企業(yè)供電系統(tǒng)晃電的解決方案

摘要:供電系統(tǒng)是企業(yè)的重要?jiǎng)恿碓矗翘岣咂髽I(yè)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率的必然選擇。其安全可靠運(yùn)行，關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行正常與否。本文分析了供電系統(tǒng)產(chǎn)生晃電的原因及基本類型，闡述了晃電的主要危害，探討了企業(yè)供電系統(tǒng)晃電解決對策。

關(guān)鍵詞:企業(yè);供電系統(tǒng);晃電;解決對策

1引言

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于雷擊、短路故障重合閘、企業(yè)外部或內(nèi)部電網(wǎng)故障、大型設(shè)備起動(dòng)等原因，會(huì)造成電壓瞬間較大幅度波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復(fù)，這種現(xiàn)象通常稱為“晃電”。生產(chǎn)型企業(yè)對供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性要求較高，但由于各種原因常常造成供電系統(tǒng)晃電，致使交流接觸器釋放，高壓電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)跳閘。輕者造成生產(chǎn)裝置波動(dòng)，重者造成裝置停車，給企業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)當(dāng)加大對抗晃電的研究，進(jìn)一步提高企業(yè)抗晃電能力，避免晃電事故的發(fā)生。

2供電系統(tǒng)產(chǎn)生晃電的原因及基本類型

2.1供電產(chǎn)生晃電的原因

由于雷擊、短路或其他原因造成電網(wǎng)短時(shí)電壓波動(dòng)或短時(shí)斷電的現(xiàn)象俗語稱“晃電”。產(chǎn)生的原因:電網(wǎng)由各級變電站組成，特別是10kV回路，用戶分布點(diǎn)多面廣，極易產(chǎn)生短路或過流故障，發(fā)生故障后，該回路的繼電保護(hù)動(dòng)作，切除故障回路。從故障發(fā)生到故障切除時(shí)間為20～700ms。在此期間，其它正?；芈冯妷簳?huì)暫降，造成晃電現(xiàn)象。另外，夏季是雷電多發(fā)季節(jié)，電網(wǎng)電壓也會(huì)暫降，造成晃電。

2.2供電系統(tǒng)產(chǎn)生晃電的基本類型

2.2.1電壓驟降、驟升

電壓驟降、驟升，持續(xù)時(shí)間0.5個(gè)周期至1min，電壓上升或下降至標(biāo)稱電壓的110～180%或10～90%。電壓暫降/驟降是電壓有效值降至標(biāo)稱值(Nominal Value)的10%至90%，且持續(xù)時(shí)間為10ms至1min(典型持續(xù)時(shí)間為10ms～600ms)的電能質(zhì)量事件之一。嚴(yán)重的電壓暫降，將使用電設(shè)備停止工作，或引起所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量下降，同時(shí)，電壓暫降影響的嚴(yán)重性則隨用電設(shè)備的特性而異。電壓驟降、聚升事故通過會(huì)嚴(yán)重影響汽車、半導(dǎo)體、塑料、石化、紡織、光纖、飲料乳業(yè)、移動(dòng)通信等生產(chǎn)領(lǐng)域的正常生產(chǎn)與運(yùn)營。通常情況下，以下重要設(shè)備容易受電壓暫降的影響，比如:冷卻裝置控制、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、可編程邏輯控制器(PLC)、機(jī)械裝置、可調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置等。

2.2.2短時(shí)斷電

短時(shí)斷電，持續(xù)時(shí)間在0.5個(gè)周波至3s的供電中斷(如備自投、重合閘等)。短路故障可能會(huì)引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落，影響工業(yè)生產(chǎn)過程中對電壓敏感的電氣設(shè)備的正常工作，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。保護(hù)裝置切除故障、誤動(dòng)以及運(yùn)行人員誤操作等均可引起供電中斷。當(dāng)保護(hù)裝置跳閘切斷給某一用戶供電的線路時(shí)，該供電線路上將出現(xiàn)電壓中斷。這種情況一般僅在該線路上發(fā)生故障時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，而相鄰的非故障線路上都將發(fā)生不同程度的電壓暫降。

2.2.3電壓閃變

電壓波形包絡(luò)線呈規(guī)則的變化或電壓幅值一系列的隨機(jī)變化，一般表現(xiàn)為人眼對電壓波動(dòng)所引起的照明異常而產(chǎn)生的視覺感受。產(chǎn)生電壓波動(dòng)和閃變的主要原因是工業(yè)用電負(fù)荷，如電弧爐、電焊機(jī)的運(yùn)行和電容器投切等，都可能產(chǎn)生快速的電壓變化。電壓波動(dòng)與諧波的產(chǎn)生有類似的物理原因，如沖擊性負(fù)荷的非線性特性、規(guī)則或不規(guī)則的分合閘操縱等。使非線性的交變負(fù)荷電流在與頻率有依賴關(guān)系的電網(wǎng)阻抗上造成電網(wǎng)的電壓波動(dòng)。產(chǎn)生電壓閃變的主要原因是:用電設(shè)備具有沖擊負(fù)荷或波動(dòng)負(fù)荷，如電弧爐、煉鋼爐、軋鋼機(jī)、電焊機(jī)、軌道交通、電氣化鐵路、以及短路試驗(yàn)負(fù)荷等;系統(tǒng)發(fā)生短路故障，引起電網(wǎng)波動(dòng)和閃;系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)投切時(shí)產(chǎn)生操作波的影響，如備用電源自動(dòng)投切、自動(dòng)重合閘動(dòng)作等;系統(tǒng)遭受雷擊引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)等。

3供電系統(tǒng)產(chǎn)生晃電的危害

企業(yè)供電系統(tǒng)產(chǎn)生晃電現(xiàn)象，會(huì)對企業(yè)的安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害和后果。影響生產(chǎn)的連續(xù)性，造成生產(chǎn)材料浪費(fèi)，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效益;甚至有可能造成生產(chǎn)安全事故，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備損毀，造成無法挽回的損失。

3.1晃電對供電回路控制電器的危害

交流接觸器在低壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，占了相當(dāng)大的比例。由于工作原理的特點(diǎn)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)晃電時(shí)，會(huì)造成其操作線圈短時(shí)斷電或電壓過低，導(dǎo)致線圈對鐵芯的吸力小于釋放彈簧的彈力使接觸器釋放。據(jù)資料介紹，一般交流繼電器當(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80%甚至更高，持續(xù)五個(gè)周期時(shí)接觸器也釋放。

3.2晃電對供電回路電動(dòng)機(jī)的危害

晃電由于低電壓，會(huì)導(dǎo)致企業(yè)動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)過電流，從而使電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)動(dòng)作跳閘。在企業(yè)自備電廠，相比之下，晃電導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過電流的情況出現(xiàn)得不多，由于變頻器應(yīng)用的數(shù)量相比電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的數(shù)量不算多，晃電導(dǎo)致變頻器停止的情況相比之下也不多，在大量場合應(yīng)用的交流接觸器受晃電影響釋放跳閘的情況出現(xiàn)得相對很多。

3.3晃電對變頻器的危害

一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護(hù)功能。對于電源電壓的上限，一般規(guī)定不能超過額定的10%，當(dāng)電源線電壓為380 V 時(shí)，其上限值為420 V。某些國外進(jìn)口的變頻器最高工作電壓可達(dá)460 V，這對國內(nèi)用戶是十分有利的。變頻器的逆變器件為GTR 時(shí)，一旦失壓(指電壓下降到額定電壓的70%，西門子變頻器MDV 系列為76%)或停電，控制電路將停止向驅(qū)動(dòng)電路輸出信號，使驅(qū)動(dòng)電路和GTR 全部停止工作， 電動(dòng)機(jī)將處于自由制動(dòng)狀態(tài)。逆變器件為IGBT 時(shí)，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個(gè)短時(shí)間td，對于td有2 種規(guī)定方法，一種是具體的規(guī)定時(shí)間，如15 ms;另一種規(guī)定為主電路的直流電壓下降到原值的85%所需的時(shí)間。若失壓或停電時(shí)間totd，變頻器自我保護(hù)停止運(yùn)行。只要電源“晃電”較為強(qiáng)烈，都有可能使變頻器調(diào)速的電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

4供電系統(tǒng)晃電解決對策

解決供電系統(tǒng)晃電的根本出路在于確保供電系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定，采取綜合措施，提高企業(yè)供電系統(tǒng)抗晃電能力。

4.1企業(yè)外部供電系統(tǒng)的措施

連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)特別是重型生產(chǎn)企業(yè)對供電的可靠性要求較高，其供電一般采用雙電源(或多電源)供電。在進(jìn)行外部供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)最好能使兩條(或多條)電源來自不同的變電站，如果很難做到這一點(diǎn)，至少也要使兩條(或多條)電源取自由不同變壓器帶的母線段，這樣可以避免上級變電站一段母線出問題時(shí)造成全廠停電。同時(shí)輸電線路應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置，這樣即使停電也會(huì)使工廠停電的時(shí)間大為縮短，盡量減少損失。

4.2企業(yè)內(nèi)部供電系統(tǒng)的措施

4.2.1重要系統(tǒng)采用不間斷電源和發(fā)電機(jī)

采用不間斷電源是確保電源穩(wěn)定的一種重要方法。重要的控制系統(tǒng)如DCS、PLC以及機(jī)房重要數(shù)據(jù)中心的工作電源應(yīng)由UPS電源接人，增強(qiáng)抗擾動(dòng)性。對裝置中因停電可能出現(xiàn)重大設(shè)備事故或人身傷害事故的設(shè)備可配備事故發(fā)電機(jī)，在系統(tǒng)出現(xiàn)失電的情況下起動(dòng)事故發(fā)電機(jī)，由事故發(fā)電機(jī)恢復(fù)其供電。對裝置重要且可由渦輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)組正常生產(chǎn)時(shí)盡可能采用由渦輪驅(qū)動(dòng)，這樣可以避免因供電系統(tǒng)晃電造成重要機(jī)組停車。

4.2.2采取分列運(yùn)行方式

對廠內(nèi)總降壓變電站以及下級各變電站宜采用分列運(yùn)行方式，即廠里的兩條(或多條)電源各帶變電所的一段母線，兩段(或多段)母線之間的母聯(lián)開關(guān)宜裝設(shè)備用電源自投裝置，各級自投的自投時(shí)限由總降壓變電站往下逐漸加大。

4.2.3重要?jiǎng)恿υO(shè)備增加晃電停車再起動(dòng)功能

對重要設(shè)備的電動(dòng)機(jī)在其控制回路中增設(shè)晃電停車再起動(dòng)功能，高壓電動(dòng)機(jī)晃電來電后即自起動(dòng)對高壓電動(dòng)機(jī)，可通過延長其低電壓保護(hù)跳閘的時(shí)限來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)晃電來電后即自起動(dòng)，在供電系統(tǒng)出現(xiàn)晃電的情況下使其低電壓保護(hù)延時(shí)動(dòng)作跳閘，若在延時(shí)的范圍內(nèi)電壓恢復(fù)則電動(dòng)機(jī)立即起動(dòng)。采用可帶空氣延時(shí)觸頭的交流接觸器如LG1-D系列交流接觸器，這樣在供電系統(tǒng)晃電時(shí)可以通過延時(shí)觸頭來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的主回路接觸器的自保持回路延時(shí)打開，若晃電停車后在延時(shí)觸頭設(shè)定的延時(shí)時(shí)間范圍內(nèi)電壓恢復(fù)即可實(shí)現(xiàn)自起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)主回路接觸器采用閉合與斷開兩個(gè)線圈，只有脫扣線圈得電方能斷開的鎖扣接觸器如CJ12B-S系列鎖扣接觸器。利用時(shí)間繼生電器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)，通過調(diào)整時(shí)間繼電器KT的時(shí)間，可調(diào)整晃電停車后電壓恢復(fù)時(shí)的有效時(shí)間。利用能耗延時(shí)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)。這種方法常用于ME， DW及其他系列用于控制電動(dòng)機(jī)的斷路器，它是通過與斷路器的失壓脫扣線圈并聯(lián)一個(gè)電容器，在失電或出現(xiàn)系統(tǒng)電壓過低的情況下，電容器上儲(chǔ)存的電能通過失壓脫扣線圈放電，從而延長其跳閘時(shí)間。

4.3采取直流支撐技術(shù)

變頻器是由整流器和逆變器兩部分組成。通過對變頻器的研究，變頻器低電壓指其中間直流回路低電壓(即逆變器輸入電壓過低)。一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護(hù)功能。變頻器的逆變器件為GTR時(shí)，一旦失壓或停電，控制電路將停止向驅(qū)動(dòng)電路輸出信號，使驅(qū)動(dòng)電路和GTR全部停止工作，電動(dòng)機(jī)將處于自由制動(dòng)狀態(tài)。逆變器件為IGBT時(shí)，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個(gè)短時(shí)間td，若失壓或停電時(shí)間t0td ，變頻器自我保護(hù)停止運(yùn)行。一般td都在15～25ms，只要電源“晃電”較為強(qiáng)烈，to都在幾秒鐘以上，變頻器自我保護(hù)停止運(yùn)行，使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。結(jié)合變頻器的原理和工作方式，采用抗晃電系統(tǒng)，可以有效解決變頻器低壓跳閘。

4.4高壓電動(dòng)機(jī)的抗晃電措施

高壓電動(dòng)機(jī)作為生產(chǎn)型企業(yè)的重要?jiǎng)恿碓?，保證其正常工作，對確保企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)營具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。高壓電動(dòng)機(jī)的抗晃電一般利用母線上的電壓互感器來監(jiān)視電壓的變化，通過時(shí)間繼電器的延時(shí)作用，延時(shí)一定時(shí)間后，再去動(dòng)作于斷路器的跳閘，就可實(shí)現(xiàn)斷電延時(shí)自起動(dòng)功能。通過科學(xué)設(shè)置進(jìn)線柜低電壓保護(hù)定值，避免進(jìn)線柜低電壓保護(hù)不必要的動(dòng)作，減少晃電產(chǎn)生。要盡量安裝微機(jī)備自投綜合保護(hù)裝置，解決回路中接點(diǎn)多故障率高的問題，提高綜合判斷的能力和保護(hù)動(dòng)作的可靠性。同時(shí)，要通過附加中間繼電器或更改微機(jī)保護(hù)合閘脈沖時(shí)間。

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