淺談連續性生產企業中敏感負荷電壓暫降治理方案的選擇

作者簡介：胡震紅，男，1976.11，漢，陜西白水，本科，工程師，現任職務：工程技術部經理，研究方向：電氣工程及自動化

摘要： 隨著工業自動化程度的提高，連續性生產的化工企業對電源的要求越來越高，電壓暫降造成的危害越來越大。電壓暫降治理產品繁雜，甄別選擇存在很大的難度。本文從電壓敏感性對負載進行分類，結合工藝關鍵性和工藝聯鎖提出敏感負荷的定義。分析典型案例的治理過程，對連續性生產企業選擇電壓暫降治理方案及產品具有一定的指導意義。

關鍵詞：電壓暫降；敏感負荷；治理方案；甄別

中圖分類號：TM714文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0000-00

隨著工業自動化程度的不斷提高，連續性生產的護工企業對電能的質量要求遇到了瓶頸。電能質量問題可以定義為：導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、瞬時或暫態過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、短時中斷、暫升以及供電連續性等。近年來國家電網統計電源質量投訴占投訴總量的80%以上，如何避免電壓暫降、短時中斷對連續性生產企業帶來的影響成為各企業的難題。

1.電壓暫降和短時中斷

什么是電壓暫降和短時中斷呢？2014年5月10日實施的GB/T 30317-2013是這樣定義的，電壓暫降：電力系統中某點工頻電壓均方根值突然降低到0.1 p.u～0.9 p.u，并在短暫持續10ms～1min后恢復正常的現象。短時中斷：電力系統中某點工頻電壓均方根值突然降低到0.1 p.u以下，并在短暫持續10ms～1min后恢復正常的現象。電壓暫降的幅值和持續時間是標稱電壓暫降的最重要的兩個特征量。電壓暫降其實是電網中的一種二維騷擾電氣現象，無法消除。

2.電壓暫降治理產品

目前，電壓暫降治理產品門類復雜、功能不一，總體可概括為五類產品。第一類為交流串聯式補償設備，可分為半功率電流源型串聯式補償設備（如動態電壓補償裝置、DYSC、DVR等）和全功率電壓源型串聯式補償設備（如UPS等）；第二類為快切、LSP線圈類負載電壓暫降保護器、抗晃電接觸器等相關產品；第三類為直流并聯式供電設備（如VSP電壓暫降保護系統、直流供電系統等）；第四類為后備式同步電源設備（如高壓同步UPS等）；第五類為分批自啟動產品。如何甄別并選擇合適的電壓暫降治理產品成了企業進行電壓暫降治理時的必修課題。

3.電壓暫降治理產品的分類和選擇

如何甄別和選擇電壓暫降治理設備呢？首先，連續性生產企業所處的區域不同，供電可靠性不同，電壓暫降幅值和持續時間不同，所選擇的方案就有所不同。其次，我們必須分析負荷對電壓的敏感程度及生產工藝的關鍵性，區分出敏感負荷與非敏感負荷選擇的方案也會不相同。對于供電網中的負載，如果電壓發生變動或者突然變化將導致其不能正常工作或者功能下降，稱這類負載成為電壓敏感性負載。生產企業用電設備中的電壓敏感性負載大致可分為三類，第一類稱為開關電源類電壓敏感性負載，典型代表有PLC、DCS、計算機等，特點是當電壓低于50%時，立刻或是持續幾個周波就會停止工作，此類負載適合選擇全功率電壓源型串聯式補償設備UPS進行治理；第二類稱為電磁線圈類負載，如接觸器、繼電器等，特點是當電壓低于70%時，立刻或是持續幾個周波就會停止工作，此類負載適合選用LSP線圈類負載電壓暫降保護器、抗晃電接觸器等產品；第三類稱為電力電子類負載，典型裝置有伺服驅動器、變頻器等，此類負載當電壓低于85%時，立刻或是持續幾個周波就會停止工作，電力電子類負載電壓敏感性最大，治理難度、治理費用占比也是最高，適合選用VSP電壓暫降保護系統、直流供電系統等進行治理。若電壓敏感性負載用在了關鍵工藝或帶有工藝聯鎖，則稱之為敏感負荷。工業現場大部分的電動機短時間內的啟停不會影響連續性生產，可定義為非敏感負荷，適合選用快切加LSP線圈類負載電壓暫降保護器進行治理或者帶有高壓同步UPS、在高壓側安裝動態電壓補償裝置等方案。最后，甄別和選擇治理設備時需要充分考慮整廠供電可靠性、工藝關鍵性和電壓暫降幅值及持續時間等相關因素，從高壓側、低壓側分別選擇相應設備進行綜合治理。

4.電壓暫降治理典型案例分析

以某化工企業為例來對電壓暫降治理方案進行說明，該企業的電力電子類敏感負載容量為6MW左右。該廠敏感負荷包括自備電廠鍋爐給煤系統、潤滑油系統、空分裝置液氧泵變頻驅動系統、高壓煤漿泵變頻驅動系統、DCS系統、燒嘴冷卻水系統等。該企業自2003年建成投產以來，長期受電壓暫降影響造成非計劃停車，經濟損失巨大。電壓暫降治理大致經歷了如下幾個階段，在建廠初期所有的儀表電源采用UPS供電，包含DCS、ESD系統，各類流量、溫度變送器等，實現了監控不受電壓暫降影響。但是，現場敏感負荷特別是電力電子類變頻驅動系統受電壓暫降影響跳閘閉鎖，引起DCS、ESD系統聯鎖停車，不能形成連續性生產；2008年對高壓煤漿泵變頻驅動系統采用并聯直流供電設備進行電壓暫降治理，起到了一定的效果，但電壓暫降幅值較大時，空分裝置高壓液氧泵變頻驅動系統跳閘閉鎖，引起氧煤比變化造成聯鎖跳車；2010年對空分裝置高壓液氧泵變頻驅動系統及鍋爐給煤機變頻驅動系統采用VSP電壓暫降保護系統進行治理，結合抗晃電預案的演練及電壓暫降時的現場操作，確保了電壓暫降幅值在50%p.u以上的情況下化工裝置能正常運行，但是一旦人工操作失誤或操作不及時往往造成系統停車并形成安全隱患；2011年在220kV側增加快切裝置，在所有電動機控制接觸器上增加LSP線圈類負載電壓暫降保護器，雙電壓切換時間縮短到100ms以內，同時確保電壓暫降時電動機控制接觸器不脫扣，利用電動機反電動勢來確保電網具有較高幅值的殘壓，從而確保整廠的安全穩定運行。

5.結語

電壓暫降對工業現場形成巨大的威脅，只有通過精心的電壓暫降治理方案的整體設計及對電壓暫降治理產品的甄別，才能達到我們想要的治理效果，才能達到安全隱患治理的效果及連續性生產的要求。

參考文獻

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