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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:大慶油田電網(wǎng)連接的石油石化、天然氣等用電負荷的生產(chǎn)過程具有連續(xù)性，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的建立息息相關(guān)，生產(chǎn)工藝流程中任何一個環(huán)節(jié)出了問題都會影響或終止設(shè)備的運轉(zhuǎn)。如何防止電網(wǎng)晃電發(fā)生和發(fā)生晃電時如何保證敏感負荷的設(shè)備正常運行是研究的主要問題。
1電網(wǎng)晃電的概念
晃電是電網(wǎng)電壓暫降的一種表現(xiàn)，通?；坞姇r系統(tǒng)電壓突降到額定電壓的0.1～0.9倍，經(jīng)過短時間（10ms～1min）后電壓又恢復到正常數(shù)值。其產(chǎn)生的原因有雷擊、短路和大負荷起動等情況。
1.1抗晃電與自啟動的區(qū)別
1）電壓暫降時間的區(qū)別。抗晃電主要針對0.5s以下的低電壓、瞬時失電壓和電壓凹陷等短時電源瞬時故障，自起動主要針對備用電源自動投切或重合閘引發(fā)的1～10s的瞬時故障。
2）應(yīng)用負荷對象的區(qū)別?？够坞姡荷a(chǎn)連續(xù)保障型，通過對大部分電動機進行延時設(shè)定，對0.5s以下的瞬時失電壓電動機可以再加速起動，確保生產(chǎn)連續(xù)運行。自起動：生產(chǎn)安全保障型，通常安裝在重要電動機的負荷上，在瞬時失電壓1s以上后重新起動重要負荷，保證安全生產(chǎn)。
3）對電網(wǎng)沖擊的區(qū)別?？够坞娝槍Φ乃矔r失電壓時間較短，一般小于0.5s，對電網(wǎng)的影響可忽略不計，恢復后不用檢測電網(wǎng)進線電壓的閾值。自起動針對瞬時失電壓時間較長，一般在1s以上，電動機轉(zhuǎn)速下降較大，一般需要考慮重啟后對電網(wǎng)的影響。通常情況下，應(yīng)計算負荷容量后再分別重啟，恢復后需檢測電網(wǎng)進線電壓閾值。
1.2電網(wǎng)晃電對石油石化企業(yè)生產(chǎn)的影響
1）生產(chǎn)中斷。正常的電網(wǎng)電壓基本保持穩(wěn)定，在晃電時電網(wǎng)電壓明顯降低。目前，大部分石油石化企業(yè)裝置的電動機采用真空斷路器、交流接觸器等控制起動和軟起動模塊，設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時，電壓突降導致交流接觸器、變頻調(diào)速器和真空斷路器停止工作，設(shè)備立刻停止運轉(zhuǎn)，關(guān)鍵設(shè)備的停機導致重要的生產(chǎn)單元，甚至整個生產(chǎn)裝置停止運轉(zhuǎn)，化工生產(chǎn)過程被迫中斷，造成巨大損失。
2）設(shè)備損壞?；坞妼κ褪a(chǎn)設(shè)備造成巨大損害，主要集中在電動機、給水泵和鍋爐等需要軸瓦潤滑的設(shè)備。在晃電瞬間潤滑油泵電動機接觸器因欠電壓釋放，油泵停止運行，軸瓦較容易因缺油而損壞。
3）火災(zāi)、爆炸事故。電網(wǎng)發(fā)生晃電時，系統(tǒng)電壓突降產(chǎn)生大電流超出設(shè)備的額定電流，造成設(shè)備過熱，而石油石化生產(chǎn)裝置大部分是密閉空間，較容易引發(fā)火災(zāi)或者爆炸事故。
2電網(wǎng)晃電統(tǒng)計分析及應(yīng)對措施
2.1電網(wǎng)晃電統(tǒng)計分析
圖1國內(nèi)石油石化企業(yè)晃電事件統(tǒng)計圖
如圖1所示，對國內(nèi)石油石化企業(yè)1010個晃電事件進行統(tǒng)計采樣。電壓暫降到額定電壓50%以上，且持續(xù)時間在0.5s以下的晃電事件有790個點，占總數(shù)的78.22%；持續(xù)時間在1s以下的有830個點，占總數(shù)的82.18%；持續(xù)時間在2s以下的有849個點，占總數(shù)的84.06%。電壓暫降到額定電壓50%以下，且持續(xù)時間在0.5s以下的晃電事件有152個點，占總數(shù)的15.05%；持續(xù)時間在0.5s以上的有7個點，占總數(shù)的0.7%。通過分析，可以看出：
1）絕大多數(shù)晃電事件集中在0.5s以內(nèi)（約占93%），可通過抗晃電措施進行預防。
2）絕大多數(shù)晃電事件為電壓暫降到50%以上的輕微晃電（約占84%），可通過成本較低的抗晃電接觸器等措施減小損失。
3）電壓暫降到50%以下的嚴重失電壓情況概率較低（約占16%），其中持續(xù)時間在0.5s以上的情況更少（約占0.7%）。
2.2應(yīng)對措施
1）對電壓暫降到50%以上的絕大多數(shù)事件，可考慮采用抗晃電接觸器或在電動機的控制回路中加裝再起動控制器等方法，增加斷電延時，避免電動機因短時低電壓停機。
2）對電壓暫降到50%以下，且持續(xù)時間在0.5s以下的事件，可考慮對重要負荷加裝動態(tài)電壓暫降補償器或電壓暫降綜合控制器等方法，對電源電壓補償，避免電動機因失電壓停機，如圖2所示。
圖2動態(tài)電壓暫降補償示意圖
3）對電壓暫降到50%以下，且持續(xù)時間在0.5s以上的事件，主要原因是繼電保護整定時間大于0.5s的相鄰線路發(fā)生了短路?？煽紤]對相鄰的長時限線路加裝快速保護，減少對敏感負荷的晃電沖擊。目前油田化工區(qū)負荷主要由電業(yè)局繁榮變和電力集團宏偉熱電廠系統(tǒng)連接。110kV系統(tǒng)與油田接口電源除建新甲乙線、讓馬線外，主保護都裝設(shè)了光纖縱差或橫差保護，此前相關(guān)部門已決定由煉化公司投資在建新甲乙線裝設(shè)光纖縱差保護。35kV相關(guān)系統(tǒng)興勝一次變、龍虎泡一次變電站和電業(yè)局讓變電站有10條35kV出線主保護時間為1s；6（10kV）系統(tǒng)馬鞍山一次變電站和建新一次變電站的部分6kV出線的主保護時間為0.6s?？煽紤]加裝快速保護，來減少對化工區(qū)生產(chǎn)設(shè)備的晃電沖擊。
3有關(guān)建議
1）晃電對電壓質(zhì)量要求較高用戶的影響巨大。大慶石油石化企業(yè)是國家能源的重要生產(chǎn)單位，多年來受晃電影響，應(yīng)重視該問題的解決。
2）國內(nèi)外對晃電制定了相應(yīng)的標準，研究出治理措施，并在一些重要負荷上應(yīng)用取得成效。但整體解決方案存在投入較高、改造技術(shù)復雜等難題。
3）建議結(jié)合大慶油田石油石化負荷的生產(chǎn)實際，對特別重要負荷加裝動態(tài)電壓暫降補償器或電壓暫降綜合控制器，有效降低電網(wǎng)晃電的影響。
4）建議大慶油田電網(wǎng)對重要35kV和6kV線路加裝快速保護，減少對石油石化企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的晃電沖擊。
4安科瑞智能電動機保護器介紹
4.1產(chǎn)品介紹
智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術(shù)，具有抗干擾、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。
4.2技術(shù)參數(shù)
4.2.1數(shù)字式電動機保護器
技術(shù)參數(shù) | 技術(shù)指標 | |||
ARD2(L) | ARD2F | ARD3 | ||
輔助電源 | 電壓 | AC85V~265V/DC100V~350V | ||
功耗 | ≤7VA | ≤15VA | ||
額定工作電壓 | AC380V/AC660V，50Hz/60Hz | |||
額定工作電流 | 1A（0.1～9999） | |||
5A（0.1～9999） | ||||
1.6A（0.4A～1.6A） | ||||
6.3A（1.6A～6.3A） | ||||
25A（6.3A～25A） | ||||
100A（25A～100A） | ||||
250A（63A～250A） | ||||
800A（250A～800A） | ||||
繼電器輸出觸點容量 | AC250V/3A；DC30V/3A | AC250V/6A | ||
開關(guān)量輸入 | 2路 | 9路 | ||
環(huán)境 | 工作溫度：-10oC～55oC | |||
貯存溫度：-20oC～65oC | ||||
相對濕度：5﹪～95﹪不結(jié)露 | ||||
海拔高度：≤2000m | ||||
污染等級 | 2 | |||
防護等級 | IP20 | 主體IP20,顯示單元IP45 | ||
安裝類別 | III級 | |||
4.2.2模塊式電動機保護器
技術(shù)參數(shù) | 技術(shù)指標 | ||
ARD3T輔助電源 | AC/DC110/220V或AC380V，功耗≤15VA | ||
電機額定工作電壓 | AC380V/660V，50Hz/60Hz | ||
電動機額定工作電流 | 1.6（0.40A-2.00A） | 使用測量模塊測量 | |
6.3（1.6A-6.3A） | |||
25（6.3A-25A） | |||
100（25A-100A） | |||
250（63A-250A） | 采用外置電流互感器+測量模塊 | ||
800（250A-800A） | |||
漏電 | 50mA-1A | 采用測量模塊+漏電流互感器 | |
3A-30A | |||
繼電器輸出觸點容量 | 阻性負載 | AC250V、6A；DC24V、6A | |
感性負載 | AC250V、2A；DC24V、2A | ||
主體開關(guān)量輸入、輸出 | 4DI、4DO，DI可以為干節(jié)點或濕節(jié)點 | ||
開關(guān)量模塊 | 4DI、3DO，DI可以為干節(jié)點或濕節(jié)點 | ||
溫度模塊 | 外接傳感器類型：PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC 傳感器路數(shù)：3路 傳感器對應(yīng)測量范圍： PT100/PT1000：-50°C～+500°C Cu50：-50°C～+150°C PTC/NTC：100Ω～30kΩ | ||
模擬量模塊 | 可實現(xiàn)：2路4～20mA輸入測量，2路4～20mA變送輸出4～20mA輸入測量精度±0.5%4～20mA輸出帶載能力為≤500Ω | ||
主體通訊 | RS485：Modbus-RTU | ||
通訊模塊 | RS485：雙Modbus-RTU、Profibus | ||
環(huán)境 | 工作溫度 | -10oC～55oC | |
貯存溫度 | -25oC～65oC | ||
相對濕度 | ≤95﹪不結(jié)露，無腐蝕性氣體 | ||
海拔 | ≤2000m | ||
污染等級 | 3級 | ||
防護等級 | 主體IP20，分體顯示模塊IP45（安裝在柜體上） | ||
安裝類別 | III級 | ||
4.3產(chǎn)品選型
功能 | ARD2 | ARD2L | ARD2F | ARD3 | ARD3T | ||
應(yīng)用場合 | 低壓0.4kv-1.14kv電動機保護 | ||||||
保護功能 | 起動超時 | √ | √ | √ | √ | √ | |
過載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
欠載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
短路 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
阻塞 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
堵轉(zhuǎn) | √ | √ | √ | √ | √ | ||
不平衡 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
反饋超時 | √ | ||||||
外部故障 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
模塊結(jié)構(gòu)故障 | √ | ||||||
內(nèi)部故障 | √ | ||||||
過壓 | ■ | ■ | ■ | ||||
欠壓 | ■ | ■ | ■ | ||||
斷相 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
相序 | ■ | ■ | ■ | ||||
過功率 | ■ | ■ | |||||
欠功率 | ■ | ■ | ■ | ||||
tE時間 | ■ | ■ | ■ | ||||
主體溫度保護 | ■ | ■ | √ | ||||
主體溫度傳感器故障 | √ | ||||||
模塊溫度保護 | ■ | ||||||
模塊溫度傳感器故障 | ■ | ||||||
報警 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
失壓重起（抗晃電） | ■ | ■ | ■ | ||||
4-20mA輸入保護 | ■ | ||||||
剩余電流 （選一種） | 接地 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
通訊功能 | Modbus_RTU | ■ | ■ | ■ | ■ | √ | |
雙Modbus_RTU | ■ | ■ | |||||
開關(guān)量 輸入 | 2路 | ■ | ■ | ||||
6路 | |||||||
8路 | 4路標配4路選配 | ||||||
9路 | ■ | √ | |||||
繼電器 輸出 | 4路 | 2路標配 2路選配 | |||||
5路 | 2路標配 3路選配 | √ | |||||
6路 | |||||||
7路 | 4路標配3路選配 | ||||||
液位信號輸入 | 浮球式液位傳感器輸入 | ||||||
干簧式液位傳感器輸入 | |||||||
液位變送輸入 | |||||||
起動控制 | ■ | √ | √ | ||||
4-20mA模擬量輸出 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
事件記錄 | 8條事件記錄 | ■ | ■ | √ | |||
20條事件記錄 | ■ | ■ | |||||
運行信息記錄 | √ | √ | √ | ||||
邏輯功能 | 定時器 | √ | |||||
計數(shù)器 | √ | ||||||
真值表 | √ | ||||||
參數(shù)測量 | 三相電流 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電流 | ■ | ■ | ■ | ||||
三相電壓 | ■ | ■ | ■ | ||||
功率、功率因數(shù) | ■ | ■ | ■ | ||||
頻率 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
電能 | ■ | ■ | |||||
PTC/NTC | ■ | ■ | √ | ||||
4-20mA輸入 | ■ | ||||||
測溫模塊 | ■ | ||||||
液位高度 | |||||||
界面顯示 | LED數(shù)碼管顯示 | √ | |||||
LCD液晶顯示 | √ | ■ | ■ | ■ | |||
說明：“√"表示具備，“■"表示可選。
5結(jié)語
綜上所述，抗晃電應(yīng)用技術(shù)成效顯著，在煤化工領(lǐng)域應(yīng)用價值較高，結(jié)合現(xiàn)狀來看，實施抗晃電技術(shù)，可以助力企業(yè)安全生產(chǎn)，同時讓企業(yè)生產(chǎn)保持高效。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，煤
化工生產(chǎn)規(guī)模加大，在這樣的背景下，生產(chǎn)連續(xù)性逐漸加強，為了避免大規(guī)模設(shè)備跳車，從源頭減少晃電現(xiàn)象，保證生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，需要對新型抗晃電技術(shù)研究投入更多的精力，結(jié)合現(xiàn)實需求，開發(fā)新技術(shù)，減少晃電不良影響，幫助煤化工生產(chǎn)創(chuàng)造更多的價值。
參考文獻
[1] 段新亮.石油石化生產(chǎn)企業(yè)敏感負荷抗晃電問題的研究
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版
