安科瑞 鮑靜君

　　摘要：為了避免化工企業(yè)電力系統(tǒng)在遭遇雷擊或線路故障時(shí)，發(fā)生“晃電”現(xiàn)象，影響化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合抗晃電技術(shù)的應(yīng)用，解決化工企業(yè)電力系統(tǒng)在發(fā)生“晃電”現(xiàn)象時(shí)，電壓暫降/驟降，使用電設(shè)備停止工作、引起所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量下降、嚴(yán)重時(shí)引起生產(chǎn)系統(tǒng)停車一系列問題，以保證化工企業(yè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，安全生產(chǎn)，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；晃電；抗晃電

　　0引言

　　“晃電”現(xiàn)象是化工企業(yè)電力系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，會引起瞬間斷電或電壓驟降。“晃電”現(xiàn)象影響化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行，對化工企業(yè)安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。本文通過對“晃電”產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)、危害等分析，結(jié)合我公司化工生產(chǎn)的特點(diǎn)及抗晃電技術(shù)的應(yīng)用，為其他化工企業(yè)解決晃電故障提供技術(shù)方面的參考。

　　1晃電的概念

　　電壓值降至標(biāo)稱值的10％至90％稱為電壓暫降/驟降，持續(xù)時(shí)間為10ms至1min（典型持續(xù)時(shí)間為10～600ms）的電能質(zhì)量事件之一。電壓暫降如果比較嚴(yán)重，將使用電設(shè)備停止運(yùn)行，或引起所生產(chǎn)系統(tǒng)紊亂和癱瘓，或?qū)е律a(chǎn)系統(tǒng)非計(jì)劃停車。

　　引起電壓暫降的原因大體可分為三類，一類是電力系統(tǒng)原因：當(dāng)輸配電系統(tǒng)發(fā)生短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動、開關(guān)操作、變頻器以及電容組的投切等事件；二類是自然原因：雷擊、暴雨、暴雪等；三類是無法預(yù)料的偶然因素：人為操作失誤、建筑施工造成輸電系統(tǒng)損壞等等。其中，引起電壓暫降的主要原因是短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動和雷擊。保護(hù)裝置會因雷擊時(shí)造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹姸l(fā)生動作，導(dǎo)致供電電壓暫降。這種暫降波及范圍廣，持續(xù)時(shí)間大于100ms；電機(jī)全電壓啟動時(shí)，需要從電源汲取的電流值為滿負(fù)荷時(shí)的500％～800％，這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時(shí)，將會引起電壓突然下降；短路故障可能會引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落，化工生產(chǎn)過程中對電壓的電氣設(shè)備的正常工作會受此影響，發(fā)生生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓停車，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

　　2有關(guān)電壓驟降之國際標(biāo)準(zhǔn)

　　國際電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）將電壓暫降定義為供電電壓值下降到額定值的90％～10％，持續(xù)時(shí)間為10ms～1min；國際電工委員會（IEC）將其定義為下降至額定值90％～1％，持續(xù)時(shí)間為10ms～1min。兩大主流對于電壓驟降的定義與規(guī)范基本一致，都屬于電壓驟降的定義范圍。

　　3晃電的成因

　　導(dǎo)致晃電現(xiàn)象的原因是多方面的，比如說：突如其來的雷擊；外界物體的接觸；疾風(fēng)及其他自然環(huán)境影響導(dǎo)致的線路故障；備用電源切換故障所引發(fā)的現(xiàn)象等。所有這些故障會引起電力設(shè)備瞬間斷電或電壓突然下降，目前，仍是電力系統(tǒng)無法*避免的，不能解決的難點(diǎn)，晃電現(xiàn)象發(fā)生概率遠(yuǎn)高于*停電。

　　4晃電的特點(diǎn)

　　一是突發(fā)性，無法事先預(yù)知；二是短暫性，維持時(shí)間只有僅僅1～2ｓ，甚至到幾百微妙。雖然發(fā)生時(shí)間短，但卻后果嚴(yán)重。

　　5晃電的危害

　　“晃電”發(fā)生時(shí)，由于電壓的降低，電機(jī)運(yùn)行電流變大，易引起電氣設(shè)備發(fā)熱，造成設(shè)備故障，同時(shí)會使接觸器釋放，從而造成大量電動機(jī)的跳機(jī)；在使用變頻器控制的場合在電源“晃電”比較嚴(yán)重時(shí)，會觸發(fā)變頻器低壓保護(hù)動作，設(shè)備停止運(yùn)行，生產(chǎn)裝置安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。大部分的低壓電動機(jī)是由接觸器控制，普通接觸器會因供電系統(tǒng)的短暫失壓工作在臨界釋放區(qū)或者立即釋放。通常當(dāng)電壓低于線圈額定電壓的50％，時(shí)間超過一個(gè)周期時(shí)接觸器釋放；當(dāng)電壓低于額定電壓80％，持續(xù)五個(gè)周期時(shí)接觸器也會釋放?；坞娺^后，電動機(jī)失電停止運(yùn)轉(zhuǎn)。母線恢復(fù)正常后，需要人工去逐臺恢復(fù)開啟，浪費(fèi)大量的時(shí)間，使得生產(chǎn)被迫中止。這種現(xiàn)象尤其是對連續(xù)性、不間斷生產(chǎn)系統(tǒng)，造成嚴(yán)重?fù)p害。

　　我公司作為苯酐（鄰苯二甲酸酐）生產(chǎn)的化工企業(yè)，深受“晃電”威脅。由于我公司苯酐生產(chǎn)系統(tǒng)安裝使用了SIS系統(tǒng)（Safety Instrumented System安全儀表系統(tǒng)），一旦遭受“晃電”影響，不允許停頓設(shè)備（2臺變頻熔鹽泵）發(fā)生停頓并且觸發(fā)SIS連鎖，從而導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓，裝置停車。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全年因雷雨天造成“晃電”導(dǎo)致苯酐停車事故高達(dá)7起，給公司造成約150萬元的損失。

　　6抗晃電技術(shù)的應(yīng)用

　　6.1概念

　　抗晃電技術(shù)，旨在防止電源電壓發(fā)生晃電時(shí)暫時(shí)跌落或者消失，一般維持在很短的時(shí)間內(nèi)，讓電源電壓不會出現(xiàn)間斷，設(shè)備持續(xù)運(yùn)行的技術(shù)。這種技術(shù)應(yīng)用于化工企業(yè)生產(chǎn)過程設(shè)備，這些設(shè)備易受到電壓暫降的影響，因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)任何一個(gè)元件由于電源出現(xiàn)問題都會使整個(gè)流程停止運(yùn)轉(zhuǎn)。常受電壓暫降影響的重要設(shè)備有可編程邏輯控制器（PLC）、可調(diào)速驅(qū)動裝置、冷卻裝置控制、機(jī)械裝置、直流電機(jī)驅(qū)動等。

　　6.2主要技術(shù)

　　針對晃電突發(fā)性、短暫性特點(diǎn)，現(xiàn)介紹以下抗晃電技術(shù)進(jìn)行交流探討：

　　6.2.1 分批自啟動技術(shù)

　　分批自啟動技術(shù)是通過斷電延時(shí)時(shí)間繼電器來實(shí)現(xiàn)的，時(shí)間繼電器因?yàn)槭щ姸訒r(shí)斷開，電壓在整定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，電動機(jī)啟動回路因時(shí)間繼電器的延時(shí)觸點(diǎn)而接通，電機(jī)重新二次啟動。

　　缺點(diǎn)：控制線路太過繁瑣，時(shí)間同步很難做到，只能控制單臺設(shè)備，針對我們公司生產(chǎn)裝置，并不適用。

　　6.2.2 PLC控制分批自啟動

　　電動機(jī)順序控制啟動系統(tǒng)的核心是一套穩(wěn)定可靠的PLC（可編程控制器），在系統(tǒng)運(yùn)行前，整個(gè)系統(tǒng)的控制邏輯是已輸入至PLC的CPU模塊的RAM存儲區(qū)，PLC失電后程序和數(shù)據(jù)的記憶由一粒3.6V的鋰電池維持。該系統(tǒng)可對電動機(jī)在發(fā)生“晃電”恢復(fù)后，按照設(shè)定程序?qū)Ρ豢仉妱訖C(jī)群分批次按排序?qū)崿F(xiàn)連續(xù)自動快速二次啟動。

　　母線電壓被電壓變送器轉(zhuǎn)換為直流信號，輸入單元將直流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送給CPU模塊進(jìn)行比較計(jì)算，判定電壓是否異常。母線電壓和電動機(jī)狀態(tài)被控制單元采集完成后進(jìn)行邏輯分析判斷，接受操作指令，各電機(jī)啟動命令順序輸出，執(zhí)行單元接受控制單元指令，執(zhí)行順序啟動電機(jī)指令。

　　此系統(tǒng)維護(hù)操作可靠方便，主要應(yīng)用在電動機(jī)負(fù)荷較集中的變電所，對于電動機(jī)負(fù)荷較分散的變電所，成本較高，根據(jù)分析，針對公司苯酐生產(chǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)，不適用。

　　6.2.3 節(jié)能型交流接觸器應(yīng)用

　　節(jié)能型交流接觸器能夠在85％～110％Ue的額定電壓值吸合，在20～75%Ue的額定電壓值釋放，能避免部分電壓下降產(chǎn)生的晃電影響。但對于電源在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生中斷的情況無濟(jì)于事，所以在抗晃電功能上并未廣泛應(yīng)用。

　　6.2.4 MUPS

　　MUPS型電動機(jī)不間斷電源是低壓電動機(jī)群的不間斷電源系統(tǒng)。適用于連續(xù)生產(chǎn)的化工生產(chǎn)工藝裝置。當(dāng)主電源失電后，MUPS將確保關(guān)鍵電動機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行使生產(chǎn)過程中有時(shí)間緊急處理、安全停車或繼續(xù)運(yùn)行。

　　MUPS在電網(wǎng)發(fā)生晃電時(shí)給變頻器直流母線提供補(bǔ)償電壓，保證其電壓不會發(fā)生瞬間跌落或者消失，變頻器正常運(yùn)行免受影響。原理簡圖如下所示。

　　我們通常使用變頻器的本身都具有捕捉再啟動、斷電后自動啟動及故障后自動再啟動功能，這些功能進(jìn)行調(diào)節(jié)控制電動機(jī)，而不加裝MUPS，我們公司苯酐生產(chǎn)裝置設(shè)備熔鹽泵本身已經(jīng)加裝變頻器，已具備此功能，所以沒有必要加裝MUPS。

　　6.2.5 抗晃電自控技術(shù)

　　1）針對公司苯酐生產(chǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)，經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)研究決定，采用直流電源結(jié)合PLC、通訊模塊、檢測元件、保護(hù)元件等組成一套完備的抗晃電自控系統(tǒng)，如圖1、2所示。

圖 1  抗晃電自控系統(tǒng)示意圖

圖 2  變頻抗晃電直流電源系統(tǒng)示意圖

　　2）控制過程：變頻器由在線互動式直流電源負(fù)責(zé)提供補(bǔ)償電源，正常情況下直流電源通過控制系統(tǒng)給變頻器直流母線提供熱備電源，直流電源控制系統(tǒng)只能單向給變頻器提供電源，變頻器直流電源不能反向供電。直流電源系統(tǒng)配有一組免維護(hù)蓄電池，確保晃電電壓跌落時(shí)變頻器直流電壓保持不變，使得正在運(yùn)行的變頻器晃電時(shí)繼續(xù)運(yùn)行。在系統(tǒng)供電母線端取一路電源連接到智能晃電檢測控制器及電壓變送器。由晃電控制器檢測出晃電現(xiàn)象，并輸出信號至PLC，發(fā)出晃電報(bào)警?；坞娍刂破骺筛鶕?jù)實(shí)際情況設(shè)定“晃電”允許時(shí)間Tm（1.1～3.0S）。由電壓變送器檢測母線電壓，并輸出信號至PLC，PLC對采集到的信號實(shí)時(shí)進(jìn)行分析判斷電網(wǎng)是否停電，如停電發(fā)出信號斷開直流輸出電源。

　　3）電機(jī)再啟動實(shí)現(xiàn)。在原電機(jī)控制柜內(nèi)變頻器直流母線端，通過電纜將熱備直流電源引至變頻器直流端子。直流供電控制系統(tǒng)，確保晃電時(shí)變頻器可繼續(xù)運(yùn)行。由變頻器進(jìn)線接觸器新增1對常開輔助節(jié)點(diǎn)引至端子，再通過電纜連接到PLC控制系統(tǒng)，作為晃電系統(tǒng)反饋運(yùn)行狀態(tài)信號。

　　6.3 實(shí)際應(yīng)用

　　圖3為我公司安裝使用抗晃電自控技術(shù)后發(fā)生晃電時(shí)系統(tǒng)工作記錄。當(dāng)我公司苯酐裝置正常運(yùn)行電機(jī)遭遇“晃電”時(shí)，不允許停頓設(shè)備（2臺變頻熔鹽泵），用直流不間斷電源給變頻補(bǔ)償電源，確保在晃電欠壓出現(xiàn)時(shí)變頻器仍能繼續(xù)運(yùn)行，電機(jī)在規(guī)定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證監(jiān)控電流繼電器不動作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不會觸發(fā)SIS系統(tǒng)（Safety Instrumented System安全儀表系統(tǒng)），從而保障裝置不跳車。自2018年4月份苯酐抗晃電系統(tǒng)完成后，夏季遭受雷電沖擊3次，上級變電站重合閘1次，均未對苯酐生產(chǎn)系統(tǒng)造成影響，直接為公司挽回約88萬元的損失，此次抗晃電技術(shù)的成功應(yīng)用避免了我公司苯酐生產(chǎn)系統(tǒng)在遭遇“晃電”時(shí)造成的停車。

圖 3  抗晃電系統(tǒng)的工作記錄

　　7安科瑞智能電動機(jī)保護(hù)器介紹

　　7.1產(chǎn)品介紹

　　智能電動機(jī)保護(hù)器(以下簡稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對電動機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　7.2技術(shù)參數(shù)

　　7.2.1數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)器

　　7.2.2模塊式電動機(jī)保護(hù)器

　　7.3產(chǎn)品選型

　　說明：“√”表示具備，“■”表示可選。

　　8結(jié)束語

　　電力系統(tǒng)一旦發(fā)生“晃電”現(xiàn)象，大多會導(dǎo)致化工生產(chǎn)裝置局部停車或整體停車，從而引起生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓，給企業(yè)帶來重大的損失，本文介紹的幾種抗晃電技術(shù)希望能夠?yàn)椴煌愋筒煌攸c(diǎn)化工企業(yè)在解決“晃電”問題時(shí)提供技術(shù)方面的參考，避免或者減少“晃電”造成的危害及損失。