC-BANK系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，電池組由充電整流器充電。電網(wǎng)晃電或備自投切換時(shí)，電網(wǎng)電壓下降，造成變頻器直流母線電壓低于壓差控制器設(shè)定電壓時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成由DC-BANK向變頻器的直流母線供電，變頻器工作保持正常，其工作模式如圖3所示。

圖3 DC-BANK抗晃電系統(tǒng)工作模式

對(duì)南化公司動(dòng)力廠鍋爐進(jìn)行DC-BANK抗晃電改造，其具體的單臺(tái)控制邏輯圖如圖4所示。可以發(fā)現(xiàn)，DC-BANK抗晃電系統(tǒng)只需變頻器提供運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，對(duì)變頻器控制方式和性能無任何改變。

2.3 交流接觸器抗晃電技術(shù)

交流接觸器在低壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，常用電機(jī)控制電路如圖5所示，產(chǎn)生晃電故障而導(dǎo)致電壓下降到接觸器最低吸合電壓時(shí)，接觸器均會(huì)斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。本文不同的角度給出了交流接觸器的抗晃電改造方案。

圖4 抗晃電系統(tǒng)單臺(tái)控制邏輯圖

圖5 常用電機(jī)控制電路（改造前）

1）抗晃電交流接觸器

晃電出現(xiàn)時(shí),接觸器不要立即釋放,也不要工作在臨界彈跳區(qū),這就要接觸器能夠避開這些情況的出現(xiàn)，具有延時(shí)釋放/避開彈跳區(qū)的接觸器被稱為抗晃電接觸器。其控制線路安裝接線如圖5所示。

圖6 抗晃電接觸器安裝接線圖

抗晃電接觸器能夠?qū)崿F(xiàn)“晃電”保護(hù)功能，當(dāng)晃電發(fā)生使電源電壓跌落到接觸器維持電壓以下時(shí)，接觸器主觸頭延時(shí)釋放，確保“晃電”間接觸器不脫扣。交流接觸器KM和按鈕SB1直接相連的導(dǎo)線不能缺少，否則抗晃電接觸器不能區(qū)分?jǐn)嚯娭噶詈突坞娪绊憽?/p>

氯堿部離子膜裝置、橡膠化學(xué)品部設(shè)備的接觸器都采用ABB系統(tǒng)接觸器，而ABB系列接觸器的線圈電阻值不在要求范圍內(nèi)，故擬將接觸器更換為FS系統(tǒng)防晃電交流接觸器，并配套整改熱繼電器。

2）原有的交流接觸器上增加延時(shí)模塊

氯堿部氯化苯裝置、硝基氯苯裝置的設(shè)備采用施耐德接觸器，在接觸器上直接加裝 FS-MD/220V延時(shí)模塊來實(shí)現(xiàn)其抗晃電功能。其具體的控制電路如圖7所示。

圖7 加裝FS-MD延時(shí)模塊的交流接觸器控制電路

3）再起動(dòng)技術(shù)

對(duì)于苯化工部采用真空接觸器的設(shè)備，加裝FS-ZD/220V再起動(dòng)模塊，起動(dòng)控制線路。采用FS-ZD自起動(dòng)控制器的起動(dòng)控制線路如圖8所示。

圖8 用FS-ZD自起動(dòng)控制器的起動(dòng)控制線路

3 結(jié)論

本文在簡單介紹了“晃電”現(xiàn)象及其對(duì)石化企業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)造成的影響，由于公司生產(chǎn)裝置生產(chǎn)連續(xù)性和產(chǎn)品物料不同，我們采用不同的方法解決抗晃電問題，給出了具體的改造方案和改造范圍，解決了重要機(jī)組、泵組的“晃電”跳機(jī)問題，采用上述措施之后，本廠的供用電系統(tǒng)的抗晃電能力明顯增強(qiáng)，有效地防止了多起晃電事故，最大程度的滿足了連續(xù)性生產(chǎn)作業(yè)的需求。

[1]許志紅，張培銘.智能交流接觸器動(dòng)態(tài)吸合過程研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2007(18): 108-113.

[2]林抒毅，許志紅.晃電故障下交流接觸器的工作特性分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011(31): 131-137.

[3]信明貴，陳亮.“晃電”檢測(cè)與再起動(dòng)控制器設(shè)計(jì)[J].電工電氣，2010(7)：17-19.

[4]梁永勝.抗“晃電”措施在石化企業(yè)中的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代，2007(11)：78-80.

[5]周立宏.低壓電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)裝置的改進(jìn)[J].電氣時(shí)代，2004(9)：126-127.

[6]宋玉才，何國平.防晃電技術(shù)在石油化工企業(yè)中的應(yīng)用[J].電氣技術(shù)，2007(7)：73-75.

[7]張子富．化工企業(yè)連續(xù)供電方式的實(shí)現(xiàn)[J]．電氣應(yīng)用，2006，25(6)：95-102．

[8]吳宏偉．USP抗晃電技術(shù)及其應(yīng)用[J]．工業(yè)科技，2008，37(2)：41-48．