DC—BANK直流支撐技術(shù)在TDI制氣裝置供電中的應(yīng)用

郝增學(xué)

摘 要：以某公司15萬t/a TDI項(xiàng)目某110kW電動(dòng)機(jī)為例，為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷解決兩路電源均發(fā)生故障，而作為應(yīng)急電源的柴油發(fā)電機(jī)尚未啟動(dòng)之前這段時(shí)間的停電問題，從而從設(shè)計(jì)源頭上解決供電可靠性問題，大大提高了制氣裝置的運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷；DC-BANK；晃電；直流支撐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.229

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化工用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的要求越來越高，每年因電網(wǎng)供電質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。但是由于電網(wǎng)、設(shè)備故障等種種造成供電中斷的原因不可能完全避免，因此，供配電設(shè)計(jì)中需要考慮供電中斷的應(yīng)對(duì)措施。本文從如何確保TDI制氣裝置中某一級(jí)負(fù)荷中特別重要的用電負(fù)荷（某110kV電動(dòng)機(jī)）可靠性入手，來闡述利用DC-BANK直流支撐技術(shù)解決該問題的方案。

1 問題的提出

在初步方案中，未采用DC-BANK，電路圖如下圖虛線框外部分所示，1#電源、2#電源為分別引自不同35kV變電所的電源。正常運(yùn)行時(shí)，兩路電源都有電，通過QF1、QF2、QF3三臺(tái)斷路器的聯(lián)鎖，保證在0.4kV II段母線上同時(shí)只有一路電源供電，以滿足供電要求。但是該方案還是存在2個(gè)問題：

（1）晃電問題：電壓暫降在市電電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生，但并不是每次都會(huì)造成停機(jī)事故，由于直流母線上濾波電容儲(chǔ)能的緣故，只有電壓暫降時(shí)其出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間足夠長(zhǎng)、電壓足夠低時(shí)才可能出現(xiàn)停機(jī)事故。

U=2.34u 公式（a）；Pt=0.5C（U12-U22） 公式（b）；

式中，U 為直流母線電壓，V；u為市電相電壓，V；P 為電動(dòng)機(jī)功率，W； t 為時(shí)間，s； C 為儲(chǔ)能電容器電容，F(xiàn)。

某一進(jìn)口變頻器裝置，直流側(cè)濾波電容器C為11750μF。正常時(shí)輸入電壓u為三相AC380V，此時(shí)按公式（a）計(jì)算直流側(cè)峰值平均電壓U1為DC513V；在滿載條件下，當(dāng)市電突然降為AC325V時(shí)直流側(cè)最低電壓（關(guān)機(jī)電壓）U2為DC439V；電源最大輸出功率P為110kW；根據(jù)公式（b）計(jì)算得t=3.76ms。說明這一過程超過了3.76ms電動(dòng)機(jī)就會(huì)驟停。

另一種情形發(fā)生在雙電源切換時(shí)，雙電源切換也是需要時(shí)間的，大約為700～1000ms，遠(yuǎn)大于3.76ms，也會(huì)引起電動(dòng)機(jī)停電。

（2）還存在一種極端情況，兩路電源都停電，或者斷路器及母線故障等原因造成0.4kV II段母線失電。因此，方案中按照GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，設(shè)置獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，當(dāng)0.4kV II段母線失電時(shí)，立即自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，雙電源開關(guān)ATSE自動(dòng)將電源接入點(diǎn)切換至柴油發(fā)電機(jī)組一側(cè)。但是，柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)是需要時(shí)間的，大約為15～45s，雙電源全部停電且柴油發(fā)電機(jī)未啟動(dòng)的這個(gè)時(shí)間內(nèi)，供電是中斷的。因此本方案雖然滿足規(guī)范要求，但并不是一個(gè)最佳的解決方案。

2 解決方案

直流不間斷電源簡(jiǎn)稱DC-BANK 系統(tǒng)。目前已在石化、化纖和煤化行業(yè)的部分大中型傳動(dòng)系統(tǒng)中成功應(yīng)用。系統(tǒng)當(dāng)市電正常時(shí)，由市電向負(fù)載供電； 當(dāng)市電斷電時(shí)，DC-BANK 內(nèi)部的靜態(tài)開關(guān)DS導(dǎo)通，系統(tǒng)電池組向負(fù)載供電，當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，DS自動(dòng)阻斷，DC-BANK 對(duì)電池組實(shí)現(xiàn)浮充維護(hù)。一般的變頻器都具有失電壓和瞬間斷電的保護(hù)功能。變頻器的逆變器件為IGBT 時(shí)，失電壓或斷電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個(gè)短時(shí)間td，若失電壓或斷電時(shí)間totd，變頻器自我保護(hù)，停止運(yùn)行。只要電源晃電較為強(qiáng)烈，to一般都在幾秒以上，變頻器就會(huì)自我保護(hù)，停止運(yùn)行。

如圖1所示，在原有電路的基礎(chǔ)上，加入DC-BANK直流支撐。這樣，在正常情況下，DC-BANK蓄電池組通過充電器利用市電進(jìn)行充電，電池組通過DS接入變頻器直流側(cè)。當(dāng)0.4kVII段母線失電，而柴油發(fā)電機(jī)組未啟動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)，通過蓄電池組在3ms內(nèi)對(duì)變頻器供電，并通過變頻器自身的逆變功能將交流電源源源不斷的輸送至用電設(shè)備。因此，只要滿足蓄電池的容量滿足大于45s且有合理裕量即能滿足電動(dòng)機(jī)的可靠供電，較上一方案相比，可以同時(shí)彌補(bǔ)上述2個(gè)問題，大大提高了供電可靠性。

3 結(jié)語

采用DC-BANK直流支撐后，供電可靠性進(jìn)一步提高，完全能滿足供電的需求。較使用EPS電源方式來講，不用考慮電機(jī)重新啟動(dòng)，可以節(jié)省較多電池，從而節(jié)省費(fèi)用。而且免除了電動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)對(duì)電源造成的沖擊，效果較好。

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