淺談抗晃電技術在化工企業供配電系統中的運用

吳洪雨 時盛志

（1.中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719000；2.湖南中偉新能源科技有限公司，湖南長沙 410600）

0.引言

目前，隨著化工企業的高速發展，對于供配電系統及其電氣終端設備的穩定運行的要求也越來越高，進而對相關電氣技術的要求也越來越高。化工企業一旦發生晃電事件，輕則造成生產中斷，影響經濟效益，重則造成設備損害、人員傷亡，形成惡性生產事故，因此，推動抗晃電技術在化工企業中的有效運用對于目前的化工企業的發展十分必要。加強對抗晃電技術的研究，推動抗晃電技術的進步，提出抗晃電技術在化工企業配電系統中的有效運用策略是目前要研究的重要內容。

1.電力系統產生晃電事故的原因分析

1.1 電力系統在運行過程中發生晃電的原因

（1）在陰雨天氣受到雷電沖擊，大電流沖擊引起繼電保護裝置動作后再重合閘；（2）電力系統由于自身的絕緣問題發生嚴重的短路故障，產生間歇性對地放電，形成大電流沖擊，造成供電系統的不穩定；（3）供電線路受到異物干擾形成相間短路，比如大風刮起的帶狀物體纏繞在兩相之間，蛇類或者鳥類動物在室外架空線路上形成的兩相短路；（4）配電系統中有大容量電動機直接啟動，產生瞬間大電流的沖擊，將10kV系統的母線段電壓瞬間拉低，部分設備由于低電壓保護啟動跳閘。

1.2 電力系統晃電的表現形式

（1）發生電壓的突然急劇上升或者急劇下降，且持續時間為0.5個周波至60s左右，電壓上升或下降的數值達到額定電壓的110%～180%或10%～90%范圍。（2）電壓發生閃變，一般情況下表現在人類眼睛對電壓波動瞬間所引起的照明亮度出現異常閃爍而產生的視覺感受，電壓的幅值會出現一系列的隨機變化或者電壓波形的包絡線會呈現出有規則的變化。（3）短時斷電，斷電時間持續為0.5個周波至3s并引起重合閘動作或者備自投動作的現象。

2.電力系統晃電所產生的影響

（1）化工企業0.4kV電動機的控制絕大部分都是采用交流接觸器的方式，當出現晃電現象時，由于電壓暫降或短時失電，此時將使得釋放彈簧的彈力大于線圈對鐵芯的吸力，這將造成接觸器失壓釋放，導致大批電動機失壓停機，嚴重影響化工裝置的長周期穩定運行，大幅增加生產成本，甚至會造成設備故障或者人員傷亡事故。根據試驗分析統計，一般交流接觸器在供電電壓低于其線圈額定電壓的50%時，且持續時間超過一個周波時其接觸器將會釋放。當線圈供電電壓低于其線圈額定電壓的80%時，且持續5個周期時接觸器也會被釋放。（2）化工企業中有很多重要設備都采用變頻器來控制電動機或者風機的速度，一般情況下，變頻器內部設置有低壓、過壓以及瞬間斷電的保護功能，當選用GTR作為變頻器的逆變器功率元件時，一旦出現低壓情況(指U＜0.7倍額定電壓)或停電，控制電路向驅動電路輸出的信號將停止，此時變頻器的驅動電路和GTR功率元件全部停止工作，電動機失壓后則會處于自由制動狀態;當選用IGBT作為逆變器功率元件時，當變頻器出現失壓或斷電后，將允許變頻器繼續工作一個短時間td，若失壓或停電時間to>td，變頻器則會自我保護停止運行。（3）晃電時由于電壓低，會導致電動機過電流，從而使電動機熱保護動作而跳閘。

3.變頻器抗晃電技術在鍋爐配電系統中的應用

根據電力行業《發電廠變電站輔機變頻器高低電壓穿越技術規范》要求：電廠鍋爐給煤機變頻器在進線電源電壓跌落到不低于20%額定電壓，持續時間不大于0.5s的區域內；電壓跌落到不低于60%額定電壓，持續時間不大于5s的區域內；電壓跌落到不低于90%額定電壓，持續時間大于10s的區域內；電源電壓升高到不低于130%額定電壓，持續時間不大于0.5s的區域內，應能保障供電對象的連續穩定運行[1-2]。

3.1 電力系統概況

我公司熱電中心共有4臺480T/H高溫高壓循環流化床鍋爐，兩臺100MW汽輪發電機機組，擔負著整個化工裝置的供電和供汽任務。每臺鍋爐有6臺給煤機，每臺給煤機電機功率3kW，并由ABB ACS550變頻器驅動控制。2019年對鍋爐給煤機變頻器進行抗晃電改造，目前運行狀況良好。

3.2 電網取能型變頻器抗晃電技術原理及應用

電網電壓跌落到20%～90%范圍內系統瞬時[＜200us]電網取能型變頻器抗晃電裝置啟動工作，通過整流控制將電氣系統交流殘壓轉換為直流電壓，維持變頻器直流母線電壓在DC500V左右，保證變頻器正常運行10s（10s～60s可調），滿足電力行業規范要求。當電網電壓恢復時，系統自動退出工作狀態，轉為熱備用狀態，變頻器自動轉換由電網供電。當變頻器停止運行時，系統自動退出，轉為熱備用狀態。原理圖1所示。

圖1 抗晃電裝置系統原理圖

根據我公司現場情況，變頻器控制電源從ups或直流屏取電改造施工難度較大，且增加了自身系統的故障點，為保證在電網電壓跌落時變頻器控制系統正常工作，控制電源設計為電源一部分取自電網變壓后AC220V，另一部分取自抗晃電裝置輸出端直流電源，通過直流變壓、逆變，輸出的AC220V電源。當電網電壓正常情況下，控制回路由電網變壓后的AC220V供電，當電壓下降至設定值以下控制回路由抗晃電裝置系統供電。

3.3 電網取能型變頻器抗晃電技術要求

電網取能型變頻器抗晃電裝置為給煤機變頻器提供穩定的后備動力電源，設備模塊化設計，便于日常維護。在投入工作同時不產生較大電流以免對廠用供電系統造成沖擊，裝置應具有故障隔離能力，在抗晃電裝置自身出現故障時不能影響到給煤機變頻器的正常運行。在電網電壓正常時不干擾給煤機變頻器正常運行，同時確保在電網電壓跌落時給煤機變頻器平穩運行，輸出恒定的轉速。因運行人員正常操作啟停輔機或鍋爐MFT動作導致給煤機變頻器聯跳時抗晃電裝置應退出運行。

3.4 電網取能型變頻器抗晃電技術的優缺點

優點：利用電氣系統殘壓經過整流提高直流輸出電壓，滿足變頻器直流母線電壓及控制系統電壓要求，維持變頻器在一定時間內正常運行，不需要另外安裝直流電池進行支撐。并且控制電源由本裝置提供，無需單獨配置UPS。具有投資小、可靠性高、維護方便等特點。缺點：只能在給煤機等小功率電氣設備使用，否則將會使系統殘壓降得更低，引起大面積停電。

4.結語

伴隨化工企業的高質量發展，對于電氣設備的可靠性要求也隨之提高，但是由于局部的控制技術或者控制設備還不是太成熟，因電力系統電壓波動導致的電氣設備的停機故障時有發生，這嚴重影響化工企業的長周期穩定運行。抗晃電技術在化工企業配電系統中的有效運用，可以有效地推動化工企業電氣設備的工作效率的提升，從而降低化工企業的經營成本，有利于企業的可持續發展。加強對抗晃電技術的理論研究，對于其推廣應用具有深遠意義。