防晃電技術在純堿生產中的應用

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

電氣設備穩定運行對于連續運行行業至關重要。純堿生產是一個連續的過程，任何生產環節出現問題都將對其他環節的生產操作或者經濟技術指標造成影響。而且電氣系統的故障、不正常狀態對于整個生產過程影響很大。特別是大規模的不正常狀態，在此我們介紹晃電的應用以降低對生產的影響。

1 晃電的含義及原因

“晃電”是指因雷擊、短路或其他原因造成的電網短時電壓波動或短時斷電的現象。電氣系統產生晃電的一般類型有：電壓驟降、驟升、短時中斷、電壓閃變。對于一般企業較多的情況為電壓暫降、短時斷電，相關國標解釋如下：

電壓暫降：在電氣主系統中任何一點傷的電壓突然減少到規定的閥限，隨后經歷一段短暫的間隔恢復到正常值。其中典型的暫降與短路的發生和結束有關，或者與系統相連裝置上的急劇電流增加有關。電壓暫降是一個二維的電磁干擾，其等級由電壓和時間或維持時間決定。

短時中斷：供電系統上任何一點所有相位的電壓突然下降到規定的中斷閥限以下，隨后經歷一段短暫時間間隔恢復到正常值。其中典型的短時中斷與開關裝置的動作有關，該動作是由系統或系統相連裝置上短路的發生和接受引起。

1.1 電壓暫降幅度和持續時間、短時中斷

表1 電壓暫降的試驗等級和持續時間(50 Hz/60 Hz)

注：X類由有關的標準化技術委員會進行定義，對于直接或者間接連接到公共網絡的設備，嚴酷等級不能低于2類要求

10/12周期是指“50 Hz試驗采用10周期”和“60 Hz試驗采用12周期”。

25/60周期是指“50 Hz試驗采用25周期”和“60 Hz試驗采用30周期”。

250/300周期是指“50 Hz試驗采用250周期”和“60 Hz試驗采用300周期”。

tr——電壓上升時間 tf——電壓下降時間 ts——電壓降低后持續時間圖1 電壓波動曲線

1.2 電壓擾動產生原因及危害

故障性質： 高壓系統(本廠或供電網)發生短路故障，切除后恢復供電。高壓系統發生絕緣閃絡。高壓系統重合閘且重合成功。

非故障性質：備自投或快切裝置動作。重負載啟動或大量電機同時再啟動。 雷擊浪涌。

晃電對用電單位的主要影響很多，例如：

1)連續性不能保證，由于再次啟動生產線時間可能超過幾個小時或幾天，而引起的生產中斷造成的經濟損失。

2)原材料損失，由于生產中斷，一些原材料造成不可逆的浪費。

3)安全生產無法保障。

4)電氣主管部門的事故責任追究。

5)其他無法估量的經濟瞬時和社會影響。

電壓擾動一般也就是十幾個毫秒～幾百個毫秒，但是引起的后果和經濟損失是無法估量和難以承受的。同時，我們從上面分析的電壓擾動的原因來分析，電壓擾動有些情況是根本無法避免的(如供電網的雷擊閃絡以及電力施工過程中引起短路故障切除等)。因此，怎么樣以用最小的代價和成本，將電氣系統中出現了短暫的晃電后，迅速的啟動起來，或抗擊過這種波動。那么，解決問題的關鍵就是解決好低壓系統的敏感元件：接觸器、變頻器、軟啟動器(PLC、DCS等負載一般配有UPS，無需考慮)的防電壓擾動問題。

2 防晃電措施

針對于化工生產來說，大量風機、水泵、減速機、攪拌電機的使用，其控制方式一般為接觸器控制。在發生晃電情況時接觸器因線圈電壓的降低，必然造成接觸器線圈釋放，從而造成大面積停車情況的發生。雖然大規模晃電情況發生幾率較小，但每次的發生工藝恢復都需要大量的時間以及原材料的浪費。同時有些晃電又不可避免，因此減少晃電對主要運行設備的穩定運行十分重要。

一般針對接觸器的防晃電措施：

1)采用UPS，從電源側進行處理。這種方法雖然可靠，考慮到價格原因和大功率電機，并不適合大規模應用。

2)采用防晃電接觸器，從接觸器本身處理。這種方式內部電容采用高壓電容，高壓電容容易受過壓等損傷，同時，正常斷電時也存在延時等問題。

3)失壓再啟動，從二次控制上進行彌補。這種方式屬于事后彌補方式，同時對十幾個毫秒的晃電反應不出來，導致接觸器脫扣。

4)輔助控制模塊，晃電保持，掉電釋放。模塊的設計可靠性要求高，穩定性應經得住考驗。占用一定的體積空間。由此分析可知第四種方式相對可靠，又有較高的適應能力。

圖2 防晃電原理圖

擬采用了圖2所示的防晃電模塊。此模塊對原有控制方式改動較小，不需要更換主接觸器。利用現有控制回路，將主接觸器原供電電源接防晃電模塊電源輸入15、16端子位置，主接觸器至防晃電模塊輸出1、2端子位置。防晃電接觸器模塊內置高容量電容，根據主接觸器線圈電阻匹配輸出容量。正常工作時控制回路由模塊15、16端子直接供電至模塊1、2端子維持接觸器正常工作，其中端子15和端子2以及端子16和端子1之間是通過常閉點連接，當發生交流電壓電壓暫降或短時中斷時，端子15和端子2以及端子16和端子1之間常閉點打開，裝置啟動交流轉換直流，切換到直流維持狀態，接觸器線圈在直流電壓的維持下保證正常吸合。期間可維持1～5 s，維持時間可根據設備實際運行狀況進行改變。當系統電壓恢復正常后，端子15和端子2以及端子16和端子1之間轉換為閉合狀態，由交流電壓維持接觸器線圈吸合，同時恢復高容量電容充電用以下次晃電的發生。其中端子5和端子6為自啟動端子，對于一些允許自啟動的設備，當停電時間超過模塊設定時間停車后，可進行自動啟動。保證重要設備第一時間啟動，但此功能的使用需十分謹慎，因一些設備停車再啟動會造成人員或設備的安全。當正常開停車時，即SB2斷開時，高容量電容不投入使用，接觸器KM正常失電不會造成延時停車現象。

3 總 結

通過上述對晃電發生的原因、影響分析，幾種防晃電措施的對比，總結出了目前比較好的防晃電措施。正因為電力系統運行過程中，微小或偶爾的故障造成的電壓暫降和短時中斷不可避免。如何將對生產系統的影響降低到最小是電氣技術、運行維護人員應考慮的。但并不是防晃電措施運用到所有的設備中，如運用過多在電壓恢復過程中大量設備同時啟動，會對剛剛恢復正常的電力系統出現較大的沖擊。反而會造成更大面積的停電事故。因此在選擇需保電設備時，一定要考慮周全。