抑制電壓暫降對電儀設備擾動影響

周立志，孫繼峰

(中石化江漢鹽化工湖北有限公司，湖北 潛江 433121)

中石化江漢鹽化工湖北有限公司(以下簡稱“江漢鹽化工”)供配電電壓包括為：110、35、6、0.4 kV，每年系統側和設備側會因雷擊、短路、大功率裝置投切或其他原因造成電壓暫降，導致接觸器釋放、繼電保護動作、運行電動機過熱及過負荷現象，僅2019年就有3起因電壓暫降引起部分裝置、設備停車，影響安全、平穩生產。

采取有效的抑制措施，降低發生概率，保證生產裝置安全、平穩運行或縮短恢復正常生產時間，降低因暫降造成的經濟損失，是化工企業需持續解決的重點問題之一。

1 電壓暫降的概念及危害

1.1 概念

電壓暫降俗稱“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。GB/T 30137—2013《電能質量電壓暫降與短時中斷》[1]中將電壓暫降定義為：電力系統中某點工頻電壓方均根值突然降低至10%～90%，持續10 ～60 s后恢復正常。

“暫”意味著持續時間短，“降”意味著電壓有效值降低，暫降幅值和持續時間是其基本特征。

1.2 危害

晃電發生后，會造成電網電壓跌落、接觸器釋放、繼電保護動作、運行電動機過熱及過負荷，對化工企業供電、裝置平穩運行有一定影響，嚴重時會因裝置失控而引發生產安全事故，甚至造成人身傷害。

2 防電壓暫降的4道防線

江漢鹽化工采取有效的抗晃電措施，盡可能地降低了晃電發生的概率，保證了生產裝置平穩運行或者縮短恢復正常生產的時間，從而盡可能地降低了因晃電造成的經濟損失。

(1)第1道防線：提高系統的本質安全，減少故障，網構結構合理。

(2)第2道防線：安裝快速保護，加快故障切除，保證樞紐變電所的母線電壓。

(3)第3道防線：安裝備用電源自投裝置、控制電源改UPS供電、快切裝置、電動機分批啟動裝置，盡快恢復供電，減少事故處理時間。

(4)第4道防線：針對具體的工藝特點和用電設備，設置低電壓保護，以及整定器、接觸器、變頻器等。

3 電壓暫降的抑制方法和預防措施

3.1 供配電系統側抑制晃電的途徑

3.1.1 江漢鹽化工供電中的問題

江漢鹽化工有兩座電源點，一座是由竹根灘220 kV變電站提供(即竹鹽線)；另一座是由王場110 kV變電站提供，經兩回35 kV架空線路(即王鹽37#、38#)接入。鹽化工變電站內采用單母分段方式運行，為公司內生活用電、氯堿分廠、漂粉精一廠、污水站、銷售部、鹽硝廠、日化廠等裝置提供供電電源。鹽化工電網結構復雜，進線電壓等級多，加上油田電網地域面積大，安全防護等級不高，從而形成了一些特有的電網缺陷。存在雷電侵入供配電系統造成事故跳閘；運行中設備故障引起的事故跳閘；保護回路故障引起的事故跳閘；雷電時，架空線路絕緣子發生閃絡造成整個系統供電電壓的波動；電流互感器短路、電纜內部短路、無功補償電容器爆炸引起的短路、高壓電纜頭放電等原因造成跳閘；微機保護的應用軟件存在技術缺陷；機械設備及高壓電纜損傷、各級開關保護定值配合不當引起的越級跳閘等。漂粉精二廠、氯化異氰尿酸等裝置投用以來，為單電源供電，電網安全性、可靠性較差(如圖1所示)。

圖1 電網安全性、可靠性較差的單電源供電圖

在氯化異氰尿酸生產過程中，三氯化氮極易富集，如果供電中斷易引發安全事故。

3.1.2 針對上述問題提出的改進措施

(1)提高和完善繼電保護及自動裝置的配置標準。如繼電保護定值錯誤造成越級跳閘，繼電保護定值復核計算不及時，廠用電保護系統失效等，委托設計院對保護定值重新計算，對微機繼電保護系統進行了升級改造。

(2)與上級供電部門協商處理；對35 kV架空線路桿塔的接地電阻進行檢測，接地電阻大于10 Ω的，重新做接地；在35 kV架空線路桿塔上加裝串聯間隙金屬氧化鋅避雷器，定期試驗、定期檢修、定期保養、加強巡檢。

(3)電力電纜應采用電纜橋架敷設的方式，避免電纜直接埋地敷設，減少隱蔽工程以避免同類事故的發生。

(4)降低電氣設備故障。電氣設備的故障從其前期發展的起因來分析主要有兩種類型：一種是電壓(絕緣)型故障，如雷擊、設備絕緣損壞等，定期進行預防性試驗，查找絕緣薄弱點，及時維護、更新。另一種是電流型故障，多發生在設備之間的連接部位，解決的主要途徑是控制配電、用電設備的容量，采用熱成像儀加強巡查和維護管理。

(5)新增1臺110 kV主變(如圖1虛線內所示)，采用雙變壓器運行，1用1備，互為備用，通過調整、優化110 kV系統運行方式，提高鹽化工電力系統的安全性和可靠性。

(6)在漂粉精二廠6 kV進線開關柜內采用四方(CSC-246)數字式備用電源自動投入裝置。因漂粉精和氯化異氰尿酸裝置對供電可靠性要求較高，長時間停電有產品質量下降、物料堵塞、分解，甚至NCl3爆炸的危險，為盡可能縮短停電時間，依據工藝要求提出：當工作線路失電，在備用線路有壓的情況下跳開工作線路，合上備用電源；當母聯偷跳造成所帶母線失壓時，在備用線路有壓的情況下合備用線路開關；當1#或2#進線后備保護動作時，備自投均不動作；手跳(包括遙跳)時，備自投不應動作。最終，江漢鹽化工選用了四方繼保生產的備自投裝置。

選用的CSC-246裝置提供11路模擬量輸入，8路開關量輸入，6個電壓定值，6個電流定值，8個時間定值，8對獨立的輸出觸點。定值及所有輸入量都可以成為控制備投動作的可編程元件。

每個動作邏輯的控制條件可分為兩類：一類為啟動條件，另一類為閉鎖條件。當啟動條件都滿足，閉鎖條件都不滿足時，備投動作出口。為防止備投重復動作，在每個動作邏輯中設置一個“充電”計數器，充滿電后開放出口邏輯。為防止PT 斷線時備自投誤動作，取線路電流作為線路失壓的閉鎖判據。采用備自投方案二(進線Ⅰ、進線Ⅱ互為備用，分段開關保護退出)；方案二接線形式如圖2所示：正常運行時兩線路PT 均有壓，兩段母線均有壓，1DL 和2DL 中的一個開關在合位，另一個在分位，3DL 在合位。

圖2 采用備自投方案二接線形式

3.2 生產裝置及用電設備側晃電的預防措施

3.2.1 氯化異氰尿酸低壓配電室安裝低壓備用

電源自投裝置運行

(1)氯化異氰尿酸低壓電源采用單母線分段系統運行，原系統兩路進行分別帶各自負荷，無互投設計，現采用國產的DCM631低壓備自投裝置，選用互投邏輯(如圖3所示)，正常運行情況下1#進線帶一段負荷，2#進線帶二段負荷，母聯開關處于分閘狀態；當1#進線失電，備自投跳開1#進線開關，然后合上母聯開關。當1#進線來電，2#進線失電，備自投跳開2#進線開關，然后合上1#進線開關；當2#進線失電，備自投跳開2#進線開關，然后合上母聯開關。當2#進線來電，1#進線失電，備自投跳開1#進線開關，然后合上2#進線開關。

圖3 低壓備自投裝置選用互投邏輯工作方式

(2)氯化異氰尿酸備自投裝置參數設定如表1所示。

表1 氯化異氰尿酸備自投裝置參數設定表Table 1 Setting parameters of chlorinated isocyanurate spare power automatic switching unit

3.2.2 備自投二次控制回路電源改為UPS供電

提高了電源的可靠性，降低了晃電所帶來的接觸器釋放問題，備自投二次控制回路電源改為UPS供電(見圖4)。

3.2.3 完善儀表UPS電源雙回路及無擾動切換

(1)新中控低壓用電負荷采用兩路電源。在原有供電回路增加一組電源進行供電，進線電源實現自動互投功能。

(2)在負載側加裝交流無擾動切換器進行轉換。監控設備選用雙路交流切換器裝置PW021,DCS機柜電源采用AP4422無擾動切換器(見圖5)。

3.2.4 具有電壓恢復自啟動功能的電動機智能

MCC控制保護器應用

市面上MCC智能保護器產品也較多，質量參差不齊，經過長時間使用，江漢鹽化工所用智能保護器滿足生產要求，本身具有多重保護功能的同時，模塊具有抗晃電功能。當一次回路短時失壓<100 ms時，電氣不受影響；當失壓時間大于100 ms時，裝置斷開接觸器，在電壓設定的失電時間內恢復到設定的恢復電壓，裝置延時自啟動，保證裝置及時供電。在使用自恢復功能時，要與工藝部門結合，采取分批啟動方式，以免拖垮電網。

圖4 改為UPS的備自投二次控制回路電源供電圖

圖5 無擾動切換器工作原理圖

3.2.5 安裝抗晃電模塊

接觸器控制回路增加抗晃電模塊，選用萬力達電氣BKP系列抗晃電模塊，該模塊有交流工作、直流維持、晃電保持3種模式，正常情況工作在前兩種模式。發生電壓暫降時，由超級電容提供電能；電壓恢復后，回到直流維持狀態，保持線圈持續供電。電氣控制原理如圖6所示。

圖6 電氣控制原理圖

4 效果分析

110 kV實現雙變壓器運行，防范了因單主變運行時、主變出現故障導致長時間停電可能引發意外事故；6 kV和380 V系統電源實現自動互投功能，將操作時間由30 min降低到2 s，杜絕了氯化異氰尿酸裝置因系統單電源停電可能導致三氯化氮富集爆炸的風險，降低了裝置故障停機的概率，提高了電力系統的安全性；UPS采用雙電源結構加交流無擾動切換器供電方式，提高了供電可靠性，降低了儀表系統停車故障率；采用智能保護器、抗晃電模塊和改善二次回路供電方式，提升了設備側抗擾動能力，保障裝置安全、平穩運行；有效解決各級開關保護定值的配合，避免開關越級跳閘，事故停電范圍擴大。

5 結語

通過以上舉措，提升了裝置對電壓暫降的擾動影響，保證了安全性、可靠性。筆者對今后的抑制措施提出幾點建議和思考，對關鍵裝置的儀表控制電源配置推薦采用“雙UPS冗余”；新建項目按照四道防線要求將抗晃電納入整體設計，確保全方位落實重要設備抗晃電措施安裝、調試；抗晃電屬于系統工程，涉及工藝、電氣、儀表、設備等各個專業安全、生產等問題，應全面統籌考慮，有關設備抗晃電措施應綜合各專業意見；電壓暫降是目前氯堿生產中客觀存在的，應針對其誘因采取對應的抑制措施。