工業生產中低壓供電防晃電措施分析

許民

摘要：在工業生產中，主輔機系統低壓電動機安全穩定運行是確保工業生產安全高效運行的基礎。在發電機組運行期間不允許出現重要負荷因為供電原因導致設備停車事故。在生產現場低壓電動機電源系統容易受到多種因素影響，發生晃電致使運行中的重要負荷停電，造成機組快速減負荷、機組非計劃停機甚至造成電網故障范圍擴大等惡性事故。因此，必須采取有效的防晃電技術來解決設備晃電再啟動、輔機變頻器防晃電等問題。

關鍵詞：晃電;馬達保護器;交流接觸器

一、晃電對低壓電動機供電回路的影響

1.1晃電對交流接觸器的影響

在工業生產中，交流接觸器被廣泛應用在機組電動機控制中心（MotorControlCenter，MCC）段、動力中心（PowerCenter，PC）段等低壓電動機控制回路中。當其供電系統發生晃電時，交流接觸器將會偏離其正常工作電壓范圍，致使接觸器線圈對于鐵心的吸力由于電流的減少而減弱，這會使控制回路中的接觸器釋放斷開，造成運行中的電動機停車，嚴重威脅燃料制粉及汽機潤滑等主輔機系統設備的安全穩定運行。交流接觸器在其額定控制電源電壓的85%～110%之間任何值應可靠閉合，當交流接觸器線圈電壓在降到其額定電壓的50%時將會發生抖動;降到30%～40%時接觸器釋放斷開;在電壓降低到額定電壓的75%及以下時，一般持續幾個周期后接觸器也會釋放斷開。

1.2晃電對輔機變頻器的影響

工業生產指標日趨苛刻，部分一類輔機比如給煤機、給粉機、空氣預熱器等重要設備需要滿足軟啟動、精準調速、經濟運行等能耗要求，故需采用變頻器回路供電。變頻器一般采用野交流要直流要交流冶的工作鏈路，主要由控制電源回路和動力回路2部分組成，當供電系統發生晃電現象時，低壓變頻器將會受到晃電影響觸發低電壓保護跳閘，從而導致給煤機等一類輔機設備停機，進而造成機組停機或機組輸出功率大幅下降。因此，輔機變頻器不具備高、低電壓穿越能力的問題已經成為威脅安全運行的重大隱患。

二、防晃電措施

2.1交流接觸器防晃電措施

方案1為采用斷電延時時間繼電器。如圖1所示，電動機因晃電停機后，當電源電壓在時間繼電器定值整定時間段內恢復正常時，在時間繼電器延時斷開觸點及其控制回路的作用下電動機將即刻運轉，從而實現晃電后電動機的自啟動。圖1中SB1、SB2、KT、KM、KA依次分別為啟動、停止按鈕，時間繼電器，接觸器線圈，中間繼電器。

方案2為采用防晃電交流接觸器。

如圖2所示，防晃電接觸器內部含有一個雙線圈結構，當系統電源正常時，FS接觸器內置模塊將處于儲能狀態，接觸器的啟動（SB1）、停止（SB2）和普通接觸器操作方法一樣，當發生晃電致使FS接觸器線圈上的工作電壓降低到其維持電壓門檻下限值時，FS接觸器內部儲能將通過特定方式立即介入補償接觸器線圈工作電壓，從而實現FS接觸器線圈繼續勵磁吸合。當系統電源恢復正常以后，內置控制模塊將再次轉入儲能狀態，達到實現設備防晃電的目的。當按下停止按鈕時，接觸器內部電容短接（A1、A3導通）釋放儲存的能量，確保可靠停機。

3）方案3為采用具備欠壓重啟動功能的馬達保護器裝置。隨著電力電子技術的發展，馬達保護器裝置欠壓重啟動功能已完善且其具有較強的防晃電能力（工作電源范圍80～265V）。圖3中，馬達保護器裝置電源（38、39端子）由外置電源模塊提供，可保證系統電源斷電后馬達保護器正常工作9s。系統電源正常時，保護器內部繼電器接點（21、22）接通，接觸器（KM）勵磁后保持閉合，電動機正常運轉;在晃電現象發生時接觸器釋放斷開且其系統電源在9s內恢復，滿足馬達保護器欠壓重啟定值時則保護器自動發出合閘指令，此時接觸器將勵磁吸合處于正常運轉狀態，第一時間實現電動機的重啟，達到了安全防晃電的目的。電動機正常的啟停及保護動作均閉鎖馬達保護器欠壓重啟動功能。

上述交流接觸器3種常見防晃電方案都不同程度地實現了防晃電功能，其安全性和優缺點比較見表1。可見，采用具備欠壓重啟動功能的馬達保護器裝置作為防晃電措施，具有經濟可靠、改造簡單、可實現分批再啟動、智能化狀態自檢與故障診斷、長運行壽命等優點。

2.2輔機變頻器防晃電技術

1）方案1為串聯動態電壓恢復裝置交流補償。

在變頻器的交流輸入端與交流進線端串聯動態電壓恢復裝置（DynamicVoltageRestorer，DVR）。該裝置由整流器、逆變器、儲能裝置等器件組成。通過裝置內部元器件組成的控制回路精準控制逆變器等電力電子器件工作，實現了變頻器直流母線電壓恒定。當電源電壓跌落時，DVR輸出三相補償電壓，確保變頻器交流輸入電壓不受其電源電壓跌落影響，避免變頻器異常運行而跳閘。

2）方案2為加低電壓穿越裝置直流補償。由于變頻器功率輸出取自其直流母線，因而在變頻器直流母線側進行補償供電是應對其電源電壓跌落導致變頻器閉鎖輸出的有效方法。變頻器低電壓穿越裝置動力電源采用交直流均可（采用直流電源供電，可滿足極端情況下實現電源電壓降至0V輔機變頻器的無擾動連續運行）。正常工作情況下，變頻器工作電源由交流供電回路提供，低電壓穿裝置處于旁路熱備用狀態，變頻器正常運行。當系統電源電壓發生晃電時，低電壓穿越裝置立即響應并捕捉其系統電壓波動趨勢，當達到低電壓穿越裝置動作設定值時，裝置升壓回路立即投入運行，維持到晃電發生前變頻器正常輸出工況，確保輔機變頻器安全穩定運行。

三、結語

低壓電動機供電回路采用馬達保護器欠壓重啟動技術是對其電源系統發生晃電后交流接觸器斷開的補救措施之一。可以有效避免由于廠用電源系統發生晃電造成的變頻器保護動作閉鎖輸出，從而避免機組出力大幅降低甚至機組跳閘事故。防晃電技術的廣泛應用，夯實了主輔機系統設備安全穩定運行的基礎，減小了設備因晃電而造成的不良影響，可有效提高電網運行的安全性、經濟性、穩定性。

參考文獻：

1楊東升，馬占超，高莜婷，等.交流接觸器晃電保護無隙切換拓撲結構研究.電工技術學報，2018，33（11）：2431-2438.

2張鳳平.防晃電技術及其在石化行業中的應用.化工自動化及儀表，2015，42（6）：680-685.