化工企業(yè)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

呂隆壯 董桂成 張俊華 張汝山

（寧波萬(wàn)華聚氨酯有限公司，浙江 寧波 315812）

1 引言

隨著化學(xué)工業(yè)新工藝、新技術(shù)的發(fā)展，化工企業(yè)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高?；どa(chǎn)裝置的特點(diǎn)是高溫、高壓、工藝流程連續(xù)不間斷，且多為易燃易爆場(chǎng)合。一旦停電或控制不當(dāng)，即可能發(fā)生爆炸、火災(zāi)、有毒有害氣體泄漏、工藝設(shè)備報(bào)廢等嚴(yán)重后果，因此從事化工裝置電氣設(shè)計(jì)的中心任務(wù)是保證化工裝置電氣設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 化工企業(yè)變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題

供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性對(duì)化工裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要，規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的就是安全性、穩(wěn)定性、可靠性。雖然設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)這些問(wèn)題都有明確的要求，但一個(gè)項(xiàng)目往往受投資預(yù)算的影響，一旦資金有問(wèn)題，決策者往往首先想到的是壓縮電氣預(yù)算，而壓縮的結(jié)果是使設(shè)計(jì)方案和設(shè)備選型的安全性、穩(wěn)定性、可靠性大打折扣，這一點(diǎn)我想同行都有深刻的體會(huì)，且在國(guó)內(nèi)各大化工行業(yè)均有因供電系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性不佳而導(dǎo)致供電系統(tǒng)癱瘓致使化工裝置產(chǎn)生重大安全事故的案例，另外不同的設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)人員對(duì)規(guī)范的理解有所不同，其設(shè)計(jì)結(jié)果也會(huì)大不相同，有時(shí)即使符合了規(guī)范的要求，但并不等于設(shè)計(jì)方案的安全性、穩(wěn)定性和可靠性能夠滿足化工裝置的安全要求，作為化工裝置的使用者，業(yè)主如何協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)單位使設(shè)計(jì)成果既滿足規(guī)范的要求，又能使電氣設(shè)計(jì)方案的安全性、可靠性和穩(wěn)定性滿足化工裝置的實(shí)際需求，這需要業(yè)主設(shè)計(jì)代表充分掌握設(shè)計(jì)規(guī)范，有現(xiàn)場(chǎng)裝置運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，隨時(shí)掌握電氣行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展方向，要有責(zé)任心，全程參與設(shè)計(jì)過(guò)程，與設(shè)計(jì)人員充分溝通交流，就設(shè)計(jì)方案達(dá)成一致意見(jiàn)，這一點(diǎn)煙臺(tái)萬(wàn)華在一些項(xiàng)目建設(shè)上是這樣做的，且收到了良好的效果。對(duì)于不同的項(xiàng)目，因其規(guī)模、要求和條件各不相同，設(shè)計(jì)的結(jié)果也會(huì)差異很大，以下僅對(duì)有普遍意義的幾個(gè)要點(diǎn)談一下看法。

2.1 選擇合理的電壓等級(jí)

老化工企業(yè)傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)是低壓220/380V系統(tǒng)，中壓有6kV系統(tǒng)，再往上是35kV和110kV系統(tǒng)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外化工生產(chǎn)裝置正向著大型化發(fā)展，因大型化才能產(chǎn)生規(guī)模效益，這也使化工裝置電氣設(shè)備的容量越來(lái)越大，用電量也逐步加大，現(xiàn)在35kV等級(jí)的配電變壓器容量已經(jīng)做到50000kVA，并有進(jìn)一步大型化的要求，作為化工裝置的電氣設(shè)計(jì)人員如何順應(yīng)發(fā)展的要求，創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，選擇合適的電壓等級(jí)，節(jié)約設(shè)備及貴金屬投資，降低設(shè)備運(yùn)行損耗，提高電氣設(shè)備的安全性、可靠性和穩(wěn)定性是一個(gè)新課題。

（1）低壓動(dòng)力系統(tǒng)的電壓等級(jí)

設(shè)計(jì)過(guò)程中一般以 200kW為界線，200kW以上的電動(dòng)機(jī)用中壓，200kW以下的用低壓，傳統(tǒng)的低壓都用220/380V系統(tǒng)。近年來(lái)隨著化工裝置容量的增大，低壓電動(dòng)機(jī)向大型化方向發(fā)展，幾十kW至幾百kW的電動(dòng)機(jī)數(shù)量很多，用電量也很大，占到化工裝置用電量的50%以上。因化工裝置大都屬易燃易爆場(chǎng)合，MCC控制室設(shè)置在防爆區(qū)域外，供電線路較長(zhǎng)，電纜投資很大；且由于運(yùn)行電流大，致使控制部分及電氣設(shè)備接頭處易發(fā)熱燒壞，影響設(shè)備安全運(yùn)行；大電流運(yùn)行也使運(yùn)行損耗增加。所幸隨著近年來(lái)新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展，低壓控制設(shè)備如熔斷器、空氣斷路器、接觸器、熱繼電器、電動(dòng)機(jī)、電纜、低壓配電柜、變頻器、軟起動(dòng)器等電氣設(shè)備的絕緣能力等級(jí)均已提高，并有可供直接選擇的產(chǎn)品，這使對(duì)低壓電機(jī)數(shù)量多及容量大的情況選用380V/660V系統(tǒng)成為可能。因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)中對(duì)于低壓電機(jī)數(shù)量多且容量大的情況，可根據(jù)化工裝置的具體情況選用660V低壓供電方案，我公司寧波甲醛生產(chǎn)裝置在設(shè)計(jì)時(shí)選用了這種方案：?jiǎn)为?dú)選用了兩臺(tái)2000kVA 10kV/690V的變壓器為大容量低壓電動(dòng)機(jī)供電，低壓開(kāi)關(guān)柜、框架斷路器、空氣斷路器、接觸器、電動(dòng)機(jī)、變頻器等均采用660V電壓等級(jí)?？刂苹芈房紤]到與DCS的聯(lián)鎖及安全性，還是采用AC 220V，設(shè)計(jì)時(shí)在每個(gè)回路增加一個(gè)690V/220V的控制變壓器即可滿足要求。對(duì)小容量的電動(dòng)機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)照明、現(xiàn)場(chǎng)檢修電源等其他設(shè)備仍采用380V/220V供電系統(tǒng)，選用了兩臺(tái)1000kVA 10kV/380V供電。目前該裝置已運(yùn)行了4年，情況良好，沒(méi)有發(fā)生過(guò)絕緣擊穿等故障。在今后的大型項(xiàng)目中，我們也計(jì)劃將低壓供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)成660V和380V兩個(gè)系統(tǒng)，大容量電動(dòng)機(jī)的用電設(shè)計(jì)為660V，小容量電動(dòng)機(jī)及照明等設(shè)備用380V/220V系統(tǒng)。這樣一是可以節(jié)省貴金屬投資，二是因?yàn)?60V系統(tǒng)運(yùn)行電流減少使運(yùn)行損耗降低，而最重要的是提高了低壓系統(tǒng)的安全性及可靠性。

（2）高壓電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)

老化工企業(yè)高壓電機(jī)大都使用 6kV等級(jí)，因此中壓供電系統(tǒng)也是 6kV等級(jí)，隨著電氣設(shè)備制造業(yè)技術(shù)水平的提高，現(xiàn)在10kV電機(jī)的質(zhì)量是安全穩(wěn)定可靠的，因此建議使用10kV供電系統(tǒng)，并使用10kV高壓電動(dòng)機(jī)，逐步淘汰 6kV系統(tǒng)。我們寧波萬(wàn)華中壓系統(tǒng)全部采用10kV電機(jī)，其運(yùn)行情況良好。

使用10kV電機(jī)有一個(gè)缺陷就是對(duì)于需要變頻調(diào)節(jié)控制的電動(dòng)機(jī)，10kV變頻器的投資費(fèi)用高，前些年沒(méi)有10kV變頻器，現(xiàn)國(guó)內(nèi)和國(guó)際品牌都能生產(chǎn)10kV變頻器但價(jià)格較高。解決方案是對(duì)于2000kW以下電動(dòng)機(jī)可以將電壓降至3kV等級(jí)，對(duì)于3000kW以上的電動(dòng)機(jī)可選用6kV等級(jí)，這樣可以節(jié)約部分投資，我們有這方面的使用經(jīng)驗(yàn)。

（3）供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)選擇

對(duì)于供電系統(tǒng)電壓等級(jí)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓╇姉l件和化工裝置的容量進(jìn)行選擇。規(guī)范對(duì)于相應(yīng)電壓等級(jí)的供電半徑已有相關(guān)說(shuō)明，但最終還要將實(shí)際情況與規(guī)范相結(jié)合確定電壓等級(jí)，以下是選擇供電系統(tǒng)電壓等級(jí)的幾點(diǎn)建議：

1）如果用電容量在5萬(wàn)kVA以下，建議選用110kV直接進(jìn)線，通過(guò)變壓器直接變?yōu)?0kV供電。變電站盡量放在負(fù)荷中心，兩級(jí)變配電即可解決問(wèn)題，不要中間的35kV環(huán)節(jié)。

2）如果用電容量在5～10萬(wàn)kVA的情況，對(duì)于廠區(qū)面積不大且負(fù)荷集中也可以按上述方案處理，如果廠區(qū)面積很大，負(fù)荷分散，可以考慮增加35kV環(huán)節(jié)，這樣需要三級(jí)配電才能解決問(wèn)題。

3）對(duì)于超過(guò)10萬(wàn)kVA用電負(fù)荷的情況，如果有條件可選擇 220kV進(jìn)線，這種情況一般是特大型化工企業(yè)，建議也不要超過(guò)三級(jí)配電，盡量減少中間環(huán)節(jié)。

4）對(duì)于用電負(fù)荷較小的化工企業(yè)可直接使用10kV或35kV進(jìn)線，盡量用一級(jí)變電來(lái)滿足生產(chǎn)負(fù)荷。

總之，供電系統(tǒng)的電壓選擇就高不就低，盡量選擇高的電壓等級(jí)，以減少損耗，盡量減少變電的級(jí)數(shù)，以減少設(shè)備投資和變電過(guò)程中的損耗。規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要具體情況具體對(duì)待。

2.2 根據(jù)負(fù)荷等級(jí)確定供電方案

化工企業(yè)的用電負(fù)荷等級(jí)可以分為三類：①普通負(fù)荷，如辦公生活用電及一些不重要的負(fù)荷用電，這些負(fù)荷屬于三級(jí)負(fù)荷，一般選單電源供電即可滿足要求；②生產(chǎn)裝置的用電設(shè)備，停電時(shí)可使化工裝置停產(chǎn)或減產(chǎn)，這一類屬于二級(jí)負(fù)荷，化工企業(yè)大部分屬于這一類；③化工裝置中的重要設(shè)備，停電可造成裝置的損壞或設(shè)備報(bào)廢等，這其中還有部分設(shè)備特別重要，停電可致使有毒有害氣體泄漏，引起火災(zāi)或爆炸等危害，這后一類設(shè)備屬于一級(jí)負(fù)荷。有時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中很難區(qū)分一級(jí)負(fù)荷與二級(jí)負(fù)荷，事實(shí)上在化工企業(yè)區(qū)分一級(jí)負(fù)荷和二級(jí)負(fù)荷沒(méi)有實(shí)際意義，因?yàn)橹灰幸患?jí)負(fù)荷存在，就必須設(shè)計(jì)雙回路供電，而真正重要的是要將一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷確定下來(lái)，以確定備用電源的方式和容量。在總體方案上建議化工企業(yè)全部按照一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，因?yàn)殡m然二級(jí)負(fù)荷停電不會(huì)造成危險(xiǎn)，但化工裝置多為連續(xù)生產(chǎn)，停車后再開(kāi)車經(jīng)濟(jì)損失是很大的。對(duì)于化工裝置中特別重要的負(fù)荷，如果絕不允許停車，可選用蓄電池配備EPS電源或UPS電源解決。如果可以短時(shí)停電，可用快速起動(dòng)的發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

要引起設(shè)計(jì)人員充分注意的問(wèn)題是，雙回線供電不等于雙電源供電，因?yàn)樵S多情況下化工企業(yè)所處的供電區(qū)域內(nèi)只有一個(gè)區(qū)域供電所，這個(gè)供電所上側(cè)電源不一定是真正的雙電源，如果是兩個(gè)獨(dú)立的電源進(jìn)線才能算作雙電源。對(duì)于達(dá)不到兩個(gè)電源供電的情況怎樣處理，筆者認(rèn)為，大多數(shù)化工企業(yè)有自備熱電廠，而自備熱電廠的電機(jī)是掛在網(wǎng)上的，可以將自備熱電廠的發(fā)電機(jī)作為一個(gè)獨(dú)立電源對(duì)待。這樣處理的前提對(duì)于特別重要的負(fù)荷設(shè)置有應(yīng)急發(fā)電機(jī)。當(dāng)外部電源故障時(shí)熱電廠發(fā)電機(jī)為系統(tǒng)供電，當(dāng)外部電源和熱電廠發(fā)電機(jī)同時(shí)故障時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)為特別重要的負(fù)荷供電，可以保證裝置的安全。

化工企業(yè)典型的供電方案如圖1所示，不同電壓等級(jí)的兩段母線間均有母聯(lián)開(kāi)關(guān)，這是安全供電的重要保證。

2.3 繼電保護(hù)的配置

目前，微機(jī)保護(hù)裝置的安全性、可靠性是非常好的，廣泛應(yīng)用在各種電壓等級(jí)的變電站。規(guī)范對(duì)各種電壓等級(jí)的變電站的保護(hù)配置都有要求，在此不再贅述，只說(shuō)一下與化工企業(yè)供電的安全性、可靠性與穩(wěn)定性有關(guān)的兩點(diǎn)：

（1）關(guān)于電源進(jìn)線的自動(dòng)重合閘問(wèn)題

電源進(jìn)線大多數(shù)情況是架空線路進(jìn)線，而架空線路的故障以瞬時(shí)為多，如雨雪天氣、小動(dòng)物、雷擊、外力等造成的故障。對(duì)于這類情況規(guī)范是允許設(shè)計(jì)重合閘的，建議協(xié)調(diào)供電部門一定要設(shè)計(jì)線路故障自動(dòng)重合閘一次。對(duì)于帶自備發(fā)電機(jī)的化工企業(yè)，平時(shí)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，在這種運(yùn)行方式下，供電部門為保證電網(wǎng)安全，可能不允許線路自動(dòng)重合閘，但業(yè)主一定要協(xié)調(diào)相關(guān)設(shè)計(jì)部門，在相關(guān)部位增設(shè)安全聯(lián)鎖裝置，在確保安全的前提下，允許進(jìn)線自動(dòng)重合閘一次，這對(duì)化工裝置的供電安全至關(guān)重要。

圖1

（2）繼電保護(hù)定值的配合問(wèn)題

繼電保護(hù)定值整定是關(guān)系到供電系統(tǒng)安全的重要環(huán)節(jié)，只有定值設(shè)計(jì)合理，才能在系統(tǒng)內(nèi)部故障時(shí)，準(zhǔn)確、可靠、快速、有選擇的將故障設(shè)備切除，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。關(guān)于上下級(jí)定值的配合，筆者認(rèn)為末端設(shè)備保護(hù)定值的設(shè)計(jì)在保證被保護(hù)設(shè)備安全的前提下盡量將定值取小，而上一級(jí)設(shè)備的定值在保證設(shè)備安全的前提下適當(dāng)加大，即增大級(jí)差和時(shí)間差，盡量避免越級(jí)跳閘，縮小停電范圍。有時(shí)靈敏度、選擇性、可靠性是不能兼顧的，要根據(jù)實(shí)際情況取舍。當(dāng)一路外電源停電時(shí)，母線備自投開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序，不同的設(shè)計(jì)人員會(huì)有不同的處理方式。筆者認(rèn)為先投高壓側(cè)，再投低壓側(cè)為好，原因如下：一是高壓側(cè)開(kāi)關(guān)數(shù)量少，一旦投入成功，下側(cè)不論有幾級(jí)，有多少備投開(kāi)關(guān)都無(wú)需再動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好；另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是高壓設(shè)備可與低壓設(shè)備同時(shí)得電再運(yùn)行。如果高壓側(cè)母線備自投失敗，下一級(jí)備投經(jīng)過(guò)一個(gè)小的時(shí)差后再投仍可保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。相反如果先從低壓側(cè)動(dòng)作母線備自投開(kāi)關(guān)，因一個(gè)化工企業(yè)低壓側(cè)的備投開(kāi)關(guān)會(huì)有很多，只要有一個(gè)備投失敗即可造成低壓母線失電，不利于系統(tǒng)安全運(yùn)行，高壓設(shè)備也不能與低壓設(shè)備同時(shí)得電運(yùn)行。據(jù)報(bào)道，曾有國(guó)內(nèi)某大型化工企業(yè)因選擇自下級(jí)先開(kāi)始備投而使供電系統(tǒng)全面癱瘓，從而導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失的案例。

2.4 緊急用柴油發(fā)電機(jī)

對(duì)于生產(chǎn)工藝危險(xiǎn)性大的化工企業(yè)，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是否有獨(dú)立的雙電源供電或有單獨(dú)的備用電源。都建議設(shè)計(jì)一臺(tái)單獨(dú)的緊急備用發(fā)電機(jī)組，將一些停電后會(huì)造成嚴(yán)重后果的特重要設(shè)備，在系統(tǒng)全停電時(shí)由緊急發(fā)電機(jī)組供電，這樣更安全可靠，需要選用質(zhì)量可靠的發(fā)電機(jī)組。平時(shí)要將發(fā)電機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)好，以備急用。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范，有時(shí)滿足了規(guī)范，并不一定能滿足工藝設(shè)備的安全要求，尤其是目前規(guī)范的嚴(yán)謹(jǐn)性和系統(tǒng)性還不夠，缺少一些詳細(xì)解析條例，不同的設(shè)計(jì)人員可有不同的理解。另外設(shè)計(jì)時(shí)是假定外部供電是可靠的為前提條件，實(shí)際上我們國(guó)家的供電基礎(chǔ)設(shè)施也還不夠好，我們煙臺(tái)萬(wàn)華寧波公司在這方面有著深刻的教訓(xùn)，曾發(fā)生過(guò)一年內(nèi)三次因雷擊使電網(wǎng)全停電，最終是緊急發(fā)電機(jī)組保證了裝置安全。業(yè)主設(shè)計(jì)人員在觀念上要有創(chuàng)新意識(shí)，因?yàn)橛性S多情況下是業(yè)主為減少投資而要求設(shè)計(jì)單位不設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組，筆者認(rèn)為對(duì)有嚴(yán)重危險(xiǎn)源的化工裝置，無(wú)論外部供電條件如何，都有必要設(shè)計(jì)一臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組。

3 提高化工裝置電氣控制水平的建議和措施

以上簡(jiǎn)述了改善供配電系統(tǒng)安全性、可靠性及穩(wěn)定性的一些建議和觀點(diǎn)，事實(shí)上化工企業(yè)的負(fù)荷中心在低壓。大量的風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌器等都由低壓電機(jī)拖動(dòng)，因此低壓控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性對(duì)化工裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，以下對(duì)如何改善化工裝置低壓控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及可靠性提出一些建議和措施。

3.1 妥善解決晃電對(duì)生產(chǎn)裝置的危害

供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)常由于大設(shè)備起動(dòng)、雷擊、瞬時(shí)接地、自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入等原因，使系統(tǒng)電壓瞬間降低或消失，這種現(xiàn)象我們稱之為晃電，關(guān)于晃電的具體定義，目前的標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有具體的描述，但在有關(guān)電源質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)中有部分提及。具體電壓降低到什么程度，多長(zhǎng)時(shí)間屬于晃電，筆者認(rèn)為應(yīng)以對(duì)電氣設(shè)備的影響程度來(lái)定義，凡能使化工裝置電氣控制設(shè)備失去控制功能的電壓降低就屬于晃電。關(guān)于晃電時(shí)間，也就是治理晃電要考慮的時(shí)間范圍，筆者認(rèn)為根據(jù)化工企業(yè)供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，可按2s鐘考慮。因?yàn)橐话慊て髽I(yè)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓可按3級(jí)考慮，2s鐘可滿足各級(jí)備自投的時(shí)間。另外，化工裝置的泵、風(fēng)機(jī)等負(fù)載在2s鐘內(nèi)再起動(dòng)起來(lái)是工藝所允許的。一旦晃電發(fā)生，化工裝置的大部分動(dòng)力設(shè)備會(huì)停止運(yùn)行，致使化工裝置停車。從停車到再開(kāi)車化工裝置的損失是巨大的，尤其是在開(kāi)停車過(guò)程中易發(fā)生安全事故，因此電氣設(shè)計(jì)人員如何從根本上解決供電的穩(wěn)定性是非常重要的，除了從供電系統(tǒng)的可靠性方面和安全性方面采取措施外，對(duì)電氣設(shè)備的控制方面也應(yīng)采取措施。

（1）低壓電動(dòng)機(jī)控制回路的防晃電措施

低壓電動(dòng)機(jī)在化工裝置中的使用量很大，要使低壓電動(dòng)機(jī)在晃電后自動(dòng)運(yùn)行，需在控制回路采取措施?？尚械姆椒ㄓ校菏褂贸Ｒ?guī)時(shí)間繼電器，將時(shí)間繼電器的延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)串接在起動(dòng)回路中；使用交流UPS電源或直流電源作為電動(dòng)機(jī)控制回路電源，交流停電時(shí)，控制電源不停電；設(shè)計(jì)使用單獨(dú)的PLC控制柜解決晃電問(wèn)題。以上做法均可行，但都存在一定的缺陷。我們?cè)趯幉ㄈf(wàn)華工程中選用了一種小型延時(shí)繼電器SZ10，起到了良好的效果，如圖 2所示。當(dāng)晃電發(fā)生時(shí) SZ10可使 KA1保持 2s鐘內(nèi)閉合?；坞娊Y(jié)束后，操作人員不需操作可使電機(jī)運(yùn)行，采取這項(xiàng)措施后對(duì)化工裝置的穩(wěn)定運(yùn)行起到重要作用。

圖2

（2）變頻器控制設(shè)備的防晃電措施

化工裝置中越來(lái)越多地使用變頻器調(diào)速裝置，而變頻器對(duì)電壓的變化更為敏感，有時(shí)系統(tǒng)稍有波動(dòng)，即使變頻器控制的設(shè)備停機(jī)。解決變頻器晃電停機(jī)有兩個(gè)方案：對(duì)于普通的變頻器控制的設(shè)備，可利用變頻器自身的參數(shù)設(shè)置菜單將變頻器低電壓報(bào)警停機(jī)功能解除，在控制回路采取晃電控制措施，當(dāng)電壓恢復(fù)后，變頻器會(huì)自檢，當(dāng)檢測(cè)到起動(dòng)條件具備時(shí)可自動(dòng)起動(dòng)；對(duì)于變頻器控制的特別重要的設(shè)備（不允許停機(jī)的設(shè)備）可采用DCBANK（直流支撐系統(tǒng)）為變頻器供電，當(dāng)檢測(cè)交流停電后，并接于變頻器直流母線的DCBABK系統(tǒng)立即投入運(yùn)行，使變頻器的逆變部分繼續(xù)工作，機(jī)械設(shè)備不停機(jī)，當(dāng)電源恢復(fù)后，DCBANK系統(tǒng)自動(dòng)退出運(yùn)行。

（3）大型機(jī)組的防晃電措施

化工企業(yè)都有一些大型機(jī)組在運(yùn)行，如壓縮機(jī)、冷凍機(jī)、空壓機(jī)等，這些設(shè)備一般都有一個(gè)獨(dú)立的控制中心，如ITCC控制盤，PLC控制盤等。機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)均由這些控制盤控制，這些控制盤對(duì)電壓的變化是很敏感的，電壓稍有波動(dòng)，就會(huì)使機(jī)組保護(hù)停機(jī)，為了避免不必要的停機(jī)，可以將這些控制盤的電源設(shè)計(jì)為UPS電源供電，當(dāng)然設(shè)計(jì)時(shí)要充分消化機(jī)組的相關(guān)資料，必要時(shí)要與設(shè)備供應(yīng)商溝通交流。我們煙臺(tái)萬(wàn)華與寧波萬(wàn)華的大機(jī)組采取這些措施后，基本上消除了由于電源晃電造成的停機(jī)事件。

實(shí)踐證實(shí)通過(guò)采取以上措施基本上可以消除由于電源晃電給化工裝置產(chǎn)生的危害。

3.2 采用漏電保護(hù)裝置

國(guó)家相關(guān)規(guī)范規(guī)定化工生產(chǎn)裝置380V/220V應(yīng)用TN-S系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)化工企業(yè)的380V/220V系統(tǒng)大多數(shù)采用這種接地保護(hù)方式。很久以前就有許多專家對(duì)規(guī)范的合理性及先進(jìn)性提出了異議，筆者也認(rèn)為規(guī)范有不完善、不合理、不先進(jìn)的一面，應(yīng)該學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以推進(jìn)中國(guó)電氣行業(yè)的進(jìn)步。重化工裝置大都是在有毒有害、易燃易爆、強(qiáng)腐蝕露天環(huán)境下生產(chǎn)，在這種惡劣環(huán)境條件下，電氣設(shè)備的接地保護(hù)就顯得更為重要。筆者認(rèn)為TN-S保護(hù)方式確實(shí)不夠理想，因化工裝置的低壓負(fù)荷大部分是電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，不需要中性線，只有一些檢修電源和照明設(shè)備需要中性線，而保護(hù)PE線的使用，一般現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備離控制室較遠(yuǎn)，300m的長(zhǎng)度是正常的，一旦電氣設(shè)備接地，靠PE線保護(hù)是不可靠的。如圖3所示，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)外殼單相接地時(shí)，接地電流可通過(guò)兩個(gè)回路返回電源，一路是Id1：相線-電機(jī)外殼-PE線-電源中性點(diǎn)；另一路是Id2：通過(guò)相線-電機(jī)外殼-重復(fù)接地線-接地體-大地-電源中性點(diǎn)。Id1的大小取決于相線的電阻、相線與電機(jī)外殼的接觸電阻、PE線的電阻；Id2的大小取決于線相的電阻、相線與電機(jī)外殼的接觸電阻、重復(fù)接地電阻、接地主干線的電阻及電源中性點(diǎn)的接地電阻。除相線與電機(jī)外殼的接觸電阻是不穩(wěn)定的，其他電阻是施工結(jié)束后就基本不變的，對(duì)于永久性的接地故障，接觸電阻相對(duì)穩(wěn)定。而對(duì)于間歇性接地接觸電阻是不穩(wěn)定的，在這種情況下，單相接地保護(hù)是靠電源側(cè)空氣開(kāi)關(guān)的單相接地短路電流來(lái)跳開(kāi)空氣開(kāi)關(guān)，這是極不可靠的，時(shí)常有在線路末端發(fā)生單相接地時(shí)，其接地電流不能使電源側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，而使設(shè)備外殼帶有危險(xiǎn)的電壓，如果接地電阻是1Ω，接地電流是100A，則設(shè)備外殼就帶100V的電壓，這個(gè)電壓人觸及到就足以使人致命。事實(shí)上國(guó)內(nèi)許多電擊致人死亡事故都是這種保護(hù)方式造成的。另外如果是間歇性接地故障，在相線與機(jī)殼接觸處極易產(chǎn)生火花而使裝置起火，以前也曾有這方面的報(bào)道。由以上分析可見(jiàn)，單獨(dú)使用TN-S系統(tǒng)，而不采取其他保護(hù)措施是不安全的。

圖3

許多專家提出采用IT系統(tǒng)或TT系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的TN-S系統(tǒng)，筆者認(rèn)為單獨(dú)使用IT系統(tǒng)或TT系統(tǒng)只能節(jié)約電纜投資，但其安全性仍然不夠，因?yàn)榛ぱb置的安全性是至關(guān)重要的，筆者認(rèn)為無(wú)論是TN、IT或TT系統(tǒng)都應(yīng)該推廣使用漏電繼電器，因?yàn)槭褂昧寺╇娎^電器，系統(tǒng)的安全可靠性會(huì)大幅度提高。如圖4所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生單相接地時(shí)，假如電機(jī)的接地電阻是4Ω，漏電繼電器的動(dòng)作電流設(shè)定為200mA時(shí)，設(shè)備外殼的電壓只有8V（4×200mA），這個(gè)電壓對(duì)人和設(shè)備都是安全的，使用漏電繼電器后，電動(dòng)機(jī)回路的電纜可選用三芯電纜，節(jié)約電纜的投資大于漏電保護(hù)繼電器的投資。而使系統(tǒng)的可靠性和安全性大大提高。這樣也避免了TN-S系統(tǒng)大電流接地時(shí)使變壓器跳閘全停電對(duì)化工裝置產(chǎn)生的影響。我公司在許多項(xiàng)目上都使用了漏電保護(hù)代替接零、接地保護(hù)。運(yùn)行情況證明，這樣對(duì)保護(hù)人身和設(shè)備都是可靠的，避免了許多事故。

圖4

3.3 電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的使用

近年來(lái)，電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器技術(shù)已趨于成熟，市場(chǎng)上ABB、西門子、施耐德都有系列產(chǎn)品供選用，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品也有許多廠家在技術(shù)水平和產(chǎn)品穩(wěn)定性方面有所突破，有全系列的產(chǎn)品供設(shè)計(jì)選用。電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置與傳統(tǒng)的熱繼電器相比有著許多技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）保護(hù)的可靠性和精度大幅度提高。傳統(tǒng)的熱保護(hù)繼電器靠雙金屬片動(dòng)作原理來(lái)動(dòng)作，而電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器是用數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)定值保護(hù)的。準(zhǔn)確度與可靠性無(wú)法相比。

（2）電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器有著強(qiáng)大的控制功能，如前面提到的晃電再起動(dòng)功能，漏電保護(hù)功能、停電后的分批自起動(dòng)功能、各種電量的測(cè)量功能、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、起動(dòng)次數(shù)保護(hù)等功能，這些功能的綜合應(yīng)用可使電動(dòng)機(jī)控制回路簡(jiǎn)化，控制水平提高。

（3）因電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具有通信功能，可將整個(gè)生產(chǎn)裝置或整個(gè)工廠的MCC控制中的全部電氣設(shè)備的運(yùn)行情況傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控以及電氣設(shè)備的管理功能，也可與DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的通信功能。管理功能可實(shí)現(xiàn)讀取運(yùn)行報(bào)表、負(fù)荷情況統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間、事故統(tǒng)計(jì)等。這些功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的管理水平升級(jí)有著重要的意義。

據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的使用情況，仍然處于很低級(jí)的水平，大多數(shù)項(xiàng)目并沒(méi)有使用，極少數(shù)項(xiàng)目使用了，但僅限于取代熱繼電器，不做通信而使保護(hù)器的強(qiáng)大功能無(wú)法發(fā)揮。甚至在定值設(shè)計(jì)方面也只用了簡(jiǎn)單的電流保護(hù)功能。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)使用電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的新功能，綜合利用其強(qiáng)大的管理功能，為迎接數(shù)字智能化MCC時(shí)代的到來(lái)積累經(jīng)驗(yàn)，是我們電氣工作者的責(zé)任。事實(shí)上智能化MCC已經(jīng)不是新概念了，近年來(lái)，在北美市場(chǎng)已有超過(guò)20%～30%的用戶需求。煙臺(tái)萬(wàn)華寧波二期工程電氣設(shè)計(jì)采用了電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器，在控制功能方面除選用了晃電再起動(dòng)、停電分批再起動(dòng)、漏電保護(hù)及保護(hù)器配置的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能外，還與供貨商共同在軟件方面延伸開(kāi)發(fā)了事故預(yù)報(bào)警功能，相信投運(yùn)后定會(huì)對(duì)生產(chǎn)裝置電氣控制的安全性、可靠性、穩(wěn)定性起到重要作用。

3.4 交流變頻技術(shù)的應(yīng)用

化工企業(yè)大量使用著各種形式的泵和風(fēng)機(jī)等設(shè)備。對(duì)這些設(shè)備的流量、壓力等工藝參數(shù)的控制，傳統(tǒng)的方法是使用調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)旁路調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)泵出口的流量、壓力等工藝參數(shù)，這種方式不僅浪費(fèi)了大量的能源，同時(shí)由于化工裝置的介質(zhì)特性對(duì)調(diào)節(jié)閥材質(zhì)要求很高，一個(gè)調(diào)節(jié)閥的投資往往是一個(gè)變頻器的幾倍，因此使用變頻技術(shù)可以節(jié)約投資和電能。另外更重要的是調(diào)節(jié)閥是一個(gè)機(jī)械器件，由于磨損、物料的堵塞等需要時(shí)常檢修。這使得化工裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性降低。使用變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以取代調(diào)節(jié)閥，使泵的運(yùn)行穩(wěn)定性大大提高，電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也提高，最終提高了化工裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。

妥善解決晃電對(duì)化工生產(chǎn)裝置的危害，采用漏電保護(hù)裝置取代傳統(tǒng)的接地保護(hù)方式，創(chuàng)新設(shè)計(jì)采用電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器并開(kāi)發(fā)其強(qiáng)大的功能，推廣使用變頻技術(shù)，可使化工企業(yè)的電氣控制水平得以提升，使化工裝置運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提高。

4 結(jié)論

以上從供電系統(tǒng)及低壓電氣控制兩個(gè)方面簡(jiǎn)述了提高化工生產(chǎn)裝置電氣控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性的一些措施和建議，與同行業(yè)電氣工作者交流分享，期望能對(duì)讀者有參考價(jià)值，由于筆者學(xué)識(shí)水平有限，文中觀點(diǎn)不一定正確，希望讀者批評(píng)指正。