抑制電壓暫降對(duì)電儀設(shè)備擾動(dòng)影響

周立志，孫繼峰

(中石化江漢鹽化工湖北有限公司，湖北 潛江 433121)

中石化江漢鹽化工湖北有限公司(以下簡(jiǎn)稱“江漢鹽化工”)供配電電壓包括為：110、35、6、0.4 kV，每年系統(tǒng)側(cè)和設(shè)備側(cè)會(huì)因雷擊、短路、大功率裝置投切或其他原因造成電壓暫降，導(dǎo)致接觸器釋放、繼電保護(hù)動(dòng)作、運(yùn)行電動(dòng)機(jī)過熱及過負(fù)荷現(xiàn)象，僅2019年就有3起因電壓暫降引起部分裝置、設(shè)備停車，影響安全、平穩(wěn)生產(chǎn)。

采取有效的抑制措施，降低發(fā)生概率，保證生產(chǎn)裝置安全、平穩(wěn)運(yùn)行或縮短恢復(fù)正常生產(chǎn)時(shí)間，降低因暫降造成的經(jīng)濟(jì)損失，是化工企業(yè)需持續(xù)解決的重點(diǎn)問題之一。

1 電壓暫降的概念及危害

1.1 概念

電壓暫降俗稱“晃電”，是指因雷擊、短路或其他原因造成的電網(wǎng)短時(shí)電壓波動(dòng)或短時(shí)斷電。GB/T 30137—2013《電能質(zhì)量電壓暫降與短時(shí)中斷》[1]中將電壓暫降定義為：電力系統(tǒng)中某點(diǎn)工頻電壓方均根值突然降低至10%～90%，持續(xù)10 ～60 s后恢復(fù)正常。

“暫”意味著持續(xù)時(shí)間短，“降”意味著電壓有效值降低，暫降幅值和持續(xù)時(shí)間是其基本特征。

1.2 危害

晃電發(fā)生后，會(huì)造成電網(wǎng)電壓跌落、接觸器釋放、繼電保護(hù)動(dòng)作、運(yùn)行電動(dòng)機(jī)過熱及過負(fù)荷，對(duì)化工企業(yè)供電、裝置平穩(wěn)運(yùn)行有一定影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因裝置失控而引發(fā)生產(chǎn)安全事故，甚至造成人身傷害。

2 防電壓暫降的4道防線

江漢鹽化工采取有效的抗晃電措施，盡可能地降低了晃電發(fā)生的概率，保證了生產(chǎn)裝置平穩(wěn)運(yùn)行或者縮短恢復(fù)正常生產(chǎn)的時(shí)間，從而盡可能地降低了因晃電造成的經(jīng)濟(jì)損失。

(1)第1道防線：提高系統(tǒng)的本質(zhì)安全，減少故障，網(wǎng)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理。

(2)第2道防線：安裝快速保護(hù)，加快故障切除，保證樞紐變電所的母線電壓。

(3)第3道防線：安裝備用電源自投裝置、控制電源改UPS供電、快切裝置、電動(dòng)機(jī)分批啟動(dòng)裝置，盡快恢復(fù)供電，減少事故處理時(shí)間。

(4)第4道防線：針對(duì)具體的工藝特點(diǎn)和用電設(shè)備，設(shè)置低電壓保護(hù)，以及整定器、接觸器、變頻器等。

3 電壓暫降的抑制方法和預(yù)防措施

3.1 供配電系統(tǒng)側(cè)抑制晃電的途徑

3.1.1 江漢鹽化工供電中的問題

江漢鹽化工有兩座電源點(diǎn)，一座是由竹根灘220 kV變電站提供(即竹鹽線)；另一座是由王場(chǎng)110 kV變電站提供，經(jīng)兩回35 kV架空線路(即王鹽37#、38#)接入。鹽化工變電站內(nèi)采用單母分段方式運(yùn)行，為公司內(nèi)生活用電、氯堿分廠、漂粉精一廠、污水站、銷售部、鹽硝廠、日化廠等裝置提供供電電源。鹽化工電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)線電壓等級(jí)多，加上油田電網(wǎng)地域面積大，安全防護(hù)等級(jí)不高，從而形成了一些特有的電網(wǎng)缺陷。存在雷電侵入供配電系統(tǒng)造成事故跳閘；運(yùn)行中設(shè)備故障引起的事故跳閘；保護(hù)回路故障引起的事故跳閘；雷電時(shí)，架空線路絕緣子發(fā)生閃絡(luò)造成整個(gè)系統(tǒng)供電電壓的波動(dòng)；電流互感器短路、電纜內(nèi)部短路、無功補(bǔ)償電容器爆炸引起的短路、高壓電纜頭放電等原因造成跳閘；微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用軟件存在技術(shù)缺陷；機(jī)械設(shè)備及高壓電纜損傷、各級(jí)開關(guān)保護(hù)定值配合不當(dāng)引起的越級(jí)跳閘等。漂粉精二廠、氯化異氰尿酸等裝置投用以來，為單電源供電，電網(wǎng)安全性、可靠性較差(如圖1所示)。

圖1 電網(wǎng)安全性、可靠性較差的單電源供電圖

在氯化異氰尿酸生產(chǎn)過程中，三氯化氮極易富集，如果供電中斷易引發(fā)安全事故。

3.1.2 針對(duì)上述問題提出的改進(jìn)措施

(1)提高和完善繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的配置標(biāo)準(zhǔn)。如繼電保護(hù)定值錯(cuò)誤造成越級(jí)跳閘，繼電保護(hù)定值復(fù)核計(jì)算不及時(shí)，廠用電保護(hù)系統(tǒng)失效等，委托設(shè)計(jì)院對(duì)保護(hù)定值重新計(jì)算，對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造。

(2)與上級(jí)供電部門協(xié)商處理；對(duì)35 kV架空線路桿塔的接地電阻進(jìn)行檢測(cè)，接地電阻大于10 Ω的，重新做接地；在35 kV架空線路桿塔上加裝串聯(lián)間隙金屬氧化鋅避雷器，定期試驗(yàn)、定期檢修、定期保養(yǎng)、加強(qiáng)巡檢。

(3)電力電纜應(yīng)采用電纜橋架敷設(shè)的方式，避免電纜直接埋地敷設(shè)，減少隱蔽工程以避免同類事故的發(fā)生。

(4)降低電氣設(shè)備故障。電氣設(shè)備的故障從其前期發(fā)展的起因來分析主要有兩種類型：一種是電壓(絕緣)型故障，如雷擊、設(shè)備絕緣損壞等，定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，查找絕緣薄弱點(diǎn)，及時(shí)維護(hù)、更新。另一種是電流型故障，多發(fā)生在設(shè)備之間的連接部位，解決的主要途徑是控制配電、用電設(shè)備的容量，采用熱成像儀加強(qiáng)巡查和維護(hù)管理。

(5)新增1臺(tái)110 kV主變(如圖1虛線內(nèi)所示)，采用雙變壓器運(yùn)行，1用1備，互為備用，通過調(diào)整、優(yōu)化110 kV系統(tǒng)運(yùn)行方式，提高鹽化工電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

(6)在漂粉精二廠6 kV進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)采用四方(CSC-246)數(shù)字式備用電源自動(dòng)投入裝置。因漂粉精和氯化異氰尿酸裝置對(duì)供電可靠性要求較高，長(zhǎng)時(shí)間停電有產(chǎn)品質(zhì)量下降、物料堵塞、分解，甚至NCl3爆炸的危險(xiǎn)，為盡可能縮短停電時(shí)間，依據(jù)工藝要求提出：當(dāng)工作線路失電，在備用線路有壓的情況下跳開工作線路，合上備用電源；當(dāng)母聯(lián)偷跳造成所帶母線失壓時(shí)，在備用線路有壓的情況下合備用線路開關(guān)；當(dāng)1#或2#進(jìn)線后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)，備自投均不動(dòng)作；手跳(包括遙跳)時(shí)，備自投不應(yīng)動(dòng)作。最終，江漢鹽化工選用了四方繼保生產(chǎn)的備自投裝置。

選用的CSC-246裝置提供11路模擬量輸入，8路開關(guān)量輸入，6個(gè)電壓定值，6個(gè)電流定值，8個(gè)時(shí)間定值，8對(duì)獨(dú)立的輸出觸點(diǎn)。定值及所有輸入量都可以成為控制備投動(dòng)作的可編程元件。

每個(gè)動(dòng)作邏輯的控制條件可分為兩類：一類為啟動(dòng)條件，另一類為閉鎖條件。當(dāng)啟動(dòng)條件都滿足，閉鎖條件都不滿足時(shí)，備投動(dòng)作出口。為防止備投重復(fù)動(dòng)作，在每個(gè)動(dòng)作邏輯中設(shè)置一個(gè)“充電”計(jì)數(shù)器，充滿電后開放出口邏輯。為防止PT 斷線時(shí)備自投誤動(dòng)作，取線路電流作為線路失壓的閉鎖判據(jù)。采用備自投方案二(進(jìn)線Ⅰ、進(jìn)線Ⅱ互為備用，分段開關(guān)保護(hù)退出)；方案二接線形式如圖2所示：正常運(yùn)行時(shí)兩線路PT 均有壓，兩段母線均有壓，1DL 和2DL 中的一個(gè)開關(guān)在合位，另一個(gè)在分位，3DL 在合位。

圖2 采用備自投方案二接線形式

3.2 生產(chǎn)裝置及用電設(shè)備側(cè)晃電的預(yù)防措施

3.2.1 氯化異氰尿酸低壓配電室安裝低壓備用

電源自投裝置運(yùn)行

(1)氯化異氰尿酸低壓電源采用單母線分段系統(tǒng)運(yùn)行，原系統(tǒng)兩路進(jìn)行分別帶各自負(fù)荷，無互投設(shè)計(jì)，現(xiàn)采用國(guó)產(chǎn)的DCM631低壓備自投裝置，選用互投邏輯(如圖3所示)，正常運(yùn)行情況下1#進(jìn)線帶一段負(fù)荷，2#進(jìn)線帶二段負(fù)荷，母聯(lián)開關(guān)處于分閘狀態(tài)；當(dāng)1#進(jìn)線失電，備自投跳開1#進(jìn)線開關(guān)，然后合上母聯(lián)開關(guān)。當(dāng)1#進(jìn)線來電，2#進(jìn)線失電，備自投跳開2#進(jìn)線開關(guān)，然后合上1#進(jìn)線開關(guān)；當(dāng)2#進(jìn)線失電，備自投跳開2#進(jìn)線開關(guān)，然后合上母聯(lián)開關(guān)。當(dāng)2#進(jìn)線來電，1#進(jìn)線失電，備自投跳開1#進(jìn)線開關(guān)，然后合上2#進(jìn)線開關(guān)。

圖3 低壓備自投裝置選用互投邏輯工作方式

(2)氯化異氰尿酸備自投裝置參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1 氯化異氰尿酸備自投裝置參數(shù)設(shè)定表Table 1 Setting parameters of chlorinated isocyanurate spare power automatic switching unit

3.2.2 備自投二次控制回路電源改為UPS供電

提高了電源的可靠性，降低了晃電所帶來的接觸器釋放問題，備自投二次控制回路電源改為UPS供電(見圖4)。

3.2.3 完善儀表UPS電源雙回路及無擾動(dòng)切換

(1)新中控低壓用電負(fù)荷采用兩路電源。在原有供電回路增加一組電源進(jìn)行供電，進(jìn)線電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)互投功能。

(2)在負(fù)載側(cè)加裝交流無擾動(dòng)切換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。監(jiān)控設(shè)備選用雙路交流切換器裝置PW021,DCS機(jī)柜電源采用AP4422無擾動(dòng)切換器(見圖5)。

3.2.4 具有電壓恢復(fù)自啟動(dòng)功能的電動(dòng)機(jī)智能

MCC控制保護(hù)器應(yīng)用

市面上MCC智能保護(hù)器產(chǎn)品也較多，質(zhì)量參差不齊，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用，江漢鹽化工所用智能保護(hù)器滿足生產(chǎn)要求，本身具有多重保護(hù)功能的同時(shí)，模塊具有抗晃電功能。當(dāng)一次回路短時(shí)失壓<100 ms時(shí)，電氣不受影響；當(dāng)失壓時(shí)間大于100 ms時(shí)，裝置斷開接觸器，在電壓設(shè)定的失電時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到設(shè)定的恢復(fù)電壓，裝置延時(shí)自啟動(dòng)，保證裝置及時(shí)供電。在使用自恢復(fù)功能時(shí)，要與工藝部門結(jié)合，采取分批啟動(dòng)方式，以免拖垮電網(wǎng)。

圖4 改為UPS的備自投二次控制回路電源供電圖

圖5 無擾動(dòng)切換器工作原理圖

3.2.5 安裝抗晃電模塊

接觸器控制回路增加抗晃電模塊，選用萬力達(dá)電氣BKP系列抗晃電模塊，該模塊有交流工作、直流維持、晃電保持3種模式，正常情況工作在前兩種模式。發(fā)生電壓暫降時(shí)，由超級(jí)電容提供電能；電壓恢復(fù)后，回到直流維持狀態(tài)，保持線圈持續(xù)供電。電氣控制原理如圖6所示。

圖6 電氣控制原理圖

4 效果分析

110 kV實(shí)現(xiàn)雙變壓器運(yùn)行，防范了因單主變運(yùn)行時(shí)、主變出現(xiàn)故障導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間停電可能引發(fā)意外事故；6 kV和380 V系統(tǒng)電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)互投功能，將操作時(shí)間由30 min降低到2 s，杜絕了氯化異氰尿酸裝置因系統(tǒng)單電源停電可能導(dǎo)致三氯化氮富集爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，降低了裝置故障停機(jī)的概率，提高了電力系統(tǒng)的安全性；UPS采用雙電源結(jié)構(gòu)加交流無擾動(dòng)切換器供電方式，提高了供電可靠性，降低了儀表系統(tǒng)停車故障率；采用智能保護(hù)器、抗晃電模塊和改善二次回路供電方式，提升了設(shè)備側(cè)抗擾動(dòng)能力，保障裝置安全、平穩(wěn)運(yùn)行；有效解決各級(jí)開關(guān)保護(hù)定值的配合，避免開關(guān)越級(jí)跳閘，事故停電范圍擴(kuò)大。

5 結(jié)語

通過以上舉措，提升了裝置對(duì)電壓暫降的擾動(dòng)影響，保證了安全性、可靠性。筆者對(duì)今后的抑制措施提出幾點(diǎn)建議和思考，對(duì)關(guān)鍵裝置的儀表控制電源配置推薦采用“雙UPS冗余”；新建項(xiàng)目按照四道防線要求將抗晃電納入整體設(shè)計(jì)，確保全方位落實(shí)重要設(shè)備抗晃電措施安裝、調(diào)試；抗晃電屬于系統(tǒng)工程，涉及工藝、電氣、儀表、設(shè)備等各個(gè)專業(yè)安全、生產(chǎn)等問題，應(yīng)全面統(tǒng)籌考慮，有關(guān)設(shè)備抗晃電措施應(yīng)綜合各專業(yè)意見；電壓暫降是目前氯堿生產(chǎn)中客觀存在的，應(yīng)針對(duì)其誘因采取對(duì)應(yīng)的抑制措施。