淺談抗晃電技術(shù)在化工企業(yè)供配電系統(tǒng)中的運用

吳洪雨 時盛志

（1.中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719000；2.湖南中偉新能源科技有限公司，湖南長沙 410600）

0.引言

目前，隨著化工企業(yè)的高速發(fā)展，對于供配電系統(tǒng)及其電氣終端設(shè)備的穩(wěn)定運行的要求也越來越高，進(jìn)而對相關(guān)電氣技術(shù)的要求也越來越高?；て髽I(yè)一旦發(fā)生晃電事件，輕則造成生產(chǎn)中斷，影響經(jīng)濟(jì)效益，重則造成設(shè)備損害、人員傷亡，形成惡性生產(chǎn)事故，因此，推動抗晃電技術(shù)在化工企業(yè)中的有效運用對于目前的化工企業(yè)的發(fā)展十分必要。加強(qiáng)對抗晃電技術(shù)的研究，推動抗晃電技術(shù)的進(jìn)步，提出抗晃電技術(shù)在化工企業(yè)配電系統(tǒng)中的有效運用策略是目前要研究的重要內(nèi)容。

1.電力系統(tǒng)產(chǎn)生晃電事故的原因分析

1.1 電力系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生晃電的原因

（1）在陰雨天氣受到雷電沖擊，大電流沖擊引起繼電保護(hù)裝置動作后再重合閘；（2）電力系統(tǒng)由于自身的絕緣問題發(fā)生嚴(yán)重的短路故障，產(chǎn)生間歇性對地放電，形成大電流沖擊，造成供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定；（3）供電線路受到異物干擾形成相間短路，比如大風(fēng)刮起的帶狀物體纏繞在兩相之間，蛇類或者鳥類動物在室外架空線路上形成的兩相短路；（4）配電系統(tǒng)中有大容量電動機(jī)直接啟動，產(chǎn)生瞬間大電流的沖擊，將10kV系統(tǒng)的母線段電壓瞬間拉低，部分設(shè)備由于低電壓保護(hù)啟動跳閘。

1.2 電力系統(tǒng)晃電的表現(xiàn)形式

（1）發(fā)生電壓的突然急劇上升或者急劇下降，且持續(xù)時間為0.5個周波至60s左右，電壓上升或下降的數(shù)值達(dá)到額定電壓的110%～180%或10%～90%范圍。（2）電壓發(fā)生閃變，一般情況下表現(xiàn)在人類眼睛對電壓波動瞬間所引起的照明亮度出現(xiàn)異常閃爍而產(chǎn)生的視覺感受，電壓的幅值會出現(xiàn)一系列的隨機(jī)變化或者電壓波形的包絡(luò)線會呈現(xiàn)出有規(guī)則的變化。（3）短時斷電，斷電時間持續(xù)為0.5個周波至3s并引起重合閘動作或者備自投動作的現(xiàn)象。

2.電力系統(tǒng)晃電所產(chǎn)生的影響

（1）化工企業(yè)0.4kV電動機(jī)的控制絕大部分都是采用交流接觸器的方式，當(dāng)出現(xiàn)晃電現(xiàn)象時，由于電壓暫降或短時失電，此時將使得釋放彈簧的彈力大于線圈對鐵芯的吸力，這將造成接觸器失壓釋放，導(dǎo)致大批電動機(jī)失壓停機(jī)，嚴(yán)重影響化工裝置的長周期穩(wěn)定運行，大幅增加生產(chǎn)成本，甚至?xí)斐稍O(shè)備故障或者人員傷亡事故。根據(jù)試驗分析統(tǒng)計，一般交流接觸器在供電電壓低于其線圈額定電壓的50%時，且持續(xù)時間超過一個周波時其接觸器將會釋放。當(dāng)線圈供電電壓低于其線圈額定電壓的80%時，且持續(xù)5個周期時接觸器也會被釋放。（2）化工企業(yè)中有很多重要設(shè)備都采用變頻器來控制電動機(jī)或者風(fēng)機(jī)的速度，一般情況下，變頻器內(nèi)部設(shè)置有低壓、過壓以及瞬間斷電的保護(hù)功能，當(dāng)選用GTR作為變頻器的逆變器功率元件時，一旦出現(xiàn)低壓情況(指U＜0.7倍額定電壓)或停電，控制電路向驅(qū)動電路輸出的信號將停止，此時變頻器的驅(qū)動電路和GTR功率元件全部停止工作，電動機(jī)失壓后則會處于自由制動狀態(tài);當(dāng)選用IGBT作為逆變器功率元件時，當(dāng)變頻器出現(xiàn)失壓或斷電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個短時間td，若失壓或停電時間to>td，變頻器則會自我保護(hù)停止運行。（3）晃電時由于電壓低，會導(dǎo)致電動機(jī)過電流，從而使電動機(jī)熱保護(hù)動作而跳閘。

3.變頻器抗晃電技術(shù)在鍋爐配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

根據(jù)電力行業(yè)《發(fā)電廠變電站輔機(jī)變頻器高低電壓穿越技術(shù)規(guī)范》要求：電廠鍋爐給煤機(jī)變頻器在進(jìn)線電源電壓跌落到不低于20%額定電壓，持續(xù)時間不大于0.5s的區(qū)域內(nèi)；電壓跌落到不低于60%額定電壓，持續(xù)時間不大于5s的區(qū)域內(nèi)；電壓跌落到不低于90%額定電壓，持續(xù)時間大于10s的區(qū)域內(nèi)；電源電壓升高到不低于130%額定電壓，持續(xù)時間不大于0.5s的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)能保障供電對象的連續(xù)穩(wěn)定運行[1-2]。

3.1 電力系統(tǒng)概況

我公司熱電中心共有4臺480T/H高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，兩臺100MW汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，擔(dān)負(fù)著整個化工裝置的供電和供汽任務(wù)。每臺鍋爐有6臺給煤機(jī)，每臺給煤機(jī)電機(jī)功率3kW，并由ABB ACS550變頻器驅(qū)動控制。2019年對鍋爐給煤機(jī)變頻器進(jìn)行抗晃電改造，目前運行狀況良好。

3.2 電網(wǎng)取能型變頻器抗晃電技術(shù)原理及應(yīng)用

電網(wǎng)電壓跌落到20%～90%范圍內(nèi)系統(tǒng)瞬時[＜200us]電網(wǎng)取能型變頻器抗晃電裝置啟動工作，通過整流控制將電氣系統(tǒng)交流殘壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，維持變頻器直流母線電壓在DC500V左右，保證變頻器正常運行10s（10s～60s可調(diào)），滿足電力行業(yè)規(guī)范要求。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，系統(tǒng)自動退出工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，變頻器自動轉(zhuǎn)換由電網(wǎng)供電。當(dāng)變頻器停止運行時，系統(tǒng)自動退出，轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)。原理圖1所示。

圖1 抗晃電裝置系統(tǒng)原理圖

根據(jù)我公司現(xiàn)場情況，變頻器控制電源從ups或直流屏取電改造施工難度較大，且增加了自身系統(tǒng)的故障點，為保證在電網(wǎng)電壓跌落時變頻器控制系統(tǒng)正常工作，控制電源設(shè)計為電源一部分取自電網(wǎng)變壓后AC220V，另一部分取自抗晃電裝置輸出端直流電源，通過直流變壓、逆變，輸出的AC220V電源。當(dāng)電網(wǎng)電壓正常情況下，控制回路由電網(wǎng)變壓后的AC220V供電，當(dāng)電壓下降至設(shè)定值以下控制回路由抗晃電裝置系統(tǒng)供電。

3.3 電網(wǎng)取能型變頻器抗晃電技術(shù)要求

電網(wǎng)取能型變頻器抗晃電裝置為給煤機(jī)變頻器提供穩(wěn)定的后備動力電源，設(shè)備模塊化設(shè)計，便于日常維護(hù)。在投入工作同時不產(chǎn)生較大電流以免對廠用供電系統(tǒng)造成沖擊，裝置應(yīng)具有故障隔離能力，在抗晃電裝置自身出現(xiàn)故障時不能影響到給煤機(jī)變頻器的正常運行。在電網(wǎng)電壓正常時不干擾給煤機(jī)變頻器正常運行，同時確保在電網(wǎng)電壓跌落時給煤機(jī)變頻器平穩(wěn)運行，輸出恒定的轉(zhuǎn)速。因運行人員正常操作啟停輔機(jī)或鍋爐MFT動作導(dǎo)致給煤機(jī)變頻器聯(lián)跳時抗晃電裝置應(yīng)退出運行。

3.4 電網(wǎng)取能型變頻器抗晃電技術(shù)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：利用電氣系統(tǒng)殘壓經(jīng)過整流提高直流輸出電壓，滿足變頻器直流母線電壓及控制系統(tǒng)電壓要求，維持變頻器在一定時間內(nèi)正常運行，不需要另外安裝直流電池進(jìn)行支撐。并且控制電源由本裝置提供，無需單獨配置UPS。具有投資小、可靠性高、維護(hù)方便等特點。缺點：只能在給煤機(jī)等小功率電氣設(shè)備使用，否則將會使系統(tǒng)殘壓降得更低，引起大面積停電。

4.結(jié)語

伴隨化工企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，對于電氣設(shè)備的可靠性要求也隨之提高，但是由于局部的控制技術(shù)或者控制設(shè)備還不是太成熟，因電力系統(tǒng)電壓波動導(dǎo)致的電氣設(shè)備的停機(jī)故障時有發(fā)生，這嚴(yán)重影響化工企業(yè)的長周期穩(wěn)定運行?？够坞娂夹g(shù)在化工企業(yè)配電系統(tǒng)中的有效運用，可以有效地推動化工企業(yè)電氣設(shè)備的工作效率的提升，從而降低化工企業(yè)的經(jīng)營成本，有利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。加強(qiáng)對抗晃電技術(shù)的理論研究，對于其推廣應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義。