普光天然氣凈化廠低壓配電系統(tǒng)抗“晃電”技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘 要：普光天然氣凈化廠低壓電機(jī)數(shù)量共1365臺(tái)，其中聯(lián)合裝置819臺(tái)，公用工程325臺(tái)，三臺(tái)地221臺(tái)。凈化工藝特點(diǎn)為“高溫高壓、易燃易爆、有毒有害、連續(xù)生產(chǎn)”，電網(wǎng)瞬間失電壓或短時(shí)出現(xiàn)的大幅度電壓波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)裝置帶來很大影響，因此，對(duì)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的可靠性提出了嚴(yán)格要求。文章研究方向是圍繞川東北雷雨季節(jié)晃電對(duì)凈化廠安全生產(chǎn)的影響而開展的具有較強(qiáng)針對(duì)性的技術(shù)研究，是在ABB接觸器為主組成的備自投低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，開展抗“晃電”技術(shù)的研究，利用低壓雙電源自動(dòng)投入技術(shù)BZT、低壓配電系統(tǒng)抗“晃電”再啟動(dòng)技術(shù)、延時(shí)控制技術(shù)、快速無擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，徹底解決了晃電對(duì)生產(chǎn)的影響。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng)；抗“晃電”技術(shù)；普光凈化廠

1 引言

普光天然氣凈化廠設(shè)計(jì)處理規(guī)?？胺Q世界之最，其加工原料為高含硫化氫天然氣，劇毒、易然易爆、腐蝕性強(qiáng)，生產(chǎn)操作環(huán)境極其危險(xiǎn)。為滿足普光天然氣凈化廠用電負(fù)荷需要，各工藝裝置及直接影響工藝裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的配套公用工程的各低壓電源均為雙回路供電。正常工況：當(dāng)一回路電源故障失電時(shí)，另一電源能滿足裝置全部用電負(fù)荷要求。根據(jù)全廠負(fù)荷等級(jí)，總平面布置，用電負(fù)荷大小，供電距離等，將低壓電源設(shè)置于負(fù)荷中心。380V低壓配電室共20座，380V接線采用單母線分段接線、分列運(yùn)行，分段開關(guān)設(shè)自投裝置。

電力系統(tǒng)供配電網(wǎng)在運(yùn)行中受種種因素的影響，如雷電天氣、電氣設(shè)備故障、大型設(shè)備啟動(dòng)和人為誤操作等原因，致使電網(wǎng)電壓波動(dòng)，造成供電系統(tǒng)發(fā)生供電網(wǎng)絡(luò)瞬時(shí)失去電壓，俗稱“晃電”。一旦發(fā)生“晃電”現(xiàn)象，往往會(huì)引起現(xiàn)場機(jī)泵停運(yùn)、裝置生產(chǎn)紊亂、裝置停車和全氣田聯(lián)鎖關(guān)斷等嚴(yán)重危害。

因此，本文針對(duì)普光凈化廠的特點(diǎn)，進(jìn)行了防“晃電”技術(shù)的研究，將各種低壓配電系統(tǒng)的抗“晃電”技術(shù)成功應(yīng)用于普光天然氣凈化廠，解決雷雨季節(jié)凈化廠低壓用電電氣平穩(wěn)運(yùn)行問題。

2 低壓配電系統(tǒng)抗“晃電”控制技術(shù)及應(yīng)用

2.1 低壓雙電源自動(dòng)投入技術(shù)BZT

BZT功能實(shí)現(xiàn)為：由進(jìn)線低電壓繼電器（1YJ，2YJ，3YJ） 提供啟動(dòng)信號(hào)給PLC，經(jīng)過PLC邏輯判斷后，延時(shí)2.5秒（凈化廠所有低壓母聯(lián)備自投時(shí)間均為2.5秒）實(shí)現(xiàn)跳開故障電源，在故障電源開關(guān)跳開之后投入母聯(lián)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)備用電源投入切換的功能。這一功能的實(shí)現(xiàn)是在工作電源開關(guān)斷開后，再合入母聯(lián)開關(guān)，是串聯(lián)切換方式。

BZT 回路采用低電壓啟動(dòng)，而低電壓啟動(dòng)的整定時(shí)間要躲過廠用電負(fù)荷故障的切除時(shí)間，其整定時(shí)間t=t1+Δt，t1 為廠用電負(fù)荷故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，Δt為階梯配合時(shí)間差，所以，BZT 的動(dòng)作時(shí)間較長。

BZT 動(dòng)作時(shí)間較長引起母線電壓下降嚴(yán)重，母線電壓下降嚴(yán)重將引起以下現(xiàn)象：

（1）母線電壓下降嚴(yán)重將引起低壓負(fù)荷失電。

（2）母線電壓下降嚴(yán)重將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，引發(fā)風(fēng)機(jī)、泵產(chǎn)生氣蝕等嚴(yán)重故障，使生產(chǎn)不能維持正常，對(duì)安全運(yùn)行構(gòu)成重大威脅。

2.2 低壓配電系統(tǒng)的抗“晃電”再啟動(dòng)控制技術(shù)

為了確保裝置生產(chǎn)的連續(xù)性，在凈化廠裝置里并非所有電動(dòng)機(jī)都必須具有抗“晃電”功能。生產(chǎn)工藝技術(shù)要求和電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)設(shè)備不允許電動(dòng)機(jī)具有抗“晃電”功能，如大功率電動(dòng)機(jī)“晃電”停機(jī)后立即再啟動(dòng)，極可能損壞所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備；間斷短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)也不需要該功能，如裝置中的電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)、裝卸車泵電動(dòng)機(jī)等。某臺(tái)電動(dòng)機(jī)是否具有抗“晃電”功能應(yīng)當(dāng)看其在工藝生產(chǎn)中的需要，并且當(dāng)有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)再啟動(dòng)時(shí)，由于起動(dòng)電流較大，還應(yīng)考慮供配電系統(tǒng)啟動(dòng)容量等問題，因此應(yīng)用電動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)功能時(shí)應(yīng)遵守以下基本原則：

（1）電動(dòng)機(jī)所有的再啟動(dòng)措施只在停電后的短時(shí)間內(nèi)起作用。

（2）對(duì)手動(dòng)停電動(dòng)機(jī)或由電動(dòng)機(jī)本身故障引起跳閘的電動(dòng)機(jī)，不應(yīng)再啟動(dòng)。

（3）對(duì)生產(chǎn)裝置中的重要電動(dòng)機(jī)根據(jù)實(shí)際需要才能增加再啟動(dòng)功能。

因此，我們根據(jù)工藝順序的要求將凈化廠裝置低壓電動(dòng)機(jī)按照“晃電”之前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行再啟動(dòng)，進(jìn)而快速恢復(fù)裝置的連續(xù)性生產(chǎn)，盡最大可能將電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)的影響降低到最低點(diǎn)。由電氣技術(shù)人員與生產(chǎn)裝置工藝人員對(duì)裝置實(shí)際需求電動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)情況進(jìn)行詳細(xì)對(duì)接，對(duì)電動(dòng)機(jī)低電壓動(dòng)作值、再啟動(dòng)動(dòng)作值全面檢查和優(yōu)化，并對(duì)凈化廠各生產(chǎn)裝置電動(dòng)機(jī)分批再啟動(dòng)容量進(jìn)行核算，均能滿足供配電系統(tǒng)的要求，力爭將各裝置受“晃電”的影響降到最低。所采用的電動(dòng)機(jī)抗“晃電”技術(shù)再啟動(dòng)方法如下：

（1）低壓電動(dòng)機(jī)分批再啟動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)再啟動(dòng)功能

凈化廠生產(chǎn)裝置變電所中采用的是全數(shù)字低壓電動(dòng)機(jī)群自啟動(dòng)裝置。該裝置的核心為一套可靠的PLC（S7-200），整個(gè)系統(tǒng)的控制邏輯是在系統(tǒng)運(yùn)行前已輸入至PLC的CPU模塊的RAM存儲(chǔ)區(qū)，并由一粒3.6V的鋰電池維持PLC失電后程序和數(shù)據(jù)的記憶。該系統(tǒng)可對(duì)電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)晃電恢復(fù)后，按照設(shè)定程序?qū)Ρ豢仉妱?dòng)機(jī)群按批次排序?qū)崿F(xiàn)連續(xù)快速自動(dòng)再起動(dòng)，其原理電壓變送器將母線電壓轉(zhuǎn)換為0～20mA直流信號(hào)，輸入單元將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后送給CPU模塊計(jì)算比較，判斷電壓是否正常。控制單元完成采集母線電壓和電動(dòng)機(jī)狀態(tài)后進(jìn)行邏輯判斷，接操作指令，順序輸出各電機(jī)起動(dòng)命令，執(zhí)行單元接受控制單元指令，執(zhí)行順序起動(dòng)電機(jī)任務(wù)。見圖1

圖1 自啟動(dòng)裝置工作方框圖

（2）利用低壓綜合保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)再啟動(dòng)功能

微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)監(jiān)控裝置自身具有系統(tǒng)短暫失電時(shí)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)再啟動(dòng)功能，動(dòng)作于內(nèi)部R3繼電器。其外部接線很簡單，只需將R3 繼電器的常開觸點(diǎn)并到電動(dòng)機(jī)控制回路的KM 接觸器常開觸點(diǎn)的保持回路上即可。該綜保設(shè)立即再啟動(dòng)和延時(shí)再起動(dòng)，立即再啟動(dòng)和延時(shí)再啟動(dòng)可以分別投退。再啟動(dòng)功能自動(dòng)記憶電動(dòng)機(jī)原來的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電源恢復(fù)到恢復(fù)電壓定值時(shí)如果在立即再啟動(dòng)限定時(shí)間以內(nèi)，則立即動(dòng)作于R3，如果超過立即再啟動(dòng)限定時(shí)間，而在延時(shí)再啟動(dòng)限定時(shí)間內(nèi)，則經(jīng)過延時(shí)時(shí)間再次判斷電壓大于設(shè)定的恢復(fù)電壓后動(dòng)作于R3 繼電器，繼電器常開觸點(diǎn)閉合。

2.3 低壓配電系統(tǒng)的抗“晃電”延時(shí)控制技術(shù)

電氣抗“晃電”控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)接觸器的延時(shí)脫扣。正常情況下，起動(dòng)、停止操作電動(dòng)機(jī)與普通的交流接觸器一樣，但當(dāng)“晃電”發(fā)生時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)接觸器線圈由于儲(chǔ)能延遲釋放，其輔助觸頭延遲發(fā)出斷開的控制信號(hào)，由此來躲過“晃電”的時(shí)間。當(dāng)電源電壓恢復(fù)后，控制模塊又轉(zhuǎn)入儲(chǔ)能狀態(tài)。如果“晃電”的時(shí)間超過控制模塊設(shè)定的延時(shí)時(shí)間，則接觸器線圈釋放，電動(dòng)機(jī)跳閘，該種方法也類似于將低壓接觸器“鎖死”，即當(dāng)發(fā)生“晃電”時(shí)，電動(dòng)機(jī)配電柜內(nèi)的接觸器線圈在設(shè)定時(shí)間0.3～6.6s范圍內(nèi)不釋放。見圖2。

我們對(duì)凝結(jié)水站空冷電機(jī)A-103G、A-103H（YA225S-4WF1，30KW，57.5A，接觸器為A95）、P-103E中間水泵電機(jī)（Y250M-4-WF1-TH，55KW，103A，接觸器為A210）、152-P-106B（1MJ7 310-4CA60-Z 315S，105KW，186A，接觸器為A300）、TEG循環(huán)泵151-P-201A（CD 200L-4，30KW，56A，接觸器為A95）等共計(jì)5臺(tái)電機(jī)進(jìn)行了抗晃電模擬試驗(yàn)。

通過現(xiàn)場試驗(yàn)表明，電機(jī)在晃電延時(shí)期間啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊不算大，就目前狀況下，采用延時(shí)控制技術(shù)解決個(gè)別重要電機(jī)的“晃電”是可行的，可保證重要用電負(fù)荷在“晃電”時(shí)的連續(xù)生產(chǎn)，即抗“晃電”延時(shí)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)瞬時(shí)失電后低壓電動(dòng)機(jī)接觸器的延時(shí)脫扣。

2.4 低壓配電系統(tǒng)快速無擾動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

凈化廠的生產(chǎn)裝置是一種連續(xù)性生產(chǎn)系統(tǒng)，電網(wǎng)瞬間失電壓或短時(shí)出現(xiàn)的大幅度電壓波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)裝置都會(huì)帶來很大的影響，因此，對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越苛刻，而電壓暫降是最嚴(yán)重的電能質(zhì)量事件之一。電壓暫降通常比較劇烈，足以使電氣和電子設(shè)備跳閘或故障，電壓暫降被認(rèn)為是所有電能質(zhì)量問題中造成損失最多的。

傳統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)裝置（如自動(dòng)分接頭切換變壓器）的響應(yīng)速度慢，可更改的可能性不高，且通常不能進(jìn)行失衡校正和相位校正。快速無擾動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置，能夠保護(hù)敏感負(fù)載免受經(jīng)常性電壓干擾的影響?？焖贌o擾動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置是一種“主動(dòng)式”系統(tǒng)，能夠以與電源串聯(lián)的方式、以正確的相位角，注入適當(dāng)?shù)男Ｕ妷海瑥亩鴮?shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)?？焖贌o擾動(dòng)技術(shù)能夠進(jìn)行極其迅速的電壓和相位校正，保護(hù)負(fù)載渡過危險(xiǎn)的電壓暫降或甚至浪涌時(shí)期。此外，快速無擾動(dòng)技術(shù)還能夠?qū)﹄娫措妷哼M(jìn)行連續(xù)的+/-10%調(diào)節(jié)，并能夠消除失衡和閃變電壓?？焖贌o擾動(dòng)技術(shù)能夠極大地降低對(duì)工廠或在不良供電條件下運(yùn)行的設(shè)備所造成的直接和間接損失。

普光天然氣凈化廠所采用的快速無擾動(dòng)補(bǔ)償方案如下：

（1）電壓暫降補(bǔ)償方案

在系統(tǒng)電壓發(fā)生暫降時(shí)，電網(wǎng)中往往還省有部分電能可供使用，AVC不含儲(chǔ)能元件，電壓補(bǔ)償所需的能量從電網(wǎng)中吸取。如圖3。

（2）電壓暫升補(bǔ)償方案

在系統(tǒng)電壓發(fā)生暫升時(shí)， 快速無擾動(dòng)補(bǔ)償裝置多余的能量回饋電網(wǎng)中。如圖4。

普光天然氣凈化廠所采用的快速無擾動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)配置方案如下：

考慮到在不停電情況下需對(duì)快速無擾動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行維修，配置一套維修旁路。如圖5。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

設(shè)計(jì)、改造和完善現(xiàn)有低壓配電裝備，實(shí)現(xiàn)真正意義上的低壓配電系統(tǒng)無故障安全保障，確保凈化廠重要裝置不停機(jī)。

目前，凈化廠低壓配電系統(tǒng)已使用的抗晃電技術(shù)有：BZT技術(shù)，低壓電機(jī)群起技術(shù)，低壓電機(jī)微機(jī)再啟動(dòng)技術(shù)，及正在實(shí)施中的低壓電機(jī)延時(shí)控制技術(shù)和低壓電機(jī)快速無擾動(dòng)電壓補(bǔ)償技術(shù)等。見表1

表1 凈化廠抗晃電技術(shù)應(yīng)用對(duì)比

4 結(jié)束語

低壓配電系統(tǒng)防“晃電”技術(shù)在普光凈化廠的成功應(yīng)用，可避免因短時(shí)電壓波動(dòng)對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)裝置造成的影響，不僅每年為公司減少上千萬元的經(jīng)濟(jì)損失，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，減少低壓配電系統(tǒng)由于晃電造成停電停機(jī)事故范圍的擴(kuò)大，從而保證了供水、油泵、工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行。

該技術(shù)社會(huì)效益極其重大。低壓配電系統(tǒng)防“晃電”技術(shù)的應(yīng)用一方面可避免由于晃電帶來的生產(chǎn)紊亂，減少操作人員緊張情緒，減緩工作壓力，降低勞動(dòng)量，從而降低了設(shè)備非正常停機(jī)的機(jī)率，保證了生產(chǎn)安全平穩(wěn)；另一方面其減少雷雨季節(jié)晃電帶來的聯(lián)鎖停機(jī)次數(shù)，也就是減少了由于停機(jī)或保壓時(shí)，管路中不合格天然氣排放至火炬燃燒，對(duì)環(huán)境造成的不良影響。此技術(shù)在兩年多的時(shí)間內(nèi)的有效運(yùn)行充分證明其可以在大型高含硫天然氣處理廠進(jìn)行廣泛推廣。

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