應(yīng)急電源的設(shè)計與應(yīng)用

孟曙光，董云梅

(山東濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256619)

化工企業(yè)的事故停電狀態(tài)可導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至還會發(fā)生火災(zāi)、爆炸乃至人身安全。例如，氯堿行業(yè)事故停電可導(dǎo)致電解槽中的離子膜損壞，可導(dǎo)致氯氣外逸，在造成設(shè)備損壞的同時還會對環(huán)境及人身產(chǎn)生較大的影響；又如PVC生產(chǎn)中聚合釜設(shè)備突然停電可導(dǎo)致設(shè)備爆炸。因此在保證化工企業(yè)供電可靠性的同時必須引入應(yīng)急電源系統(tǒng)。應(yīng)急電源可在事故停電狀態(tài)下迅速啟動，給各環(huán)保裝置、應(yīng)急設(shè)備供電，減小事故停電對企業(yè)造成的影響。

結(jié)合山東濱化集團股份有限公司(以下簡稱“山東濱化”)的應(yīng)急電源系統(tǒng)的建設(shè)，筆者探討了應(yīng)急電源系統(tǒng)的特點及提高應(yīng)急電源供電可靠性的方法。

1 應(yīng)急電源系統(tǒng)圖

山東濱化應(yīng)急電源由兩臺柴油發(fā)電機、一臺應(yīng)急變壓器及相應(yīng)配套開關(guān)設(shè)備組成。界區(qū)內(nèi)應(yīng)急負荷主要為極化整流器、事故照明、引風(fēng)機、純水泵、堿液循環(huán)泵、消防水泵等，總負荷為1 700 kW，負荷較大且比較分散，各裝置均涉及到應(yīng)急電源負荷。應(yīng)急電源的系統(tǒng)如圖1所示。

2 設(shè)計說明

因電網(wǎng)的限制10 kV應(yīng)急電源只能取自公司上一級110 kV同一所變電站(東郊變電站)，該站全部停電時不能保證公司一級負荷的正常啟動，故該10 kV應(yīng)急電源非可靠電源。在公司的應(yīng)急電源系統(tǒng)中額外配置兩臺柴油發(fā)電機(P1000E、P1375E)與10 kV應(yīng)急電源共同組成應(yīng)急電源系統(tǒng)，當(dāng)35 kV線路故障并且柴油發(fā)電機不能啟動的情況下可啟動應(yīng)急變壓器供電，降低事故率。

2.1 供電方式

P1375E供離子膜裝置，負荷約為1 000 kW，P1000E供其余裝置，負荷為700 kW，為將來新增應(yīng)急負荷留有余量。10 kV應(yīng)急變壓器兼作兩臺柴油發(fā)電機備用及供給消防水泵負荷。

2.2 應(yīng)急電源的啟動方式

離子膜裝置配電室停電自動啟動P1375E柴油發(fā)電機，發(fā)電機在8 s內(nèi)供電至離子膜裝置；其余各裝置配電室停電發(fā)啟動信號啟動P1000E柴油發(fā)電機，8 s內(nèi)供其余各裝置配電室；當(dāng)各配電室市電恢復(fù)正常自動切至市電供電，延時5 min停運柴油發(fā)電機。若任何一臺柴油發(fā)電機不能啟動，在1 min(自失電開始計時)之后應(yīng)急變壓器自動送電，帶故障柴油發(fā)電機負荷。應(yīng)急變壓器為“自動”合閘、“手動”停運的控制方式。

2.3 P1375E應(yīng)急負荷的啟動控制

因應(yīng)急負荷功率較大，離子膜裝置為1 000 kW，如此大的負荷不可能同時啟動又必須在較短的時間內(nèi)供電，對應(yīng)急負荷進行了以下考慮。

2.3.1 應(yīng)急負荷的自動啟動

借助離子膜裝置可靠的DCS，取離子膜配電室雙電源切換盤主、備開關(guān)的狀態(tài)及停電前電動機的狀態(tài)自動啟動機泵。

2.3.2 應(yīng)急負荷的分批啟動

在滿足工藝要求的情況下分4批自動啟動，每批啟動負荷不超過300 kW，每批間隔時間為15 s；在停電之前及應(yīng)急電源供給后啟動同一臺機泵，保證了設(shè)備運行的連續(xù)性(無須控制現(xiàn)場閥門等)。

2.3.3 手動啟動

對時間要求不重要的機泵采取手動啟動的控制方式。

2.3.4 P1000E 應(yīng)急負荷的啟動控制

該柴油發(fā)電機所帶負荷比較分散，根據(jù)工藝要求設(shè)置了兩種啟動方式。

(1)自動啟動：現(xiàn)場采用帶有自動功能的轉(zhuǎn)換控制開關(guān)，運行時將開關(guān)打至“自動”狀態(tài)，將啟動回路一直處于“閉合”狀態(tài)；保證了應(yīng)急電源供給后同樣啟動同一臺機泵。

(2)手動啟動：控制方式為手動，由操作工現(xiàn)場開啟。以上方式的采取保證了柴油發(fā)電機初次帶負荷的能力，避免了由于啟動負荷過大而導(dǎo)致發(fā)電機過流故障。

2.3.5 其他控制

根據(jù)設(shè)計要求消防水泵必須設(shè)計為一級負荷，消防水泵功率較大(山東濱化消防水泵的功率為315 kW)，在設(shè)計時考慮到該泵為備用狀態(tài)，只有當(dāng)裝置發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重情況下使用且為手動啟動，將應(yīng)急變壓器作為第一電源，將柴油發(fā)電機作為第二應(yīng)急電源；當(dāng)應(yīng)急變壓器失電而需啟動時由人工操作切換至柴油發(fā)電機P1000E，人工啟動柴油發(fā)電機供電，控制柴油發(fā)電機所帶應(yīng)急負荷，確保消防水泵的可靠運行。

2.3.6 設(shè)備選型及功能設(shè)置

(1)化工行業(yè)要求應(yīng)急電源必須在很短的時間內(nèi)供電，選擇柴油發(fā)電機時必須考慮具有自動啟動功能及帶負荷能力。

(2)在進行負荷分批啟動設(shè)置時應(yīng)根據(jù)柴油發(fā)電機的特性曲線來選擇每批帶負荷功率的大小。

(3)應(yīng)急變壓器的設(shè)置：自動啟動、過流、速斷、失壓保護。

(4)柴油發(fā)電機與應(yīng)急變壓器雙電源開關(guān)的切換設(shè)置：應(yīng)急變壓器初送電由于勵磁涌流較大，不宜立即帶負荷，在雙電源開關(guān)設(shè)置為當(dāng)檢測到應(yīng)急變壓器供電時延時5 s后閉合出線開關(guān)對外供電，同時將切換功能設(shè)置為不可逆，即當(dāng)柴油發(fā)電機又啟動后不切至主電源供電，防止電源的切換時設(shè)備重啟造成沖擊(可導(dǎo)致柴油發(fā)電機停運)。

(5)在自動啟動的設(shè)備中熱保護必須選擇“手動”復(fù)位，所有的雙電源開關(guān)帶機械互鎖裝置。

(6)直流電源的可靠性必須引起重視：柴油發(fā)電機的自動啟動控制與應(yīng)急變壓器的控制均采用DC 220 V控制，可選擇雙直流電源供電，當(dāng)一路直流電源故障時切換至另一路供電，兩臺柴油發(fā)電機系統(tǒng)各采用一路直流電控制；在直流系統(tǒng)中增加各項參數(shù)檢測功能：如每節(jié)電池電壓、絕緣檢測、進線失壓等，及時發(fā)現(xiàn)直流盤故障，保證直流盤處于良好狀態(tài)。

(7)電纜的選型：應(yīng)急電源系統(tǒng)的容量雖然較小，但本身具有自動調(diào)壓功能，在電纜選型時考慮壓降時按大系統(tǒng)容量選擇，不考慮發(fā)電機本身壓降。

3 其他事項

3.1 維護及試運

柴油發(fā)電機(可帶一部分負荷)應(yīng)定期試運(15天試運一次)，保證實時處于備用狀態(tài)，各自動控制系統(tǒng)應(yīng)在每年的大修期間全面組織試運一次(包括應(yīng)急負荷)。試運時應(yīng)根據(jù)發(fā)電機的使用說明對柴油發(fā)電機及各配電系統(tǒng)的各部位詳細檢測。

3.2 日常培訓(xùn)

應(yīng)急電源系統(tǒng)為緊急備用狀態(tài)，不經(jīng)常操作，在設(shè)計可靠性的同時必然會增加其復(fù)雜性。當(dāng)應(yīng)急電源發(fā)生故障時，員工在進行緊急處理時可能會無從下手或手忙腳亂，因此必須重視應(yīng)急電源系統(tǒng)的培訓(xùn)。