應急電源的設計與應用

孟曙光，董云梅

(山東濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256619)

化工企業的事故停電狀態可導致設備損壞，甚至還會發生火災、爆炸乃至人身安全。例如，氯堿行業事故停電可導致電解槽中的離子膜損壞，可導致氯氣外逸，在造成設備損壞的同時還會對環境及人身產生較大的影響；又如PVC生產中聚合釜設備突然停電可導致設備爆炸。因此在保證化工企業供電可靠性的同時必須引入應急電源系統。應急電源可在事故停電狀態下迅速啟動，給各環保裝置、應急設備供電，減小事故停電對企業造成的影響。

結合山東濱化集團股份有限公司(以下簡稱“山東濱化”)的應急電源系統的建設，筆者探討了應急電源系統的特點及提高應急電源供電可靠性的方法。

1 應急電源系統圖

山東濱化應急電源由兩臺柴油發電機、一臺應急變壓器及相應配套開關設備組成。界區內應急負荷主要為極化整流器、事故照明、引風機、純水泵、堿液循環泵、消防水泵等，總負荷為1 700 kW，負荷較大且比較分散，各裝置均涉及到應急電源負荷。應急電源的系統如圖1所示。

2 設計說明

因電網的限制10 kV應急電源只能取自公司上一級110 kV同一所變電站(東郊變電站)，該站全部停電時不能保證公司一級負荷的正常啟動，故該10 kV應急電源非可靠電源。在公司的應急電源系統中額外配置兩臺柴油發電機(P1000E、P1375E)與10 kV應急電源共同組成應急電源系統，當35 kV線路故障并且柴油發電機不能啟動的情況下可啟動應急變壓器供電，降低事故率。

2.1 供電方式

P1375E供離子膜裝置，負荷約為1 000 kW，P1000E供其余裝置，負荷為700 kW，為將來新增應急負荷留有余量。10 kV應急變壓器兼作兩臺柴油發電機備用及供給消防水泵負荷。

2.2 應急電源的啟動方式

離子膜裝置配電室停電自動啟動P1375E柴油發電機，發電機在8 s內供電至離子膜裝置；其余各裝置配電室停電發啟動信號啟動P1000E柴油發電機，8 s內供其余各裝置配電室；當各配電室市電恢復正常自動切至市電供電，延時5 min停運柴油發電機。若任何一臺柴油發電機不能啟動，在1 min(自失電開始計時)之后應急變壓器自動送電，帶故障柴油發電機負荷。應急變壓器為“自動”合閘、“手動”停運的控制方式。

2.3 P1375E應急負荷的啟動控制

因應急負荷功率較大，離子膜裝置為1 000 kW，如此大的負荷不可能同時啟動又必須在較短的時間內供電，對應急負荷進行了以下考慮。

2.3.1 應急負荷的自動啟動

借助離子膜裝置可靠的DCS，取離子膜配電室雙電源切換盤主、備開關的狀態及停電前電動機的狀態自動啟動機泵。

2.3.2 應急負荷的分批啟動

在滿足工藝要求的情況下分4批自動啟動，每批啟動負荷不超過300 kW，每批間隔時間為15 s；在停電之前及應急電源供給后啟動同一臺機泵，保證了設備運行的連續性(無須控制現場閥門等)。

2.3.3 手動啟動

對時間要求不重要的機泵采取手動啟動的控制方式。

2.3.4 P1000E 應急負荷的啟動控制

該柴油發電機所帶負荷比較分散，根據工藝要求設置了兩種啟動方式。

(1)自動啟動：現場采用帶有自動功能的轉換控制開關，運行時將開關打至“自動”狀態，將啟動回路一直處于“閉合”狀態；保證了應急電源供給后同樣啟動同一臺機泵。

(2)手動啟動：控制方式為手動，由操作工現場開啟。以上方式的采取保證了柴油發電機初次帶負荷的能力，避免了由于啟動負荷過大而導致發電機過流故障。

2.3.5 其他控制

根據設計要求消防水泵必須設計為一級負荷，消防水泵功率較大(山東濱化消防水泵的功率為315 kW)，在設計時考慮到該泵為備用狀態，只有當裝置發生火災等嚴重情況下使用且為手動啟動，將應急變壓器作為第一電源，將柴油發電機作為第二應急電源；當應急變壓器失電而需啟動時由人工操作切換至柴油發電機P1000E，人工啟動柴油發電機供電，控制柴油發電機所帶應急負荷，確保消防水泵的可靠運行。

2.3.6 設備選型及功能設置

(1)化工行業要求應急電源必須在很短的時間內供電，選擇柴油發電機時必須考慮具有自動啟動功能及帶負荷能力。

(2)在進行負荷分批啟動設置時應根據柴油發電機的特性曲線來選擇每批帶負荷功率的大小。

(3)應急變壓器的設置：自動啟動、過流、速斷、失壓保護。

(4)柴油發電機與應急變壓器雙電源開關的切換設置：應急變壓器初送電由于勵磁涌流較大，不宜立即帶負荷，在雙電源開關設置為當檢測到應急變壓器供電時延時5 s后閉合出線開關對外供電，同時將切換功能設置為不可逆，即當柴油發電機又啟動后不切至主電源供電，防止電源的切換時設備重啟造成沖擊(可導致柴油發電機停運)。

(5)在自動啟動的設備中熱保護必須選擇“手動”復位，所有的雙電源開關帶機械互鎖裝置。

(6)直流電源的可靠性必須引起重視：柴油發電機的自動啟動控制與應急變壓器的控制均采用DC 220 V控制，可選擇雙直流電源供電，當一路直流電源故障時切換至另一路供電，兩臺柴油發電機系統各采用一路直流電控制；在直流系統中增加各項參數檢測功能：如每節電池電壓、絕緣檢測、進線失壓等，及時發現直流盤故障，保證直流盤處于良好狀態。

(7)電纜的選型：應急電源系統的容量雖然較小，但本身具有自動調壓功能，在電纜選型時考慮壓降時按大系統容量選擇，不考慮發電機本身壓降。

3 其他事項

3.1 維護及試運

柴油發電機(可帶一部分負荷)應定期試運(15天試運一次)，保證實時處于備用狀態，各自動控制系統應在每年的大修期間全面組織試運一次(包括應急負荷)。試運時應根據發電機的使用說明對柴油發電機及各配電系統的各部位詳細檢測。

3.2 日常培訓

應急電源系統為緊急備用狀態，不經常操作，在設計可靠性的同時必然會增加其復雜性。當應急電源發生故障時，員工在進行緊急處理時可能會無從下手或手忙腳亂，因此必須重視應急電源系統的培訓。