化工企業(yè)不間斷電源技術(shù)簡(jiǎn)介及閉環(huán)回路供電的探討

李建平

（中海石油天野化工股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

在化工企業(yè)，整套裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。化工企業(yè)大部分設(shè)備都是一級(jí)負(fù)荷，而且工藝上還要求整套裝置的設(shè)備必須連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品；才能降低消耗，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。相反，如電源電壓波動(dòng)或晃電，使裝置連續(xù)運(yùn)行中斷，少則損失幾十萬(wàn)，多則損失幾百萬(wàn)，甚至更多，而且還需要3～5d的開(kāi)車(chē)時(shí)間，整個(gè)裝置才能恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，其間還將產(chǎn)生廢料或廢品，還得消耗原料。此外，電源在事故狀態(tài)下，還可能導(dǎo)致無(wú)法關(guān)停設(shè)備和閥門(mén)，致使有害物質(zhì)泄漏，威脅人身安全和環(huán)境安全；社會(huì)影響不好，經(jīng)濟(jì)損失較大。因此，“在這種情況下，設(shè)備再好，巡檢再到位，只要設(shè)備失去了動(dòng)力源泉——電源，所有的設(shè)備均不能發(fā)揮其作用，成了擺設(shè)，成了廢品。”

不間斷電源，即為整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)提供不間斷、不停電的電源，為裝置的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供有力的保障。現(xiàn)簡(jiǎn)介幾種不間斷電源技術(shù)，以及采用閉路回路供電抗晃電的設(shè)想。

1 采用雙電源供電

為了達(dá)到不停電，每個(gè)系統(tǒng)都采用雙電源供電，即對(duì)一個(gè)裝置區(qū)的系統(tǒng)引進(jìn)兩路電源供電，而且兩路電源由母聯(lián)相連。正常情況下，兩路電源分段運(yùn)行，即兩路電源各帶一段設(shè)備運(yùn)行，母聯(lián)是分開(kāi)的。當(dāng)一段電源進(jìn)線有故障跳閘后，母聯(lián)立即投用，失電的那段進(jìn)線馬上又得電，整個(gè)失電裝置立刻恢復(fù)供電，失電的設(shè)備可以馬上啟動(dòng)，整套裝置又可以運(yùn)行了。也即“三選二電路”（三個(gè)開(kāi)關(guān)總有兩個(gè)開(kāi)關(guān)是投用的）。

這種供電方式，對(duì)規(guī)模小的化工企業(yè)非常有效，但對(duì)大型化工企業(yè)或?qū)Ξa(chǎn)品精度要求高的化工企業(yè)就不起作用了。因?yàn)橐欢芜M(jìn)線失電后，到母聯(lián)投用后，總有一段停電時(shí)間，在這段停電時(shí)間內(nèi)，一些電器設(shè)備已停止運(yùn)行。大型化工企業(yè)或?qū)Ξa(chǎn)品精度要求很高的化工企業(yè)，此時(shí)由于很多設(shè)備已停止運(yùn)行，許多參數(shù)都已發(fā)生改變，整個(gè)運(yùn)行環(huán)境都發(fā)生了變化，等母聯(lián)投用后，雖然設(shè)備又得電，但不能馬上開(kāi)車(chē)；即使能生產(chǎn)，也是不合格產(chǎn)品或者是廢品。只要供電系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行發(fā)生間斷，整套裝置就得重新開(kāi)車(chē)。因而雙電源也不能完全滿足這類(lèi)化工企業(yè)的需求。

2 采用UPS不間斷電源裝置供電

UPS不間斷電源供電裝置，由整流裝置、電池裝置、逆變裝置和旁路組成。UPS不間斷電源裝置是由兩條電源進(jìn)線供電（一開(kāi)一備），經(jīng)過(guò)整流裝置給電池充電和經(jīng)過(guò)逆變器給負(fù)載供電。當(dāng)整流裝置出現(xiàn)故障時(shí)，由電池經(jīng)逆變器直接給負(fù)載供電；當(dāng)整流裝置和電池裝置都出現(xiàn)故障時(shí)，由旁路給負(fù)載供電。檢修時(shí)，由檢修旁路給負(fù)載供電。總之，UPS給負(fù)載提供一個(gè)不間斷電源，不讓設(shè)備失電，以保證裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。但是，UPS的容量小，帶不了多少負(fù)荷，即整個(gè)裝置不可能都讓UPS供電。通常情況下，UPS不間斷電源裝置只給控制電源、操作電源、報(bào)警裝置和檢測(cè)裝置及事故電源供電。因此，只要進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘后，還是避免不了整個(gè)裝置停車(chē)。如設(shè)計(jì)一套大容量的UPS，把整個(gè)裝置都帶上，可以實(shí)現(xiàn)裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，在理論上也成立；但這樣一來(lái)，不僅耗資太大，最主要的是UPS使用率太低（也許三年五年也不用一次），還得維護(hù)保養(yǎng)，不經(jīng)濟(jì)。

3 采用TPM系列無(wú)擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置供電

TPM－300系列無(wú)擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動(dòng)，快速切換到備用電源，基本能夠消除外部電網(wǎng)波動(dòng)造成的停電事故；能使運(yùn)行的電機(jī)平穩(wěn)過(guò)渡，增強(qiáng)抗晃電能力。合福機(jī)電公司生產(chǎn)的TPM－300系列無(wú)擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置和TPM－310系列無(wú)擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置符合這一特點(diǎn)。該裝置適用于生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)的供電系統(tǒng)，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)能迅速斷開(kāi)異常的供電回路，快速投入備用的電源，保證供電的母線不斷電，確保整個(gè)裝置的連續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)供電。

4 采用閉環(huán)回路供電抗晃電

采用閉環(huán)回路供電系統(tǒng)抗晃電，是筆者大膽的設(shè)想，不知能否行得通。現(xiàn)在，筆者只是把自己的想法說(shuō)出來(lái)，望大家來(lái)討論，尤其是供電設(shè)計(jì)部門(mén)，希望你們能看到筆者這一大膽的設(shè)想，并且認(rèn)真考慮一下、計(jì)算一下，看其是否可行，如不可行，弊端在哪里？請(qǐng)賜教。如果可行，則不需要太大的投資，就可以為化工企業(yè)提供一可靠電源，何樂(lè)而不為呢？

閉環(huán)回路供電系統(tǒng)（其結(jié)構(gòu)如圖1所示）中，二極供電系統(tǒng)和上一級(jí)供電系統(tǒng)構(gòu)成回路，提高供電能力，可有力地保障整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。即系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)52.1、52.2、52.3、52.4、52.5、52.6、52.7、52.8都閉合，一級(jí)供電系統(tǒng)和二級(jí)供電系統(tǒng)構(gòu)成一閉合回路，二級(jí)供電系統(tǒng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)中任一開(kāi)關(guān)跳閘后，仍能保證系統(tǒng)繼續(xù)正常供電。此時(shí)，一級(jí)供電系統(tǒng)和二級(jí)供電系統(tǒng)可能屬于短路回路，不允許長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此，采用閉環(huán)回路供電系統(tǒng)抗晃電還應(yīng)考慮閉環(huán)回路能承載多長(zhǎng)閉環(huán)供電時(shí)間。

圖1 閉環(huán)回路供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

正常供電時(shí)，每個(gè)供電系統(tǒng)都采用雙回路分段運(yùn)行。即開(kāi)關(guān)52.1、52.4、52.6閉合，且為一路供電系統(tǒng)；開(kāi)關(guān)52.2、52.5、52.7閉合，且為另一路供電系統(tǒng)；母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.3、52.8斷開(kāi)，只是熱備。如二級(jí)供電系統(tǒng)中某一設(shè)備或二級(jí)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則只跳相應(yīng)開(kāi)關(guān)52.6（或52.7），母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.8自投，保障二級(jí)系統(tǒng)的正常供電。因此，一級(jí)供電系統(tǒng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)應(yīng)比二級(jí)供電系統(tǒng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)的跳閘電流、跳閘時(shí)間、失壓（欠壓）保護(hù)的定值（正常設(shè)定值）要稍大一點(diǎn)，確保整個(gè)供電系統(tǒng)在事故狀態(tài)下，先跳二級(jí)供電系統(tǒng)，最后選擇跳一級(jí)供電系統(tǒng)。

但也有可能因某一設(shè)備損毀嚴(yán)重或有一路相線接地把整個(gè)裝置都頂跳，使全廠失電。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)從以下幾方面考慮。

（1）必須合理地設(shè)定一級(jí)供電系統(tǒng)和二級(jí)供電系統(tǒng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)定值。如跳閘時(shí)間和跳閘電流，應(yīng)t1＞t2、I1＞I2。如果二級(jí)供電系統(tǒng)有故障或二級(jí)供電系統(tǒng)所帶的設(shè)備有故障時(shí)，確保先跳二級(jí)供電系統(tǒng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)，不讓供電系統(tǒng)失電事故擴(kuò)大。

（2）必須滿足變壓器并列運(yùn)行的條件：①變壓器的接線組不同；② 變壓器的變比相同；③變壓器的短路電壓相等。除滿足以上三個(gè)條件外，對(duì)于并列運(yùn)行的變壓器，其容量比一般不超過(guò)3∶1，但為了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定，容量比最好為1∶1。

（3）合理選擇開(kāi)關(guān)的跳閘電壓。筆者的想法是，如二級(jí)或三級(jí)供電系統(tǒng)中有一某供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)或晃電，則這一級(jí)供電系統(tǒng)就和上一級(jí)供電系統(tǒng)組成一閉環(huán)回路供電系統(tǒng)。其原理分兩種情況討論。一種情況是，當(dāng)二級(jí)或三級(jí)供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)或晃電時(shí)，二級(jí)或三級(jí)供電系統(tǒng)的某進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，在某進(jìn)線未跳閘之前（如額定電壓為380V的電路，電壓降到320V時(shí)跳閘，就在電壓降到350V時(shí)），此供電系統(tǒng)和上一級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)都自投，組成一段閉環(huán)回路的供電系統(tǒng)，保證整個(gè)供電系統(tǒng)不失電。即在二級(jí)供電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)52.6（或52.7）跳閘前，選一比開(kāi)關(guān)52.6跳閘電壓高，但又比正常電壓低的電壓值，定為母聯(lián)自投定值。只要二級(jí)供電系統(tǒng)的電壓降到這個(gè)定值時(shí)，就發(fā)一信號(hào)，使一級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.3和二級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.8自投合閘，而后二級(jí)供電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)52.6才跳閘。這樣就解決了一場(chǎng)晃電事故。待查明電壓波動(dòng)或晃電原因，把故障處理后，恢復(fù)到原來(lái)的供電方式或開(kāi)關(guān)52.6（或52.7）熱備皆可。另一種情況是，當(dāng)二級(jí)或三級(jí)供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)或晃電時(shí)，此供電系統(tǒng)和上一級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)都自投，使整個(gè)供電系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)回路，確保整個(gè)裝置供電的可靠性，待整個(gè)裝置穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后再恢復(fù)為原先的供電方式。即二級(jí)供電系統(tǒng)（開(kāi)關(guān)52.6的供電系統(tǒng)）在電壓波動(dòng)或晃電時(shí)，一級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.3和二級(jí)供電系統(tǒng)母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.8都自投，使整個(gè)供電系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)回路。待整個(gè)供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，再恢復(fù)為原來(lái)的供電方式，即斷開(kāi)一級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.3和二級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)52.8。

閉環(huán)回路供電系統(tǒng)抗晃電，簡(jiǎn)言之即為電壓波動(dòng)在某進(jìn)線開(kāi)關(guān)未跳閘之前，次級(jí)供電系統(tǒng)和上級(jí)供電系統(tǒng)的母聯(lián)都自投，組成一閉環(huán)回路抗晃電。如果某進(jìn)線開(kāi)關(guān)未因電壓波動(dòng)或晃電而跳閘，就可以避免一次停電事故；如果某進(jìn)線開(kāi)關(guān)只是電壓波動(dòng)而沒(méi)有跳閘，母聯(lián)自投運(yùn)行一段時(shí)間后斷開(kāi)，整個(gè)供電系統(tǒng)又恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行方式。如采用閉環(huán)回路供電系統(tǒng)抗晃電可行，今后不僅能為化工企業(yè)提供一可靠、穩(wěn)定的電源，也可節(jié)約不少投資。這便是筆者一大膽設(shè)想，望大家探討、論證。

［1］張慶忠，邵長(zhǎng)晶，李進(jìn)，等.化工企業(yè)電氣系統(tǒng)抗晃電技術(shù)措施及應(yīng)用［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2013，39（1）：15～17.