生產(chǎn)中應(yīng)對電網(wǎng)閃絡(luò)的措施

吳 征,傅志軍,喻支乾,王 東,沈明昌

(中國石化催化劑齊魯分公司,山東 淄博 255300)

1 選題理由

電網(wǎng)閃絡(luò)一直以來是電網(wǎng)運(yùn)行的一個頑疾，影響企業(yè)安全生產(chǎn)的一大隱患，特別是對以高溫高壓、易燃易爆、連續(xù)性非常強(qiáng)為特點的化工生產(chǎn)來說更是一個不定時的“炸彈”。

中石化催化劑齊魯分公司是一家煉油催化劑專業(yè)生產(chǎn)基地，多年來深受電網(wǎng)閃絡(luò)之害。閃絡(luò)發(fā)生時，雖然時間非常短暫，只有幾十毫秒到幾秒的時間，但是不但造成了供電中斷、設(shè)備停運(yùn)、全廠停產(chǎn)，而且對焙燒爐、空壓機(jī)等重特大設(shè)備造成的損失將是無法挽回的。因此選擇了《生產(chǎn)中應(yīng)對電網(wǎng)閃絡(luò)的措施》這一題目，結(jié)合公司的實際，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，提出并實施了幾項應(yīng)對措施，在實際生產(chǎn)工作中取得了較好的成效，把電網(wǎng)閃絡(luò)造成的損失降到了最低。

2 電網(wǎng)閃絡(luò)的概念

電網(wǎng)閃絡(luò)，亦稱為"電網(wǎng)晃電"，廣義上講就是電網(wǎng)電壓的幅值在某一時刻突然偏離正常工作范圍，但經(jīng)過很短的一段時間又恢復(fù)到正常水平的現(xiàn)象。

目前，多數(shù)文獻(xiàn)都用電壓下降的幅值和持續(xù)的時間作為描述電網(wǎng)閃絡(luò)的特征量，但對幅值大小和持續(xù)時間的界定范圍還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。例如，在IEEE(美國電氣與電子工程師協(xié)會)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對電網(wǎng)閃絡(luò)時電壓下降的幅值特征量的界定范圍是幅值標(biāo)幺值在0.1～0.9之間，持續(xù)的時間為半個周期到六十秒；而IEC(國際電工委員會)標(biāo)準(zhǔn)則用閃絡(luò)前后電壓的差值與正常電壓的百分比來描述電壓下降的深度，持續(xù)的時間限定為半個周期到幾十秒。

此外，有的文獻(xiàn)把電壓相位偏移角和發(fā)生頻率也作為描述電網(wǎng)閃絡(luò)的特征量。

3 電網(wǎng)發(fā)生閃絡(luò)的原因分析

3.1 電網(wǎng)自身故障引發(fā)閃絡(luò)

發(fā)電廠故障、變壓器故障、系統(tǒng)接地故障、變電站故障等等，電網(wǎng)系統(tǒng)組成部分的每一個環(huán)節(jié)發(fā)生嚴(yán)重的故障，都會造成電網(wǎng)瞬間失壓而發(fā)生閃絡(luò)。

這個原因在電網(wǎng)閃絡(luò)中所占的比例相當(dāng)大，因此，只有提高電網(wǎng)系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性和運(yùn)行質(zhì)量，才能在一定程度上遏制閃絡(luò)現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 天氣原因引發(fā)閃絡(luò)

雷雨天氣，線路落雷，造成雷擊；大霧天氣，濕度太大，絕緣子會因污塵太多而發(fā)生對地放電造成污閃；冰凍災(zāi)害，造成絕緣子結(jié)冰而形成冰閃；暴風(fēng)驟雨更容易造成線路放電、短路等事故的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，天氣原因造成的閃絡(luò)持續(xù)時間長、發(fā)生的頻率高、造成的破壞大，是閃絡(luò)發(fā)生的又一重要原因。

3.3 大負(fù)荷啟動引發(fā)閃絡(luò)

在電網(wǎng)容量和變壓器容量沒有足夠大時，大功率異步電動機(jī)、大容量煉鋼電弧爐等的突然啟動時，伴隨著電流的嚴(yán)重畸變也會導(dǎo)致該負(fù)荷所連接母線的電壓發(fā)生突然下降而引發(fā)閃絡(luò)。

3.4 人為因素引發(fā)閃絡(luò)

因操作不當(dāng)、違章作業(yè)，帶負(fù)載拉合負(fù)荷開關(guān)或開關(guān)小車造成弧光短路，操作設(shè)備錯誤觸及帶電體造成的線路接地或短路故障等而引發(fā)的閃絡(luò)[1]。

4 電網(wǎng)閃絡(luò)對公司生產(chǎn)造成的危害

針對我公司的設(shè)備狀況，電網(wǎng)閃絡(luò)造成的危害主要有以下幾個方面：

(1)發(fā)生電網(wǎng)閃絡(luò)后，400V低壓系統(tǒng)因空氣斷路器失壓保護(hù)動作而造成全部低壓配電室停電，全公司停電停產(chǎn)，整個配電系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)所用的時間比較長，造成的損失非常大。

(2) 用于分子篩、催化劑制造的轉(zhuǎn)筒式焙燒爐，是公司的關(guān)鍵設(shè)備，一旦在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時突然停電，如果盤車不及時，轉(zhuǎn)筒就會因高溫而變形彎曲，導(dǎo)致整座焙燒爐的報廢。目前，公司在運(yùn)的造價上千萬元的焙燒爐有十幾條。

(3) 提供儀表風(fēng)、生產(chǎn)風(fēng)的空氣壓縮機(jī)對冷卻水的要求非常高，不用說停水，就是壓力低于某一定值就會停車。電網(wǎng)閃絡(luò)會造成冷卻水泵停運(yùn)，冷卻水供應(yīng)中斷，其連鎖反應(yīng)就是空氣壓縮機(jī)停車，全公司停產(chǎn)。

5 應(yīng)對電網(wǎng)閃絡(luò)的具體措施

電網(wǎng)閃絡(luò)的一大特點就是持續(xù)的時間一般比較短，只有幾十毫秒到幾秒，那么就可以考慮采取一定的措施，讓空氣斷路器、接觸器、變頻器等電氣設(shè)備在閃絡(luò)發(fā)生時不跳閘，或者是即使在閃絡(luò)發(fā)生時跳閘了，但在電壓恢復(fù)后這些設(shè)備能夠自行恢復(fù)運(yùn)行，對現(xiàn)有的電器設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，使其具有防閃絡(luò)的功能，包括：

5.1 解除空氣斷路器的欠壓脫扣器

正常運(yùn)行時，欠壓脫扣器由于它的電磁線圈是并聯(lián)在主回路上的，在規(guī)定的正常電壓范圍內(nèi)使銜鐵吸合，同時克服彈簧的拉力。當(dāng)電路出現(xiàn)故障，電壓降低時(通常為額定電壓的70%以下)吸力減小，銜鐵被彈簧拉開并撞擊脫口杠桿，使鎖扣脫口，主觸頭在蓄能彈簧的作用下迅速分?jǐn)嚯娐贰?/p>

電網(wǎng)閃絡(luò)時，電網(wǎng)電壓迅速降低，欠壓脫扣器動作，空氣斷路器跳閘，線路失電。

公司各配電室的進(jìn)線斷路器、對各分支配電室供電的出線斷路器，現(xiàn)在新老型號都有，包括DW15、DW17、NA1等型號，它們都具有欠壓脫扣保護(hù)功能。電網(wǎng)閃絡(luò)時此保護(hù)功能立即執(zhí)行，造成公司整個400V低壓配電系統(tǒng)全部掉電的情況發(fā)生過多次。

為此，對此做了專門的論證，結(jié)論是：公司6kV供電系統(tǒng)有完備的短路、對地、缺相、過載等保護(hù)功能，這些保護(hù)功能完全可以保護(hù)到400V低壓系統(tǒng)。而400V低壓系統(tǒng)上的欠電壓保護(hù)功能的實際作用并不大，而且在發(fā)生電網(wǎng)閃絡(luò)故障時還會起到相反的作用——不該分?jǐn)嚯娐返臅r候把電路分?jǐn)嗔?，造成整個低壓系統(tǒng)失電。鑒于此解除空氣斷路器的欠壓脫扣器是非常必要的。

需要解除欠壓脫扣器的空氣斷路器包括：各配電室的進(jìn)線斷路器、給各分支配電室供電的出線斷路器。以此防止電網(wǎng)閃絡(luò)時斷路器動作，從而保證各低壓配電室的正常供電。另外，在新配電室的設(shè)計和建造時直接使用不帶欠壓脫扣裝置的空氣斷路器。

采取這項措施后，雖然近幾年來又發(fā)生了多次閃絡(luò)故障，但各配電室均保持了正常供電，電網(wǎng)閃絡(luò)對400V低壓配電系統(tǒng)的影響基本得到了解決。

5.2 利用變頻器的來電再起動功能防止焙燒爐等重要設(shè)備因閃絡(luò)而停車

公司所有的焙燒爐轉(zhuǎn)筒電機(jī)均采用變頻器控制。

在正常運(yùn)行的狀況下，發(fā)生瞬間失壓或欠壓時變頻器會立即停止輸出，欠壓保護(hù)動作。不管時間長短，即使只有幾十毫秒的時間，要重新開車，必須首先對變頻器進(jìn)行手動復(fù)位，在現(xiàn)實情況下，這需要很長時間，對焙燒爐這樣重要設(shè)備的影響是非常大的。

解決這一問題的方法就是設(shè)定變頻器的來電在起動功能(亦稱為瞬時停電再起動功能)，瞬時停電后，該功能維持，當(dāng)電源恢復(fù)時，該功能與電流限制功能同時作用，使所帶異步電動機(jī)平滑加速再起動。

例如：明電舍VT230S系列變頻器需要將功能碼C08-0設(shè)定為3；日本亞庫都電機(jī)工業(yè)株式會社生產(chǎn)的德林森MDLS230系列變頻器，應(yīng)將功能碼P1.13設(shè)定為1。

采取這項措施后，在近幾年來發(fā)生的多次閃絡(luò)故障中，焙燒爐、風(fēng)機(jī)、成膠釜、泵等用變頻器控制的設(shè)備沒有停運(yùn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5.3.1 采用帶空氣延時頭的接觸器

原理是，空氣延時頭上的延時斷開觸點并聯(lián)在接觸器自保觸點上，當(dāng)電源發(fā)生閃絡(luò)時，接觸器線圈首先因失壓而釋放，空氣延時頭開始工作，在延時沒有完成之前電源恢復(fù)供電，并聯(lián)在接觸器自保觸點上的延時斷開觸點會自動起動接觸器，從而使所帶的異步電動機(jī)恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。

例如，正泰公司生產(chǎn)的NC1、NC2系列低壓接觸器就可以采用積木式安裝方式加裝空氣延時頭。

但是，采用這種方式帶來的問題就是，正常停車時，需要長時間按停止按鈕，以躲過延時時間。因此，空氣延時頭設(shè)定的時間不宜過長，可以設(shè)為3秒左右，但最多不要超過5秒，否則會給停車操作帶來很大的不便。

公司首先在催化劑一車間的六臺喂料泵上應(yīng)用了該系列接觸器。同樣在安裝后發(fā)生的幾次電網(wǎng)閃絡(luò)后，喂料泵沒有停止運(yùn)行，取得的效果還是比較好的。

5.3.2 采用FS/E防晃電接觸器

FS/E系列防晃交流電接觸器用于交流50～60HZ，額定工作電壓至1140V的電力系統(tǒng)中接通和分?jǐn)嚯娐罚糜谶B續(xù)性生產(chǎn)作業(yè)時供電系統(tǒng)發(fā)生晃電而保持接觸器不脫扣。當(dāng)事故停電時間超過設(shè)定時間時，接觸器脫扣。0～3.0秒間調(diào)整接觸器的延時脫扣時間，出廠默認(rèn)時間為1.5秒。

FS/E接觸器的電氣接線應(yīng)按照 圖1進(jìn)行，當(dāng)出現(xiàn)接線錯誤，晃電保護(hù)將不能正常工作。(A2必須接零線)

圖1 FS/E接觸器的電氣接線

其工作原理是：FS/E接觸器是一個雙線圈結(jié)構(gòu)，電源正常狀態(tài)下，控制模塊處于儲能狀態(tài)，接觸器的啟動和停止與常規(guī)接觸器一樣，當(dāng)有“晃電”發(fā)生，使電壓降到接觸器的維持電壓以下時，控制模塊開始工作，以儲能釋放的形式保持接觸器繼續(xù)吸合。當(dāng)電源電壓恢復(fù)后，控制模塊又轉(zhuǎn)入儲能狀態(tài)。

FS/E防晃電接觸器用于公司二級泵房冷卻水泵和工業(yè)水泵的控制后，再沒有因電網(wǎng)閃絡(luò)而停運(yùn)過，從而保證了空壓機(jī)的冷卻水供應(yīng)和工業(yè)用水供應(yīng)，確保了生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行。

5.4 及時更新DCS控制系統(tǒng)的UPS電源

隨著科技發(fā)展，技術(shù)進(jìn)步，DCS在自動化生產(chǎn)中起到了至關(guān)重要的作用，為保證DCS在電網(wǎng)閃絡(luò)時運(yùn)行正常，UPS電源及時在線供電是關(guān)鍵，因此要及時更新UPS電源的控制系統(tǒng)和蓄電池，保證其具有高可靠性，從而確保DCS控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

6 結(jié)束語

同一設(shè)備對于不同類型的電網(wǎng)閃絡(luò)的反應(yīng)是不盡相同的，以上所列的應(yīng)對電網(wǎng)閃絡(luò)的措施，只是針對我們企業(yè)的實際情況提出的。不同的企業(yè)因所處的電網(wǎng)不同、所用的生產(chǎn)裝置不同、在運(yùn)的電氣設(shè)備不同，其應(yīng)對電網(wǎng)閃絡(luò)的措施也應(yīng)當(dāng)是不同的，要因地制宜的制定出適合本企業(yè)的應(yīng)對措施。

用電企業(yè)只能是在自己的設(shè)備上采取一些措施，應(yīng)對電網(wǎng)閃絡(luò)。要預(yù)防電網(wǎng)閃絡(luò)的發(fā)生，則需要發(fā)、供電單位采取積極的措施，從源頭上預(yù)防和減少發(fā)、供電環(huán)節(jié)上事故的發(fā)生，提高電網(wǎng)系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性。