淺談抗晃電措施在企業(yè)中的應用

中國石化中原石油化工有限責任公司 高 嵩

雷擊、短路或其他原因會引起電力系統(tǒng)電壓波動、閃變或短時中斷，俗稱“晃電”。企業(yè)發(fā)生晃電是由多種原因引起的，比如外部電源輸電線路發(fā)生瞬時性短路故障時重合閘動作、企業(yè)內(nèi)部繼電保護裝置切除變電所進線電纜短路故障后備用電源投入的過程、大功率的電動機啟動等?；坞姇绊憦S用敏感負荷的正常工作，如交流接觸器控制的低壓電動機、變頻器等，為生產(chǎn)裝置的連續(xù)運行帶來極其不利的影響，嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文從企業(yè)發(fā)生晃電的原因及抗晃電措施的實現(xiàn)原理出發(fā)，給出了電源側(cè)及負荷側(cè)抗晃電措施的合理應用建議。

1 供配電系統(tǒng)抗晃電措施

1.1 企業(yè)總降壓站使用快切裝置

企業(yè)發(fā)生晃電，多數(shù)是外部供電線路瞬時故障重合閘過渡過程，或上級變電站設備故障引起的，是不可避免的，對于企業(yè)而言，總降壓變電站供電的可靠性顯得尤為重要，對于單母線分段運行方式的變電所，可在總降壓變電站裝設快切裝置，例如110kV 站，其相對于傳統(tǒng)的備自投裝置而言，備用電源投切的時間更快，若使用傳統(tǒng)的備自投裝置，110kV 備用電源投入的時間一般為1s，而快切裝置啟動后實時跟蹤判斷兩路電源的相角差、頻差可實現(xiàn)理想的快速切換和同期捕捉切換，切換時間為啟動方式延時和母聯(lián)合閘時間之和。

根據(jù)統(tǒng)計，某石化廠快切裝置自投用以來動作成功率100%，動作時間為100～400ms，可最大限度縮短電壓暫降時間，減少晃電對生產(chǎn)裝置的影響。可使用金智公司的MFC5103AF 快切裝置，該設備在眾多石化企業(yè)中的應用效果較好，并且具備帶發(fā)電機切換功能，其動作邏輯和實際的功能、參數(shù)設置如圖1所示[1]。

圖1 MFC5103AF 快切裝置邏輯圖

1.2 線路差動保護加速備自投

若從總降壓站至各個裝置的6kV 或10kV 中壓變電所進線電纜發(fā)生兩相或三相短路故障時，差動保護作為主保護聯(lián)跳上下側(cè)開關，6kV 或10kV 中壓變電站備自投裝置動作，但備自投一般都有較大的延時，造成電壓暫降時間較長，鑒于此，可通過在微機綜保備自投邏輯中引入差動保護動作加速自投功能，時間設定為0s，當線路主保護動作跳開雙側(cè)開關后，0s 實現(xiàn)備用電源投入，最大限度縮短故障相低電壓的持續(xù)時間，減少故障進線所帶母線段上電動機的失電時間。

1.3 使用無功補償裝置減少大功率電動機啟動時母線壓降

廠用大功率電動機全壓啟動時勢必會造成母線電壓下降，影響同一母線上其他正常設備的運行，在電機啟動瞬間同時投入適量的無功補償裝置，且起啟動束后自動退出可解決此問題，其原理是利用電容器產(chǎn)生的容性電流對大電機啟動時較大的感性電流進行補償，減少電機的啟動電流和母線壓降。以某石化廠聚乙烯裝置額定電壓6kV、額定功率為4000kW 的MY-7001為例，若該電機直接啟動（啟動電流倍數(shù)按6倍）6kV 母線電壓下跌為5.31kV，若使用電容器組（容量為8600Kvar）自動投切啟動，根據(jù)實際監(jiān)測啟動電流倍數(shù)為2.4倍、母線電壓5.82kV，補償壓降效果顯著。

無功補償裝置在電機啟動過程中自動投切的實現(xiàn)方法：將電動機回路的斷路器常開輔助接點和工作位輔助接點串接在補償裝置開關柜合閘回路，電機啟動時補償裝置開關柜合閘，自動投入補償電容器組，啟動結(jié)束后依靠時間繼電器延時接通分閘線圈，補償電容器組退出，時間繼電器的延時時間應與電機實際啟動時間相吻合，電容器的補償容量的選擇可通過查閱相關資料而得，本文不再贅述。

2 低壓電動機的抗晃電措施

2.1 使用再啟動控制器

使用再啟動控制器或者分批再啟動柜抗晃電，簡單易行，但是會造成晃電時電動機短時中斷，兩者抗晃電原理上是相同的，都是通過檢測母線電壓與開關柜接觸器輔助接點綜合判斷晃電的發(fā)生，來電后經(jīng)過設定的延時時間輸出自啟動信號，使接觸器重新吸合。目前，可使用的再啟動控制器的型號有沈陽大陸DLA20111-C、亞特爾AIX-3B、上海邦浦FS-ZD 等。

2.2 使用動態(tài)電壓恢復裝置（DVR）

動態(tài)電壓恢復裝置（DVR），是近年來新興的技術，雖然在石化行業(yè)內(nèi)使用范圍并不廣泛，但可靠性比較高。如圖2所示，正常供電時，DVR 實時監(jiān)測電網(wǎng)電壓，儲能單元、逆變器處于熱備狀態(tài)，電網(wǎng)通過進出線開關和反并聯(lián)晶閘管向設備供電，同時通過逆變器將交流電變?yōu)橹绷麟妼Τ夒娙葸M行浮充電。晃電時電容釋放電能，經(jīng)逆變器后變?yōu)榻涣鬏敵?，產(chǎn)生三相補償電壓，此時控制單元觸發(fā)模塊向反并聯(lián)晶閘管施加反向電壓使其快速關斷，完成電源切換，保證了負載電壓、電流持續(xù)恒定沒有任何中斷。

圖2 動態(tài)電壓恢復裝置原理圖

DVR 的優(yōu)點是可實現(xiàn)晃電時用電設備不停機，能較好地解決關鍵機組的潤滑油泵主油泵晃停時DCS 聯(lián)鎖啟動備泵后因不上量導致停車的問題，多數(shù)企業(yè)的應用效果較好，起到了一定的抗電壓波動效果。

2.3 使用電氣互切

電氣互切是傳統(tǒng)的方法，可實現(xiàn)立即再啟動和基于時間繼電器的延時再啟動。前者是將對方接觸器的輔助常閉接點接入本開關柜的自動位合閘回路，備機操作柱打至自動，主機晃停時，備機立即再啟動。后者延時再啟動實現(xiàn)原理如圖3所示，以某企業(yè)的開工鍋爐泵為例，KA1，KA2分別為GB902C2和GB902C1電機的運行狀態(tài)接點，假設GB902C2電機正在運行，GB902C1電機為熱備狀態(tài)，現(xiàn)場操作箱轉(zhuǎn)換開關應打至SA1位，此時KA1接點斷開，K1接點閉合，若GB902C2晃電時停運，KA1接點閉合，通電延時時間繼電器KT1得電，其輔助觸點KT1延時閉合，K1線圈得電保持，GB902C1實現(xiàn)自啟動。

圖3 基于時間繼電器的電氣互切原理圖

2.4 使用斷電延時時間繼電器或氣囊式模塊

斷電延時繼電器和氣囊式延時模塊，可靠性較高，但只能實現(xiàn)晃電后立即再啟動，不能實現(xiàn)多批次的再啟動。對于前者，當電壓暫降小于時間繼電器設定的斷電延時時間，則來電后電機立即再啟動，反之，不再重新啟動。氣囊式延時模塊是利用空氣阻尼作用實現(xiàn)延時的，可通過調(diào)整進氣孔的大小實現(xiàn)延時的調(diào)整，使用氣囊式延時模塊的延時斷開接點作為接觸器的自保持接點，晃電時接觸器線圈失電，自保持接點按設定的時間延時斷開，若晃電時間小于設定時間，則來電后實現(xiàn)立即啟動，反之，不再重新啟動。

2.5 低壓微機綜保自啟動功能

近年來，隨著低壓綜保的廣泛使用，大多數(shù)綜保都搭配抗晃電功能，如華建LM 或HLM 的“立即再啟動”或“延時再啟動”，可分別單獨開啟，也可同時開啟，同時開啟可實現(xiàn)立即再啟動失敗后，自動進行延時再啟動；又如ABB M101、M102型號綜保，可根據(jù)需求開啟標準型自動重新啟動或增強型自動重新啟動功能。

3 低壓變頻器抗晃電措施

一是利用變頻器自身的動能緩沖技術。西門子定義為動能緩沖技術，ABB 定義為瞬間掉電不停機。當發(fā)生晃電時，若直流母線下降到動能緩沖激活閾值時，此時靠電動機及所帶的負載的高轉(zhuǎn)速及慣性形成再生能量維持直流母線的電壓，使之保持在設置的電壓水平上，使變頻器不停機，離心驅(qū)動（如風機）緩沖可達數(shù)秒，輕旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如水泵）緩沖可達100～200ms，減少晃電時停機的可能性。二是合理設置參數(shù)。比如開啟欠壓保護故障自動復位功能、開啟捕捉自啟動功能（為防止來電后自啟動過程中出現(xiàn)過流保護動作），實現(xiàn)來電后立即再啟動。

4 高壓電動機抗晃電措施

高壓電動機抗晃電通常通過調(diào)整三相低電壓保護動作時間實現(xiàn)，對于有再啟動要求的電機動作時間一般設置為3s，對于沒有再啟動要求的設置為0.5s，動作條件為三相同時低電壓且超過延時時限。裝備自投動作后也可實現(xiàn)再啟動。

5 合理應用

一是經(jīng)過大量的調(diào)研，使用再啟動控制器抗晃電的成功率并不是100%，主要有以下因素導致：大多數(shù)控制器由于設計原因安裝在開關柜內(nèi)，由于每個再啟動控制器的制造質(zhì)量不可能完全相同且使用工況不一，往往造成在元器件在使用壽命期內(nèi)失效且不易被發(fā)現(xiàn)，導致晃電時無法實現(xiàn)其功能；再者是經(jīng)過大量校驗，發(fā)現(xiàn)不同型號的再啟動繼電器若將再啟動延時時間設置相同，再啟動信號發(fā)出的時間存在不一致性，這樣會給變電所母線再啟動容量的校驗工作帶來較大干擾，因此筆者建議同一母線段的回路盡量使用同一型號的再啟動控制器。

二是要重視再啟動容量的配置。近年來，一些企業(yè)已經(jīng)發(fā)生過多次由于配置不合理，導致電機再啟動過程中拉胯母線電壓，導致其他正常負荷停運，因此筆者建議，對于低壓PC 控制中心，要準確校驗再啟動容量，合理分配每個批次的電機再啟動容量，以防止因某批次再啟動容量過大拉胯電壓，造成次生災害。對于6kV 系統(tǒng)，要考慮所有中高壓電機及低壓電機，校驗標準為無限大容量電源系統(tǒng)不頻繁電機群起時母線壓降不大于標稱電壓的15%[2]，若壓降超過限值，應采取措施，具體的措施有：大功率電動機根據(jù)所帶負載特性使用合理容量的補償電容器實現(xiàn)一對一再啟動補償，降低母線壓降，再者就是對現(xiàn)存的再啟動容量進行合理取舍。

三是要及時核對再啟動電流與保護定值之間的大小關系。隨著裝置不斷擴建，工藝要求的再啟動電機回路會越來越多，若盲目的增加，可能會造成再啟動過程中過流保護誤動作，因此要及時關注再啟動電流和各級繼電保護整定值之間的大小關系，防止再啟動電流過大造成繼電保護裝置誤動的事故發(fā)生。