淺析如何解決工廠電力系統的安全可靠性

張海平

摘 要：工廠供電系統是化工企業十分重要的組成部分，隨著化工企業的快速發展，技術的不斷更新和提高，對電力系統也提出更高的新的要求，如何提高供電系統的安全性、可靠性、穩定性及供電系統的質量成了電力系統所面臨的新挑戰?；谶@樣一個背景，文章將重點介紹一種能夠在非正常運行狀態或事故狀態下快速切換的裝置——TPM-300（310）無擾動穩定控制裝置。該裝置能夠實現電力系統在正常運行狀態與非正常運行狀態下的快速切換功能。

關鍵詞：電力系統；可靠性；快速切換

1 文章研究的背景和基本內容

化工、煤炭、冶金、制藥等是連續生產型企業，工藝和安全生產要求流程的連續性，任何電源波動要確保交流接觸器不異常釋放（即確保對生產和工藝流程重要的開關不異常斷開）。作為企業動力的供電系統出現異常時（如：系統晃電、保護動作、失壓脫扣、開關偷跳、系統聯跳等），系統應迅速斷開異常的供電回路，快速投入備用電源，保證母線段供電不中斷（或母線不失壓或極短時間失壓），即確保電氣設備不因供電系統異常停止運轉，確保整個工藝生產流程的連續、安全運行（即整個工藝生產流程不中斷），保證整個工藝生產流程過程無任何擾動，實現系統的無擾動穩定控制。文章以神華寧夏煤業集團有限公司煤炭化學工業分公司烯烴公司甲醇制丙烯項目年產50萬噸聚丙烯裝置為例，介紹快速切換裝置——TPM-300（310）無擾動穩定控制裝置在化工企業中的具體應用。

1.1 系統存在的問題

電力系統中安裝有大量的繼電保護、自動裝置等設備，供電網絡復雜，目前由于電網龐大，受自然環境影響較大；設備多，故障的概率較高，易出現供電短時間中斷現象，同時我國電網優先保證電網的穩定，因此電壓等級越低，出現供電短時間中斷（晃電）的概率越高，對用電企業影響越大；電網的供電回路越少，對企業影響越大。化工、冶金企業中壓供電系統一般為不接地系統，但是由于系統大，系統電容電流大，雖然安裝消弧線圈，但是發生單相接地后，往往迅速發展為多相短路，母線電壓迅速波動；同時由于生產工藝的需要，系統中裝有大容量的整流變壓器，產生大量的諧波，對繼電保護裝置、自動控制設備造成干擾，設備故障率增加，從而造成供電系統異常波動，極易造成交流接觸器非正常分開，生產工藝流程將出現中斷。

1.2 解決方案

由于電網供電的穩定性很難快速得到提高，以前該企業僅能從增加進線回路數來彌補，使用2路進線，其中一路進線來自蔣家南變電站，另一路進線來自徐家莊變電站。但是，從現在系統的運行情況來看，僅從增加進線電源數量上來解決供電系統的安全、可靠性，還是不能滿足企業的實際要求，因此文章提出了另一種方法，能夠更好地解決上述問題，即：給供電系統增加無擾動快速切換裝置。其中6kV及以上電壓等級使用TPM-300系列無擾動穩定控制裝置，實現電源之間的無擾動切換；400V電壓等級使用TPM-310系列無擾動穩定控制裝置，實現多開關之間的同期切換，確保母線電壓不下降，低電壓保護不起動，交流接觸器不脫扣，工藝流程正常、連續、平穩運行，實現系統無擾動穩定運行。

2 快切裝置的概述及實際應用

2.1 主要功能

（1）根據斷路器的狀態自動識別是運行于雙進線的方式或是雙進線加母聯的方式；（2）正常情況下實現母聯至進線一、母聯至進線二的人工切換；（3）故障情況下實現進線一、進線二與母聯之間的切換；（4）低電壓、高低壓側聯跳、開關偷跳、保護起動等引起的切換；（5）故障切換時起動合閘對象分支后加速保護功能；（6）串聯、并聯、同時三種切換方式可供選擇；（7）快速、同相、殘壓等合閘方式；（8）斷線報警；（9）裝置提供保護閉鎖、故障閉鎖、開位異常閉鎖等多種閉鎖功能；（10）事故記錄、打印及完善的錄波功能；（11）標準的通訊方式和對時功能。

2.2 切換方式

2.2.1 運行方式

神華寧夏煤業集團有限公司煤炭化學工業分公司烯烴公司甲醇制丙烯項目年產50萬噸聚丙烯裝置35/6kV變電站運行方式是：雙進線單母線分段運行方式，即：雙進線斷路器均為合閘狀態，母聯斷路器為分閘狀態（熱備狀態），兩進線分列運行，不允許三個斷路器同時合閘的運行方式。

2.2.2 切換條件

TPM系列無擾動穩定控制裝置的一個重要的特性是起動后，在保證系統安全的前提下，以最短的時間進行切換，而且切換中不會對用戶帶來任何危險。為此，裝置必須對電壓的幅值、頻率差、相角差滿足以下條件：

Ψ<Ψmax 相角差 （1）

該相角差指母線電壓和備用進線電壓之間的相角差。

△f<△fmax 頻率差 （2）

母線電壓和備用進線電壓的頻率差也應確定下來。

通常的界值時1Hz，

Uby>Ubymim 備用電源電壓 （3）

2.2.3 就緒條件

無擾動穩定控制裝置的一個特別重要的特性是連續跟蹤計算同步判據的條件。當以下條件滿足時，約10秒后無擾動切換裝置自動進入就緒狀態。

（1）雙進線加母聯的配置方式

進線一/二 ——→ 母聯

√母線Ⅰ段（3PT）、母線Ⅱ段（4PT）電壓正常；

√1DL合、3DL合、5DL分、4DL合、2DL合。

（2）雙進線配置方式

進線一 ——→ 進線二

√母線（3PT/4PT）、備用進線（2PT）電壓正常；

√1DL合、3DL合、5DL合、4DL分。

進線二 ——→ 進線一

√母線（3PT/4PT）、備用進線（1PT）電壓正常；

√2DL合、4DL合、5DL合、3DL分。

2.2.4 切換邏輯

根據不同的起動方式，裝置有串聯、同時、并聯三種切換邏輯。（1）串聯切換：串聯切換是先分后合的切換方式。（2）同時切換：同時切換是同時對兩個斷路器分別發分合閘命令的切換方式。（3）并聯切換：并聯切換是先合后分的切換方式。

2.2.5 正常切換

正常切換指系統正常工作時，人工切換進線、母聯開關。

2.3 合閘原理

2.3.1 快速合閘

在切換起動瞬間，如母線殘壓和備用電源電壓的參數在定值范圍以內則可進行快速合閘，即母線殘壓和備用電源電壓之間的相角差、頻差在定值范圍之內。

2.3.2 同相合閘

首先，有故障的進線斷路器應立即分閘，與其相連的用電設備上的電壓按其自身的特性曲線衰減。其次，存在一系列可能滿足同相合閘判據的合閘時刻點。

2.3.3 殘壓合閘

殘壓合閘指當母線電壓衰減到20%-40%額定電壓后實現的合閘。

3 結束語

文章介紹了一種新的解決工廠供電系統安全、可靠性的方法，即：給進線電源增加無擾動快速切換裝置，無論是在正常運行狀態還是非正常運行狀態下都能夠快速、安全、可靠的在進線一、進線二和母聯三者之間進行切換，這將大大地提高了供電系統的穩定性，很好地解決了由于供電系統晃點、故障等因素導致系統電壓下降，最終導致裝置停車的現象。從而為企業的長滿優運行提供了良好條件，同時也大大提高了企業的經濟效益，為企業和地方經濟的良好發展提供了保障。