王志國(guó)，史首田，孫大偉

(中鹽內(nèi)蒙古化工股份有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善 750336)

1 “晃電”的概念及類型

當(dāng)供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中受到雷擊、對(duì)地短路故障、重合閘備自投、企業(yè)內(nèi)外部的電網(wǎng)故障、大型設(shè)備起動(dòng)等的沖擊下，會(huì)造成系統(tǒng)電壓短時(shí)間內(nèi)的大幅度波動(dòng)或瞬間失電又恢復(fù)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象通常稱為“晃電”。

“晃電”的類型。(1)電壓驟降、驟升。持續(xù)時(shí)間半個(gè)周期至1 min，電壓上升或下降至標(biāo)稱電壓的110%～180%或10%～90%。(2)電壓閃變。電壓波形包絡(luò)線呈規(guī)則變化或電壓幅值一系列的隨機(jī)變化，一般表現(xiàn)為人眼對(duì)電壓波動(dòng)所引起的照明異常而產(chǎn)生的視覺(jué)感受。(3)短時(shí)斷電。持續(xù)時(shí)間在半個(gè)周期至3 s的供電中斷(如備自投、重合閘等)。

2 “晃電”對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的危害

中鹽內(nèi)蒙古化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“公司”)是大型鹽化工企業(yè)，在連續(xù)生產(chǎn)中，大量設(shè)備在工藝流程上不允許電動(dòng)機(jī)跳閘停機(jī)?！盎坞姟笨梢鸾涣鹘佑|器釋放、斷路器跳閘，造成電機(jī)停轉(zhuǎn)、裝置停電，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，給正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，造成經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡，因此解決困擾公司“晃電”的問(wèn)題，是確保連續(xù)、安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

3 “晃電”造成跳閘停機(jī)的原因分析

(1)智能型萬(wàn)能斷路器跳閘。公司各生產(chǎn)單位的電源開(kāi)關(guān)基本上都是智能型萬(wàn)能斷路器，部分是裝有欠壓脫扣器的智能型萬(wàn)能斷路器，可能會(huì)由于延時(shí)跳閘時(shí)間設(shè)置過(guò)短無(wú)法躲過(guò)“晃電”，當(dāng)電源失電或“晃電”時(shí)，欠壓脫扣器銜鐵在彈簧的帶動(dòng)下釋放，然后帶動(dòng)跳閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作，智能型萬(wàn)能斷路器跳閘，導(dǎo)致該斷路器所接帶的設(shè)備停轉(zhuǎn)或裝置停電，影響生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)電磁式交流接觸器釋放(對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)的影響)。公司大部分低壓電動(dòng)機(jī)都是由電磁式交流接觸器控制，由于電磁式交流接觸器的工作原理特點(diǎn)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)“晃電”時(shí)，會(huì)造成接觸器工作線圈短時(shí)斷電或電壓過(guò)低，致使靠電流維持吸的動(dòng)、靜鐵芯吸力小于釋放彈簧的彈力，接觸器釋放，導(dǎo)致該接觸器所接帶的設(shè)備停轉(zhuǎn)，影響生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

電磁式交流接觸器的動(dòng)作特性。國(guó)際IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定額定電壓的80%為臨界可靠吸合電壓，臨界釋放電壓為額定工作電壓的20%～70%，現(xiàn)場(chǎng)使用的電磁式交流接觸器—般在標(biāo)稱的電壓50%釋放。接觸器容量越大釋放電壓值越高，而且具有不可恢復(fù)性，即當(dāng)電壓到達(dá)釋放值，彈簧開(kāi)始釋放，即使電壓開(kāi)始恢復(fù)但不能瞬變，輔助點(diǎn)已經(jīng)打開(kāi)，電磁鐵短時(shí)不能恢復(fù)磁力，接觸器觸點(diǎn)也不能重新吸合。所以因“晃電”導(dǎo)致電磁式交流接觸器釋放而設(shè)備停機(jī)是由其工作原理所致。

(3)變頻器調(diào)節(jié)控制低電壓故障停機(jī)。公司有部分電動(dòng)機(jī)采用變頻器調(diào)節(jié)控制，由于一般的變頻器都具有過(guò)壓、失壓和瞬間停電的保護(hù)功能，當(dāng)變頻器的逆變器件為GTR時(shí)，一旦失壓(指電壓下降至額定電壓的70%，個(gè)別變頻器為76%)或停電，控制電路將停止向驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)電路和GTR全部停止工作，電動(dòng)機(jī)將處于自由制動(dòng)狀態(tài)；逆變器件為IGBT時(shí)，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個(gè)短時(shí)間td，若失壓或停電時(shí)間totd，變頻器自我保護(hù)停止運(yùn)行。在電源“晃電”較為強(qiáng)烈時(shí)，有可能使變頻器調(diào)節(jié)控制的電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，影響生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)綜合保護(hù)裝置低電壓保護(hù)跳閘(對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)的影響)。公司10 kV高壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置都有低電壓保護(hù)跳閘，高壓電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)定值設(shè)定為額定電壓的65%～70%，時(shí)限為0.5 s。當(dāng)“晃電”發(fā)生致使電壓值降至保護(hù)定值以下、時(shí)限0.5 s時(shí)，高壓電動(dòng)機(jī)就會(huì)被切除。由于電力系統(tǒng)備自投或重合閘技術(shù)的局限，“晃電”發(fā)生后恢復(fù)供電時(shí)間一般在1 s以后甚至更長(zhǎng)，從而造成高壓電動(dòng)機(jī)停運(yùn)，影響生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

(5)“晃電”時(shí)由于電壓低，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)電流，從而使電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)動(dòng)作而跳閘。但這種情況很少出現(xiàn)，因此在這里不再討論。

4 “晃電”造成跳閘的解決措施

4.1 針對(duì)智能型萬(wàn)能斷路器問(wèn)題的改進(jìn)措施

(1)取消失壓脫扣器的銜鐵，可防止因釋放導(dǎo)致的斷路器跳閘。但是這樣在系統(tǒng)永久失電時(shí)，斷路器也不會(huì)跳了，會(huì)造成不安全因素，不可取，放棄。

(2)采用UPS系統(tǒng)給失壓脫扣器供電的方法，但此種方法設(shè)備接線復(fù)雜、可靠性差，放棄。

(3)將失壓脫扣器線圈電源改為直流電源，在該線圈上并聯(lián)一貯能電容，當(dāng)系統(tǒng)電壓過(guò)低時(shí)，貯能電容就自動(dòng)向失壓脫扣器線圈放電，維持其吸合，當(dāng)電容電壓下降到失壓脫扣器的維持電壓時(shí)，斷路器跳閘。此方法接線簡(jiǎn)單、可靠性高，既能躲過(guò)“晃電”，又可以再在系統(tǒng)永久失電時(shí)跳閘，可以滿足要求。

具體解決方案：

根據(jù)磁通勢(shì)公式F=NI(N——線圈匝數(shù)，I——線圈電流)當(dāng)線圈匝數(shù)不變的情況下如果通過(guò)電流相等，則1 s 220 μF<1 s；1 000 μF，2 s；2 200 μF，5 s。由于“晃電”時(shí)間一般不大于3 s，因此選擇2 200 μF、50 V的電容就可滿足要求。

4.2 針對(duì)電磁式交流接觸器問(wèn)題的改進(jìn)措施

(1)采用UPS系統(tǒng)給電磁式交流接觸器線圈供電的方法，但此方法設(shè)備接線復(fù)雜、可靠性差，放棄。

(2)將各生產(chǎn)單位現(xiàn)有的電磁式交流接觸器全部更換為FS/E系列抗“晃電”交流接觸器。FS/E系列抗“晃電”交流接觸器用于交流50 Hz、60 Hz，額定工作電壓至1 140 V的電力系統(tǒng)中接通和分?jǐn)嚯娐?，用于連續(xù)性生產(chǎn)作業(yè)線因雷擊、短路重合等供電系統(tǒng)發(fā)生的瞬間失壓、失電(俗稱“晃電”)保持接觸器不脫扣。而操作接通、分?jǐn)嗯c常規(guī)接觸器完全相同。當(dāng)事故停電超過(guò)定時(shí)限時(shí)間時(shí)，接觸器脫扣，可達(dá)到躲過(guò)“晃電”保持連續(xù)生產(chǎn)不停機(jī)的目的。但此方法投資大、工作量大，實(shí)施起來(lái)很困難，故暫時(shí)放棄。可在以后陸續(xù)更換接觸器的過(guò)程中逐步實(shí)施。

(3)采用LA3-D型空氣延時(shí)頭對(duì)電路進(jìn)行改造，可以組成一種抗“晃電”的電路。LA3-D型空氣延時(shí)頭其本身不帶線圈，可以是配合JZC4、CJX2系列等常見(jiàn)的電磁式交流接觸器組合成延時(shí)接觸器，時(shí)間繼電器模塊的觸點(diǎn)為延時(shí)開(kāi)啟動(dòng)合觸點(diǎn)，延時(shí)時(shí)間0.1 s～30 s。把空氣延時(shí)頭的觸點(diǎn)并聯(lián)到電磁式交流接觸器的自保持觸點(diǎn)上，當(dāng)電壓恢復(fù)后能把電機(jī)啟動(dòng)起來(lái)，同時(shí)，電磁式交流接觸器的保持輔助觸頭閉合，空氣延時(shí)頭的常開(kāi)觸頭閉合，完成“晃電”再啟動(dòng)動(dòng)作。如果系統(tǒng)發(fā)生“晃電”后，系統(tǒng)電壓未在設(shè)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，則空氣延時(shí)頭的常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，不會(huì)再啟動(dòng)。此種方法投資小、工作量小，可在關(guān)鍵低壓電氣設(shè)備的電磁式交流接觸器控制上實(shí)施。

(4)利用低壓綜保再啟動(dòng)，使已脫扣的接觸器待電壓恢復(fù)后自動(dòng)重合，達(dá)到低壓電動(dòng)機(jī)抗“晃電”的目的。

以上四種方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)分批啟動(dòng)，都是一個(gè)群起的過(guò)程，對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，因此不宜設(shè)置太多，要視系統(tǒng)容量和工藝需求來(lái)確定最佳數(shù)量。如果因工藝原因再起動(dòng)的電機(jī)數(shù)量較大時(shí)，必須采用低壓電動(dòng)機(jī)再起動(dòng)集中控制裝置(即措施五)，使電動(dòng)機(jī)分批啟動(dòng)，防止電動(dòng)機(jī)群起危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

(5)利用控制柜分批啟動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)防范大功率機(jī)電設(shè)備“晃電”現(xiàn)象發(fā)生的重要途徑和手段。當(dāng)整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)“晃電”時(shí)，控制人員可以在允許時(shí)間內(nèi)設(shè)定控制柜分批啟動(dòng)參數(shù)的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)該設(shè)備按照預(yù)先設(shè)定的內(nèi)容及步驟逐次啟動(dòng)已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，從而保證企業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性。如果斷電時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，控制柜將會(huì)因?yàn)閰?shù)小于斷電時(shí)間而無(wú)法按照程序啟動(dòng)電機(jī)，此時(shí)為了保證電機(jī)不會(huì)被燒壞或者是防止人為惡意行為出現(xiàn)，將會(huì)自動(dòng)閉鎖再啟動(dòng)程序，同時(shí)通過(guò)有線或者是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)管理員報(bào)警，在判明故障點(diǎn)位后實(shí)施人工干預(yù)處理以重新恢復(fù)供電。針對(duì)當(dāng)前公司生產(chǎn)實(shí)際情況而言，后一種人工干預(yù)事件發(fā)生幾率微乎其微，因而可以將其與控制柜分批啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的矛盾排除在外。所以控制柜分批啟動(dòng)技術(shù)能夠針對(duì)電網(wǎng)短時(shí)間“晃電”發(fā)揮出良好的防“晃電”作用，值得在公司防“晃電”工作中加以推廣使用。

因此，針對(duì)電磁式交流接觸器問(wèn)題的改進(jìn)措施，建議采用(3)與(5)相結(jié)合的方式，解決低壓電動(dòng)機(jī)因“晃電”跳閘停轉(zhuǎn)的問(wèn)題。

4.3 針對(duì)變頻器調(diào)節(jié)控制低電壓故障停機(jī)問(wèn)題的改進(jìn)措施

建議對(duì)公司關(guān)鍵設(shè)備的變頻器裝置進(jìn)行梳理，看變頻器是否具備以下兩個(gè)條件：一是逆變器件是否為IGBT；二是是否有直流支撐系統(tǒng)DC-BANK。如果具備，通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)置，可以解決變頻器的防“晃電”問(wèn)題。

4.4 針對(duì)綜合保護(hù)裝置低電壓保護(hù)跳閘問(wèn)題的改進(jìn)措施

(1)在10 kV裝置配電室安裝“快切裝置”，即將母聯(lián)的備自投裝置更換為“快切裝置”，解決高壓電動(dòng)機(jī)抗“晃電”的問(wèn)題。快切裝置切換動(dòng)作需要兩個(gè)條件：一是啟動(dòng)判據(jù)，即發(fā)生“晃電”時(shí)，需要提供給快切裝置一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)；二是合上備用電源的條件，即待并的兩條線路電源電壓之間的相差、角差、頻差滿足快切裝置合閘設(shè)定的條件，才能合上備用電源。在這兩個(gè)條件中，啟動(dòng)判據(jù)最為重要，它是決定快切裝置能否在“快速切換區(qū)域”合上備用電源、解決高壓電動(dòng)機(jī)抗“晃電”的關(guān)鍵。

選定既能保護(hù)線路全線又無(wú)動(dòng)作時(shí)限的速動(dòng)保護(hù)裝置即光纖差動(dòng)保護(hù)來(lái)作為快切裝置的啟動(dòng)判據(jù)，可以解決內(nèi)部線路“晃電”的問(wèn)題；選定電動(dòng)機(jī)逆功率(根據(jù)廠用電母線進(jìn)線入口處三相短路時(shí)反饋電流的方向與正常電流的方向相反的特點(diǎn)構(gòu)成能夠快速啟動(dòng)的逆功率啟動(dòng)判據(jù))作為啟動(dòng)判據(jù)，可以解決外電網(wǎng)或外部線路“晃電”的問(wèn)題；選定“無(wú)流”(通過(guò)檢測(cè)進(jìn)線電流“從有到無(wú)”的變化過(guò)程作為快切裝置的啟動(dòng)判據(jù))作為啟動(dòng)判據(jù)，可以解決誤操作和線路開(kāi)關(guān)偷跳造成的“晃電”的問(wèn)題。

此措施必須考慮當(dāng)一段母線“晃電”跳閘，另一段母線的電源電纜、開(kāi)關(guān)容量、母線容量、變壓器容量等能否承擔(dān)兩段母線全部負(fù)荷的問(wèn)題。如果不能承擔(dān)，則此方法無(wú)法實(shí)施。

(2)利用母線上的電壓互感器來(lái)監(jiān)視電壓的變化，加裝時(shí)間繼電器，通過(guò)時(shí)間繼電器的延時(shí)作用，當(dāng)出現(xiàn)“晃電”時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間后再動(dòng)作于斷路器跳閘，就可實(shí)現(xiàn)斷電延時(shí)自起動(dòng)功能。通過(guò)科學(xué)設(shè)置低電壓保護(hù)定值，避免低電壓保護(hù)不必要的動(dòng)作，減少“晃電”產(chǎn)生。采用微機(jī)備自投綜合保護(hù)裝置，解決回路中接點(diǎn)故障率高的問(wèn)題，提高綜合判斷的能力和保護(hù)動(dòng)作的可靠性。同時(shí)要科學(xué)合理設(shè)置微機(jī)保護(hù)合閘脈沖時(shí)間。此措施投資小、工作量小，可在關(guān)鍵高壓電氣設(shè)備上實(shí)施。