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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(fù)荷的生產(chǎn)過(guò)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(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題都會(huì)影響或終止設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。如何防止電網(wǎng)晃電發(fā)生和發(fā)生晃電時(shí)如何保證敏感負(fù)荷的設(shè)備正常運(yùn)行是研究的主要問(wèn)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(shí)系統(tǒng)電壓突降到額定電壓的0.1～0.9倍，經(jīng)過(guò)短時(shí)間（10ms～1min）后電壓又恢復(fù)到正常數(shù)值。其產(chǎn)生的原因有雷擊、短路和大負(fù)荷起動(dòng)等情況。
1.1抗晃電與自啟動(dòng)的區(qū)別
1）電壓暫降時(shí)間的區(qū)別?？够坞娭饕槍?duì)0.5s以下的低電壓、瞬時(shí)失電壓和電壓凹陷等短時(shí)電源瞬時(shí)故障，自起動(dòng)主要針對(duì)備用電源自動(dòng)投切或重合閘引發(fā)的1～10s的瞬時(shí)故障。
2）應(yīng)用負(fù)荷對(duì)象的區(qū)別?？够坞姡荷a(chǎn)連續(xù)保障型，通過(guò)對(duì)大部分電動(dòng)機(jī)進(jìn)行延時(shí)設(shè)定，對(duì)0.5s以下的瞬時(shí)失電壓電動(dòng)機(jī)可以再加速起動(dòng)，確保生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行。自起動(dòng)：生產(chǎn)安全保障型，通常安裝在重要電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷上，在瞬時(shí)失電壓1s以上后重新起動(dòng)重要負(fù)荷，保證安全生產(chǎn)。
3）對(duì)電網(wǎng)沖擊的區(qū)別。抗晃電所針對(duì)的瞬時(shí)失電壓時(shí)間較短，一般小于0.5s，對(duì)電網(wǎng)的影響可忽略不計(jì)，恢復(fù)后不用檢測(cè)電網(wǎng)進(jìn)線電壓的閾值。自起動(dòng)針對(duì)瞬時(shí)失電壓時(shí)間較長(zhǎng)，一般在1s以上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降較大，一般需要考慮重啟后對(duì)電網(wǎng)的影響。通常情況下，應(yīng)計(jì)算負(fù)荷容量后再分別重啟，恢復(fù)后需檢測(cè)電網(wǎng)進(jìn)線電壓閾值。
1.2電網(wǎng)晃電對(duì)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(shí)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(dòng)機(jī)采用真空斷路器、交流接觸器等控制起動(dòng)和軟起動(dòng)模塊，設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電壓突降導(dǎo)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(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)鍵設(shè)備的停機(jī)導(dǎo)致重要的生產(chǎn)單元，甚至整個(gè)生產(chǎn)裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)，化工生產(chǎn)過(guò)程被迫中斷，造成巨大損失。
2）設(shè)備損壞。晃電對(duì)石油石化生產(chǎn)設(shè)備造成巨大損害，主要集中在電動(dòng)機(jī)、給水泵和鍋爐等需要軸瓦潤(rùn)滑的設(shè)備。在晃電瞬間潤(rùn)滑油泵電動(dòng)機(jī)接觸器因欠電壓釋放，油泵停止運(yùn)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(shí)，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(guò)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(jì)分析及應(yīng)對(duì)措施
2.1電網(wǎng)晃電統(tǒng)計(jì)分析
圖1國(guó)內(nèi)石油石化企業(yè)晃電事件統(tǒng)計(jì)圖
如圖1所示，對(duì)國(guó)內(nèi)石油石化企業(yè)1010個(gè)晃電事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)采樣。電壓暫降到額定電壓50%以上，且持續(xù)時(shí)間在0.5s以下的晃電事件有790個(gè)點(diǎn)，占總數(shù)的78.22%；持續(xù)時(shí)間在1s以下的有830個(gè)點(diǎn)，占總數(shù)的82.18%；持續(xù)時(shí)間在2s以下的有849個(gè)點(diǎn)，占總數(shù)的84.06%。電壓暫降到額定電壓50%以下，且持續(xù)時(shí)間在0.5s以下的晃電事件有152個(gè)點(diǎn)，占總數(shù)的15.05%；持續(xù)時(shí)間在0.5s以上的有7個(gè)點(diǎn)，占總數(shù)的0.7%。通過(guò)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(guò)抗晃電措施進(jìn)行預(yù)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(guò)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(yán)重失電壓情況概率較低（約占16%），其中持續(xù)時(shí)間在0.5s以上的情況更少（約占0.7%）。
2.2應(yīng)對(duì)措施
1）對(duì)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(dòng)機(jī)的控制回路中加裝再起動(dòng)控制器等方法，增加斷電延時(shí)，避免電動(dòng)機(jī)因短時(shí)低電壓停機(jī)。
2）對(duì)電壓暫降到50%以下，且持續(xù)時(shí)間在0.5s以下的事件，可考慮對(duì)重要負(fù)荷加裝動(dòng)態(tài)電壓暫降補(bǔ)償器或電壓暫降綜合控制器等方法，對(duì)電源電壓補(bǔ)償，避免電動(dòng)機(jī)因失電壓停機(jī)，如圖2所示。
圖2動(dòng)態(tài)電壓暫降補(bǔ)償示意圖
3）對(duì)電壓暫降到50%以下，且持續(xù)時(shí)間在0.5s以上的事件，主要原因是繼電保護(hù)整定時(shí)間大于0.5s的相鄰線路發(fā)生了短路。可考慮對(duì)相鄰的長(zhǎng)時(shí)限線路加裝快速保護(hù)，減少對(duì)敏感負(fù)荷的晃電沖擊。目前油田化工區(qū)負(fù)荷主要由電業(yè)局繁榮變和電力集團(tuán)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(hù)都裝設(shè)了光纖縱差或橫差保護(hù)，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(hù)。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(hù)時(shí)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(hù)時(shí)間為0.6s?？煽紤]加裝快速保護(hù)，來(lái)減少對(duì)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(duì)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(guó)家能源的重要生產(chǎn)單位，多年來(lái)受晃電影響，應(yīng)重視該問(wèn)題的解決。
2）國(guó)內(nèi)外對(duì)晃電制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，研究出治理措施，并在一些重要負(fù)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(fù)雜等難題。
3）建議結(jié)合大慶油田石油石化負(fù)荷的生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)特別重要負(fù)荷加裝動(dòng)態(tài)電壓暫降補(bǔ)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(duì)重要35kV和6kV線路加裝快速保護(hù)，減少對(duì)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(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹
4.1產(chǎn)品介紹
智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)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(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)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(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)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(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
4.2技術(shù)參數(shù)
4.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
技術(shù)參數(shù) | 技術(shù)指標(biāo) | |||
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(diǎn)容量 | AC250V/3A；DC30V/3A | AC250V/6A | ||
開(kāi)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(duì)濕度：5﹪～95﹪不結(jié)露 | ||||
海拔高度：≤2000m | ||||
污染等級(jí) | 2 | |||
防護(hù)等級(jí) | IP20 | 主體IP20,顯示單元IP45 | ||
安裝類別 | III級(jí) | |||
4.2.2模塊式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
技術(shù)參數(shù) | 技術(shù)指標(biāo) | ||
ARD3T輔助電源 | AC/DC110/220V或AC380V，功耗≤15VA | ||
電機(jī)額定工作電壓 | AC380V/660V，50Hz/60Hz | ||
電動(dòng)機(jī)額定工作電流 | 1.6（0.40A-2.00A） | 使用測(cè)量模塊測(cè)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(cè)量模塊 | ||
800（250A-800A） | |||
漏電 | 50mA-1A | 采用測(cè)量模塊+漏電流互感器 | |
3A-30A | |||
繼電器輸出觸點(diǎn)容量 | 阻性負(fù)載 | AC250V、6A；DC24V、6A | |
感性負(fù)載 | AC250V、2A；DC24V、2A | ||
主體開(kāi)關(guān)量輸入、輸出 | 4DI、4DO，DI可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn) | ||
開(kāi)關(guān)量模塊 | 4DI、3DO，DI可以為干節(jié)點(diǎn)或濕節(jié)點(diǎn) | ||
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(duì)應(yīng)測(cè)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(shí)現(xiàn)：2路4～20mA輸入測(cè)量，2路4～20mA變送輸出4～20mA輸入測(cè)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(duì)濕度 | ≤95﹪不結(jié)露，無(wú)腐蝕性氣體 | ||
海拔 | ≤2000m | ||
污染等級(jí) | 3級(jí) | ||
防護(hù)等級(jí) | 主體IP20，分體顯示模塊IP45（安裝在柜體上） | ||
安裝類別 | III級(jí) | ||
4.3產(chǎn)品選型
功能 | ARD2 | ARD2L | ARD2F | ARD3 | ARD3T | ||
應(yīng)用場(chǎng)合 | 低壓0.4kv-1.14kv電動(dòng)機(jī)保護(hù) | ||||||
保護(hù)功能 | 起動(dòng)超時(shí) | √ | √ | √ | √ | √ | |
過(guò)載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
欠載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
短路 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
阻塞 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
堵轉(zhuǎn) | √ | √ | √ | √ | √ | ||
不平衡 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
反饋超時(shí) | √ | ||||||
外部故障 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
模塊結(jié)構(gòu)故障 | √ | ||||||
內(nèi)部故障 | √ | ||||||
過(guò)壓 | ■ | ■ | ■ | ||||
欠壓 | ■ | ■ | ■ | ||||
斷相 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
相序 | ■ | ■ | ■ | ||||
過(guò)功率 | ■ | ■ | |||||
欠功率 | ■ | ■ | ■ | ||||
tE時(shí)間 | ■ | ■ | ■ | ||||
主體溫度保護(hù) | ■ | ■ | √ | ||||
主體溫度傳感器故障 | √ | ||||||
模塊溫度保護(hù) | ■ | ||||||
模塊溫度傳感器故障 | ■ | ||||||
報(bào)警 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
失壓重起（抗晃電） | ■ | ■ | ■ | ||||
4-20mA輸入保護(hù) | ■ | ||||||
剩余電流 （選一種） | 接地 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
通訊功能 | Modbus_RTU | ■ | ■ | ■ | ■ | √ | |
雙Modbus_RTU | ■ | ■ | |||||
開(kāi)關(guān)量 輸入 | 2路 | ■ | ■ | ||||
6路 | |||||||
8路 | 4路標(biāo)配4路選配 | ||||||
9路 | ■ | √ | |||||
繼電器 輸出 | 4路 | 2路標(biāo)配 2路選配 | |||||
5路 | 2路標(biāo)配 3路選配 | √ | |||||
6路 | |||||||
7路 | 4路標(biāo)配3路選配 | ||||||
液位信號(hào)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(dòng)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(yùn)行信息記錄 | √ | √ | √ | ||||
邏輯功能 | 定時(shí)器 | √ | |||||
計(jì)數(shù)器 | √ | ||||||
真值表 | √ | ||||||
參數(shù)測(cè)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(cè)溫模塊 | ■ | ||||||
液位高度 | |||||||
界面顯示 | LED數(shù)碼管顯示 | √ | |||||
LCD液晶顯示 | √ | ■ | ■ | ■ | |||
說(shuō)明：“√"表示具備，“■"表示可選。
5結(jié)語(yǔ)
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(jià)值較高，結(jié)合現(xiàn)狀來(lái)看，實(shí)施抗晃電技術(shù)，可以助力企業(yè)安全生產(chǎn)，同時(shí)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(qiáng)，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(yùn)轉(zhuǎn)，需要對(duì)新型抗晃電技術(shù)研究投入更多的精力，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，開(kāi)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(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 段新亮.石油石化生產(chǎn)企業(yè)敏感負(fù)荷抗晃電問(wèn)題的研究
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版
