天然氣處理站深冷裝置抗晃電技術(shù)研究

摘要：從闡述晃電的發(fā)生原因以及特點(diǎn)入手，針對其中對晃電“敏感”的設(shè)備及元件——高壓電機(jī)、低壓開關(guān)欠電壓脫扣器、交流接觸器、設(shè)備控制柜，分析晃電對這些設(shè)備及元件的影響機(jī)理，相應(yīng)提出了抗晃電的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：晃電;抗晃電;高壓電機(jī);欠電壓脫扣器;設(shè)備控制柜

0? 前言

大港油田天然氣處理站（以下簡稱處理站）主要處理大港油田的伴生天然氣，隸屬于大港油田天然氣公司，其核心生產(chǎn)裝置——深冷裝置對供電的可靠性要求較高。自1975年建站以來，該站多次因晃電造成深冷裝置停車，每次停車都導(dǎo)致大量天然氣放空，需要較長時(shí)間才能恢復(fù)生產(chǎn)。由于天然氣的易燃易爆特性，晃電造成的深冷裝置異常甚至失控狀態(tài)也存在極大的安全隱患。[1]

處理站所有電源均引自大港油田電力公司壓氣站110kV變電所，該變電所為處理站的總降壓變電所，其21條饋線中有18條為處理站供電，處理站的電源質(zhì)量與該變電所的運(yùn)行情況密切相關(guān)。經(jīng)過對處理站電力系統(tǒng)歷年來的的晃電進(jìn)行分析，處理站電力系統(tǒng)晃電的情形有兩種：

（1）電壓短時(shí)跌落，即電網(wǎng)電壓短時(shí)間內(nèi)跌至額定電壓的10%～90%，持續(xù)時(shí)間為0.01s至2s，其主要特征是電力線路未脫離電網(wǎng)。

（2）、電源短時(shí)中斷，中斷時(shí)間一般持續(xù)在2秒以內(nèi)，其主要特征是電力線路短時(shí)間脫離電網(wǎng)。

由于壓氣站110kV變電所不歸大港油田天然氣公司管轄，協(xié)調(diào)上游供電部門改造上游電網(wǎng)有一定難度。對處理站來說，應(yīng)對晃電的方法有兩種，第一種是改造處理站的內(nèi)部電網(wǎng)，使其達(dá)到類似不間斷電源的效果，第二種是對站內(nèi)易受晃電影響的配電設(shè)備或用電設(shè)備的控制原理或運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在確保運(yùn)行安全的情況下使其最大限度耐受晃電的影響。其中第一種方法的好處是對上述兩種類型的晃電均能有效克服，國內(nèi)已有產(chǎn)品投放市場，其缺點(diǎn)是價(jià)格高昂，并且如果用電負(fù)荷較大且具有高壓用電設(shè)備的場所，該措施的經(jīng)濟(jì)投入會更大。鑒于此，下文根據(jù)第二種方法對配電設(shè)備或用電設(shè)備的控制原理和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，分析其抗晃電改造的可行性，并提出改進(jìn)措施。

1? 對晃電“敏感”的設(shè)備或器件及其抗晃電改進(jìn)措施

根據(jù)處理站歷史上多次晃電停車事件的原因分析，并查閱設(shè)計(jì)資料和產(chǎn)品手冊分析電氣設(shè)備或電氣元件的工作原理，深冷裝置中對晃電敏感的設(shè)備或器件主要有高壓電動機(jī)、低壓配電室的進(jìn)線開關(guān)、交流接觸器以及設(shè)備控制柜等，下面分別論述其抗晃電改造的改進(jìn)措施。

1.1? 高壓電動機(jī)

處理站的天然氣壓縮機(jī)均由高壓電機(jī)驅(qū)動，這些高壓電機(jī)的微機(jī)保護(hù)上都設(shè)有低電壓保護(hù)，但是原電壓整定值和動作時(shí)限不一致，其中電壓整定值最高為4500V，最低為3000V，時(shí)限最長的為10s，最短的為0.5s。根據(jù)上述第一種晃電的電壓跌落幅度和持續(xù)時(shí)間，低電壓保護(hù)4500V、0.5s的整定值是很容易達(dá)到的，因此上述第一種晃電造成高壓電動機(jī)低電壓保護(hù)動作跳閘的可能性比較大。為了避免深冷裝置在晃電發(fā)生時(shí)停車，高壓電機(jī)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自啟動。根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》（第四版）中關(guān)于高壓電機(jī)低電壓保護(hù)的要求，需要自啟動的電動機(jī)，其低電壓保護(hù)的整定值一般為額定電壓的45%～50%，時(shí)限一般為9s。[2]考慮到電壓跌落或中斷2s后高壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速將降至很低，這時(shí)如果變電所同一母線上有兩臺以上高壓電機(jī)由于電壓恢復(fù)同時(shí)啟動，將對電網(wǎng)造成較大沖擊，因此將低電壓保護(hù)的動作時(shí)限整定得太高，將對電網(wǎng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行不利。建議將低電壓保護(hù)的電壓整定值和動作時(shí)限統(tǒng)一調(diào)整為3000V和1.5s，這樣多數(shù)情況下高壓電機(jī)能夠“躲過”第一種晃電的影響。[2]

1.2? 低壓配電室的進(jìn)線開關(guān)

處理站部分低壓配電室的進(jìn)線開關(guān)以前安裝了瞬動型的欠電壓脫扣器，安裝欠電壓脫扣器的功能是為了實(shí)現(xiàn)低壓母聯(lián)開關(guān)的備自投功能。根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，欠電壓脫扣器在其電壓降至額定電壓的35%～70%時(shí)可能會動作，降至35%以下時(shí)能夠可靠動作。上述第一種晃電會造成電壓跌至正常電壓的10%～90%，與欠電壓脫扣器的動作電壓有較大的重合區(qū)，因此很可能導(dǎo)致欠電壓脫扣器動作，處理站已多次發(fā)生這種情況。由于晃電只是一種短暫的供電異常，很短時(shí)間后電源即恢復(fù)正常，因此根本沒有必要在發(fā)生晃電時(shí)使欠電壓脫扣器動作以投入備用電源。經(jīng)過查閱產(chǎn)品使用手冊，不同廠家進(jìn)線開關(guān)均可選配瞬動型或延時(shí)型的欠電壓脫扣器，延時(shí)型的欠電壓脫扣器延時(shí)時(shí)間均可達(dá)到1.5s以上。根據(jù)第一種晃電的特點(diǎn)，延時(shí)型的欠電壓脫扣器經(jīng)受第一種晃電不動作的可能性是非常大的。處理站目前所有低壓配電室進(jìn)線開關(guān)的瞬動型欠電壓脫扣器均更換為了延時(shí)型。

1.3? 對交流接觸器的影響

處理站深冷裝置中的大部分機(jī)泵都是低壓電機(jī)驅(qū)動，這些設(shè)備的控制回路基本上都采用了交流接觸器的自保持功能。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，交流接觸器的銜鐵在線圈電壓降至20%～75%時(shí)可能釋放，降至20%時(shí)應(yīng)可靠釋放。雖然這與前述第一種晃電的電壓跌落范圍有很大的重合區(qū)，但是從處理站實(shí)際運(yùn)行來看，該種晃電較少造成接觸器的銜鐵釋放。目前提高交流接觸器抗晃電能力主要有兩種措施，第一種是使用特制的抗晃電的交流接觸器，第二種是對交流接觸器的控制回路由UPS供電，但這兩種措施的投入均不菲，綜合考慮筆者認(rèn)為對交流接觸器進(jìn)行抗晃電改造的意義并不大。

1.4? 對設(shè)備控制柜的影響

由于建設(shè)時(shí)間較早，處理站進(jìn)口壓縮機(jī)、深冷一期裝置的膨脹機(jī)和熱媒爐的控制柜電源都直接取自電網(wǎng)，而未采用UPS供電。這幾臺設(shè)備的控制柜內(nèi)均有PLC、中間繼電器，晃電易造成PLC的存儲單元和繼電器的觸點(diǎn)改變狀態(tài)，從而引起設(shè)備停運(yùn)。根據(jù)《HG/T20509-2000儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)定》和《SH/T3082-2003石油化工儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，設(shè)備控制柜應(yīng)采用UPS供電，這樣就避免了設(shè)備控制柜內(nèi)的PLC模塊中的軟觸點(diǎn)以及中間繼電器等電氣原件的硬觸點(diǎn)因?yàn)榛坞姸l(fā)生狀態(tài)改變。對此類設(shè)備采用UPS供電可提高抗晃電能力也已經(jīng)在石化行業(yè)上得到證實(shí)。[3]處理站深冷裝置中所有設(shè)備的控制柜均改為了UPS供電。

3? 結(jié)語

2013年8月處理站完成了上述改造，改造完成后五年多的運(yùn)行中僅發(fā)生過一次晃電造成的深冷裝置停車事件，而以往基本上平均每年發(fā)生一次因晃電造成的深冷裝置停車事件，因此上述改造的效果非常明顯。該改造對石油天然氣、石化行業(yè)具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張偉.工廠“晃電”現(xiàn)象與抗“晃電”措施[J].中國設(shè)備工程，2003，（3）：33頁-34頁

Zhang Wei. Electricity Dazzling and Anti-electricity Dazzling in Factories[J].China Plant Engineering，2003，（3）：33-34

[2] 任元會.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊 [M].第三版.北京：中國電力出版社，2005：328-329

Ren Yuan-hui. Design Manual of Electric Power Distribution[M].The Third Edition. Beijing： China Electric Power Press， 2005：328-329

[3]孫英杰，曹慶，孫世銘.UPS電源在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].天然氣與石油，2000，18（4）：43-45

Sun Yingjie，Cao Qing，Sun Shiming. Application of the UPS in DCS[J].Natural Gas and Oil，2000，18（4）：43-45

【作者簡介】史德平（1981-），男，河南新野人，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)的管理工作。