防晃電技術(shù)在鋼鐵企業(yè)能源廠的應(yīng)用探討

林繼承+趙暉+汪巖青

摘要本文介紹了電網(wǎng)系統(tǒng)晃電對(duì)鋼鐵廠能源生產(chǎn)的影響，探討了380v及以下動(dòng)力電源幾種防晃電技術(shù)并介紹其在鋼鐵企業(yè)能源廠的應(yīng)用，為解決晃電造成的電動(dòng)機(jī)跳機(jī)提供參考。

關(guān)鍵詞晃電；交流接觸器；UPS；雙電源切換

1晃電現(xiàn)象及其影響

鋼鐵企業(yè)能源廠主要擔(dān)負(fù)著煉鐵軋鋼系統(tǒng)水、電、風(fēng)、氣等能源介質(zhì)供應(yīng)，其介質(zhì)的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)直接關(guān)系到鋼鐵生產(chǎn)的質(zhì)量及生產(chǎn)安全，因此生產(chǎn)中許多低壓電動(dòng)機(jī)在工藝流程上是不允許跳閘停機(jī)的，一旦跳機(jī)，輕則介質(zhì)壓力降低，無法滿足煉鐵軋鋼需求，形成廢品，嚴(yán)重的將會(huì)造成介質(zhì)斷供，煉鐵軋鋼停產(chǎn)，甚至設(shè)備事故，給企業(yè)造成很大的損失。鋼鐵企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)在運(yùn)行中存在很多不穩(wěn)定因素（例如大負(fù)荷設(shè)備啟動(dòng)沖擊、設(shè)備短路事故等），很容易對(duì)系統(tǒng)電壓產(chǎn)生影響，使內(nèi)部電網(wǎng)電壓降低幅度過大或短時(shí)中斷后又恢復(fù)正常供電，導(dǎo)致能源廠大量風(fēng)機(jī)、水泵等電動(dòng)機(jī)跳機(jī)，水、風(fēng)、氣等介質(zhì)系統(tǒng)壓力降低或消失，影響正常的鋼鐵生產(chǎn)，造成生產(chǎn)損失。防晃電技術(shù)的應(yīng)用將提高電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性?；坞娨话闶侵鸽娏ο到y(tǒng)在運(yùn)行中，由于雷電波侵入、設(shè)備短路事故、電廠發(fā)電機(jī)故障、電網(wǎng)系統(tǒng)故障、大負(fù)荷設(shè)備直接起動(dòng)等原因，造成系統(tǒng)電壓瞬間大幅度升降或者短時(shí)斷電又恢復(fù)正常的現(xiàn)象。對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行產(chǎn)生影響的晃電現(xiàn)象主要有以下幾種：1）電壓驟降、驟升，持續(xù)一般在1min之內(nèi)，電壓上升或下降至正常額定電壓的110%～180%或10%～90%范圍之內(nèi)；2）電壓閃變，電壓幅值在短時(shí)內(nèi)的隨機(jī)變化；3）短時(shí)斷電，一般持續(xù)時(shí)間在3s內(nèi)的短時(shí)供電中斷。鋼鐵能源廠電網(wǎng)系統(tǒng)晃電中電壓驟降和電壓短時(shí)中斷占大部分，當(dāng)工作電壓短時(shí)中斷或跌幅超過15%時(shí)，容易引起控制電機(jī)的交流接觸器吸合電壓不足而跳電，其控制的拖動(dòng)電機(jī)就會(huì)跳機(jī)。同時(shí)晃電過程中如果電壓降低幅度較大，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)由于欠壓運(yùn)行而過電流，使電機(jī)熱繼電器保護(hù)動(dòng)作，電機(jī)跳機(jī)。在電機(jī)運(yùn)行由變頻器調(diào)節(jié)的情況時(shí)，系統(tǒng)晃電可能使變頻器由于過壓、失壓和瞬間停電等保護(hù)而停止運(yùn)行。

2幾種防晃電技術(shù)及其應(yīng)用探討

2.1應(yīng)用防晃電交流接觸器

防晃電交流接觸器一般用于低壓交流電力系統(tǒng)中控制生產(chǎn)拖動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行，在供電系統(tǒng)電壓發(fā)生晃電時(shí)可以保持接觸器不脫扣，防晃電接觸器一般不需要輔助工作電源或機(jī)械裝置，正常的接通分?jǐn)嗖僮髋c傳統(tǒng)接觸器相同，系統(tǒng)故障時(shí)能夠躲過晃電實(shí)現(xiàn)不停機(jī)的目的。防晃電交流接觸器在構(gòu)造上比常規(guī)接觸器增設(shè)了一個(gè)延時(shí)控制器，系統(tǒng)電壓正常時(shí)，控制器處于儲(chǔ)能備用狀態(tài)，此時(shí)防晃接觸器的起停控制與常規(guī)接觸器相同，電網(wǎng)系統(tǒng)晃電時(shí)，延時(shí)控制器立刻轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，釋放內(nèi)部?jī)?chǔ)能在一定時(shí)間內(nèi)來保持接觸器持續(xù)吸合，防止交流接觸器跳閘電機(jī)停止運(yùn)行。防晃接觸器保持不脫扣時(shí)間一般在0～3s內(nèi)可以調(diào)整。防晃交流接觸器接線原理圖如圖1所示。

FS防晃電交流接觸器適合于低壓水泵電機(jī)及高爐鼓風(fēng)機(jī)輔助油泵等電機(jī)的控制，控制電機(jī)容量相對(duì)較大，不需斷電自啟動(dòng)，較長(zhǎng)時(shí)間欠壓運(yùn)行易造成過流過熱動(dòng)作。若是進(jìn)行技術(shù)改造，改造費(fèi)用相對(duì)不高，本人所在廠供水低壓水泵電機(jī)及高爐鼓風(fēng)機(jī)輔助電機(jī)進(jìn)行防晃電改造后，已多次成功躲過系統(tǒng)晃電影響。但是防晃電交流接觸器具有晃電時(shí)間限制，最長(zhǎng)時(shí)間為3s，晃電超過限定時(shí)間電動(dòng)機(jī)仍會(huì)跳機(jī)，并且改造時(shí)需改變控制電路，增加一條充放電回路。若供電系統(tǒng)穩(wěn)定，晃電時(shí)間較短，或控制的電動(dòng)機(jī)對(duì)跳機(jī)要求不很嚴(yán)格，防晃電交流接觸器能較好的滿足生產(chǎn)需求。

2.2采用UPS控制電源配合主回路雙電源切換

UPS為不間斷電源設(shè)備，一般為兩相AC220V或3相AC380V，它可以在系統(tǒng)停電之后繼續(xù)提供工作電源，同時(shí)可以消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量，提供高質(zhì)量的電源。UPS電源現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于：工業(yè)、通訊、計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)等領(lǐng)域。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的日益推廣，能源中心模式下的鋼鐵企業(yè)能源廠生產(chǎn)房所自動(dòng)化程度不斷提高，基于PLC現(xiàn)場(chǎng)控制的遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人值守房所己成為一種趨勢(shì)，為保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，房所內(nèi)均配置UPS為現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)、可靠的控制電源。能源中心下的煤氣加壓站存在較多的煤氣調(diào)節(jié)閥門，加壓機(jī)前調(diào)節(jié)閥、加壓站回流閥、混合站調(diào)節(jié)閥等，在線調(diào)節(jié)各種煤氣的供應(yīng)，我廠煤氣調(diào)節(jié)閥操作機(jī)構(gòu)使用的是一種液壓操作機(jī)構(gòu)“電油機(jī)”，它是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的油泵液壓系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般為1.2kW。加壓站母管回流閥電油機(jī)操作油壓同加壓站所有加壓機(jī)的運(yùn)行存在聯(lián)鎖，因此電油機(jī)電機(jī)的連續(xù)安全運(yùn)行極為重要，系統(tǒng)晃電不能影響閥門調(diào)節(jié)。對(duì)此類負(fù)荷的防晃電可以利用房所內(nèi)部現(xiàn)有的UPS資源，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)配備的UPS一般為二相，不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載電機(jī)，但可將電動(dòng)機(jī)的控制回路改為UPS電源，這樣系統(tǒng)晃電時(shí)不影響控制回路，電機(jī)不會(huì)跳閘。如果系統(tǒng)跳電，電機(jī)仍會(huì)停機(jī)，控制回路不跳，需要人為進(jìn)行停機(jī)操作，否則來電時(shí)電機(jī)會(huì)自啟動(dòng)。為解決這個(gè)缺陷，可以提高主回路供電的可靠性，采用兩路電源雙電源自動(dòng)切換為負(fù)載電機(jī)主回路供電，雙電源切換裝置后可以設(shè)饋出母線，為多臺(tái)電機(jī)供電，系統(tǒng)接線方式如圖2所示。

筆者所在能源廠煤氣加壓站調(diào)節(jié)閥驅(qū)動(dòng)電機(jī)均進(jìn)行了上述改造，生產(chǎn)中系統(tǒng)晃電時(shí)設(shè)備均能正常運(yùn)行。這種防晃電方式利用現(xiàn)有資源，投資不高，但在房所全部停電時(shí)需要人為進(jìn)行停機(jī)操作，否則來電時(shí)電機(jī)會(huì)自啟動(dòng)，而房所全部停電現(xiàn)象是極少發(fā)生的。在工作線路停電或欠壓15%以上時(shí)，雙電源切換動(dòng)作，負(fù)載供電有一個(gè)短時(shí)斷電現(xiàn)象，負(fù)載有波動(dòng)現(xiàn)象，WHK雙電源切換裝置手動(dòng)切換時(shí)間基本上100mS以內(nèi)，自動(dòng)切換將增加判斷、延時(shí)環(huán)節(jié)切換時(shí)間為1s左右，基本不會(huì)影響閥門操作及控制連鎖，若不能滿足控制要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)還可以增加短暫連鎖延時(shí)躲過波動(dòng)。對(duì)于斷電重啟及瞬間斷電要求不是很嚴(yán)格的電動(dòng)機(jī)上述供電、控制方法是較好的防晃電方式。

2.3采用三相UPS供電

UPS穩(wěn)定、可靠的電源品質(zhì)已無需多說，理論上采用三相UPS供電作為防晃電手段是比較理想的，但在實(shí)際應(yīng)用中還要考慮其他因素。首先三相UPS供電投資較高，而且UPS目前使用以工業(yè)DCS系統(tǒng)、通訊、郵電系統(tǒng)為主，直接為電機(jī)供電的情況不多。為避免電機(jī)啟動(dòng)對(duì)UPS的沖擊，用UPS為電動(dòng)機(jī)供電每臺(tái)電動(dòng)機(jī)應(yīng)增加一臺(tái)軟啟裝置，且要將電動(dòng)機(jī)的控制回路與主回路進(jìn)行變更，增加對(duì)軟啟裝置的控制，改造量較大。如不采用軟啟裝置，UPS容量選取應(yīng)躲開電機(jī)的啟動(dòng)電流，直接啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電流是額定電流的7-10倍，UPS的容量將造成較大的浪費(fèi)，并且長(zhǎng)期的電機(jī)啟動(dòng)對(duì)UPS的沖擊將影響使用性能。UPS的主要優(yōu)點(diǎn)是在系統(tǒng)停電時(shí)能在一定的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)為負(fù)載供電，但其對(duì)工作環(huán)境要求較高，抗過載及抗故障的能力較弱，單臺(tái)UPS若為多臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，在其饋線回路中如發(fā)生短路事故，可能導(dǎo)致UPS停機(jī)，影響所帶的其他負(fù)載運(yùn)行。

3結(jié)論

本文討論的幾種防晃電措施各有特點(diǎn)，分別適應(yīng)不同的情況，均能起到較好的防晃效果。應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)要保護(hù)的設(shè)備對(duì)防晃電技術(shù)要求進(jìn)行選擇，同時(shí)考慮設(shè)備在生產(chǎn)工藝中的重要程度，做到滿足防晃電要求，減小晃電對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定的影響，又要考慮合理的費(fèi)用，避免過度投資。鑒于目前生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化集成越來越普遍，防晃電技術(shù)還可以同自動(dòng)控制系統(tǒng)配合，在不影響生產(chǎn)、設(shè)備安全的情況下，將聯(lián)鎖時(shí)間控制躲過晃電過程，也可以較好的保護(hù)生產(chǎn)主設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。