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        晃電時低壓電動機連續運行的保障措施

        電壓的短時波動可能導致生產連續性較高的企業工藝生產被迫停車,而晃電現象導致的電壓瞬時中斷、降低等會造成電動機停止運行,進而導致整個工藝裝置停車,這類事故十分常見。為保證低壓電動機的連續運行,從電力系統晃電產生的原因及影響出發,探究了具體防晃電的技術措施。通過分別論述快切裝置和防晃電裝置的配合使用、變頻器晃電再啟動技術,結合一起電纜相間短路引起的典型晃電案例,驗證了防晃電裝置和無擾動快切裝置組合在低壓供電系統中的應用優勢,可以為消除晃電造成的影響提供借鑒。

         

        大型工礦企業中,像火電、化工、煤礦、鋼鐵企業等,其生產工藝及設備對供電質量要求很高,一、二級用電負荷較多,其中還包含一級負荷中特別重要的負荷,一般供電方式都采用雙電源供電,并輔以保安電源,如自備柴油發電機、UPS等,以上供電方式在保證基本的安全用電情況下已經足夠。但對于某些重要工藝設備的電動機負荷,即使電壓瞬間異常也會導致整個工藝裝置停車,造成巨大損失。這里的電壓異常是指雙回路供電時其中某一段電源故障、失壓、晃電等情況,其中由于晃電現象導致的電壓瞬時中斷、降低等造成的電動機停止運行,進而導致整個工藝裝置停車的事故最為常見。

         

        1 晃電產生的原因及影響

        1.1 造成晃電的主要原因

        雷擊:雷擊架空線或者電力設備導致的系統電壓瞬間大幅度下降,此過程雖然時間毫秒級,但足以導致電壓晃動。

         

        上級電網臨時性故障:上級電網由于架空線路臨時性故障導致的重合閘裝置動作。保護裝置由于故障跳閘后,重合閘立即動作并成功合閘。雖然保證了供電的連續性,但開關分合閘時間內顯然已造成了電壓的瞬時中斷。

         

        電力系統內部或外部短路故障:電力系統內部或外部發生單相對及相間短路故障時,在繼電保護裝置動作時限內和斷路器固有分閘時間內,系統電壓受短路電流的影響會產生短時的嚴重下降。需要注意的是,如果主保護采用差動保護,因其保護靈敏性很高,可以大大縮短保護范圍內故障時的跳閘時間,從而大大減輕系統晃電的程度。

         

        大容量電動機的啟動:大容量電動機啟動瞬間造成的系統電壓降低,此現象在前期的工程設計中完全可以避免。

         

        1.2 晃電造成的影響及待解決的保障措施

        對接觸器回路電動機的影響:低壓電動機電氣控制中以交流接觸器為主,占據比例相當大。由于其自身工作特點,當電網出現晃電時,會造成其操作線圈短時斷電或電壓過低,導致線圈對鐵芯的吸力小于釋放彈簧的彈力,使接觸器觸頭釋放,進而導致電動機停止運行。根據不同品牌接觸器的產品生產特性,一般情況下當系統電壓低于標稱電壓80%時,且持續時間超過5個周波會導致接觸器無法保持而釋放,從而引起電動機停車。

         

        對變頻器拖動的電動機的影響:以變頻器控制為主的低壓電動機,由于變頻器各種電壓和電流保護比較完善,當變頻器直流單元母線監測到系統電壓下降到整定值及整定時間時,保護動作使驅動電路停止工作,電動機自由停車。

         

        待解決的保障措施:基于此,探究系統電壓異常時,保證以上2種控制方式下電動機連續運行的技術措施,從而減小企業生產成本,具有重要意義。目前工業領域電動機一般的控制方式分為常規接觸器控制和變頻器控制,這2類電器對于電壓異常情況下的反應及靈敏度不在一個時間數量級上,故分別展開論述。

         

        2 具體防晃電的技術措施及案例

        目前行業內應用最廣的有備用電源自動投入裝置(備自投)、快速重合閘裝置、備用電源快速切換裝置(快切)和防晃電裝置。由于一般企業用戶內部電纜線路較多,大多為永久性故障,一般不采用重合閘技術,故不再展開討論。

         

        防晃電裝置是通過檢測某臺電動機回路主電路和控制回路電壓作為系統電壓晃動的依據,裝置內用超級電容進行儲能,超級電容具有充放電速度快,工作溫度寬,充放電循環次數高等優點。在檢測到系統晃電時,通過超級電容放電維持接觸器線圈吸合,從而保證電動機連續運行,其維持時間可以自由設定,但應經嚴格計算和本企業電動機的重要程度綜合確定,建議時間為1 s內。因為當時間設置過長電動機轉速衰減較大,電壓恢復正常時電動機自啟動電流過大對系統造成嚴重沖擊,或許造成更嚴重的事故?,F階段此產品生產廠家較多,技術較成熟,但在選擇此產品時應深入研究,了解其內部充電電容及工作原理,確保產品自身的安全可靠。

         

        快切裝置以單母線分段接線方式為例,快切裝置在檢測到Ⅰ段進線失壓時,同時裝置經過內部電氣量及邏輯判斷動作出口跳開失壓線路開關,合上母聯開關以維持供電的連續性,快切裝置和備自投原理大致相同,只是快切裝置在切換過程中的時間相比備自投大大縮短。

         

        2.1 接觸器防晃電措施

        單一快切裝置及備自投裝置的不足:目前市面上快切裝置的切換時間(包括斷路器分合閘時間)最少在50 ms以上,切換時間因為硬件的固有特性無法再縮短。而普通接觸器線圈在晃電時間20 ms以上時,會導致線圈釋放而主觸頭斷開,使電動機失壓停止運行。從大量實際運行情況看,即使在母線殘壓衰減較慢的理想情況下,快切裝置也不能保證全部電動機不失壓而連續運行。備自投裝置由于其切換條件及判斷邏輯導致其切換時間更長,更難滿足連續供電的要求。

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        對此可以將常規的接觸器替換為智能防晃電接觸器,當晃電發生時,接觸器主觸頭在預先設定好的延時時間范圍內保持不脫扣,超出設定的延時時間立即脫扣。正常工作時接觸器的啟動和停止與常規接觸器一樣。

        動作特性:吸合電壓:85%-110%,釋放電壓:20%-75%

        抗晃電交流接觸器在電源正常狀態下,控制模塊處于儲能狀態,接觸器的啟動和停止與常規接觸器一樣,當有晃電發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吸合。當電源電壓回復后,控制模塊又繼續轉入儲能狀態。

        由于控制模塊使用了特殊的部件,使得接觸器的體積和安裝保持了原有的特征,另外它不依賴輔助工作電源和輔助機械裝置,因而達到節能效果,而體積小,可靠性高。

         

        2.2 智能防晃電裝置的運用

        變頻器的特點:變頻器對電壓的變動極其敏感,系統中由于短時的過壓、失壓、瞬間晃電等都可能造成變頻器整流裝置部分直流報電壓故障而停車。而一般在化工企業中,像化工企業液氧泵和高壓煤漿泵等屬于特別重要設備,短時停車會使整個工藝中斷,損失巨大。在實際工業應用中,采用UPS供電及給變頻器加裝直流支撐技術已很成熟,但價格昂貴,對企業來說成本過高,性價比有待考究。

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        變頻器晃電再啟動技術:再啟動時間可以控制在5 s以內的任意時間,且此時間需電氣和工藝人員進行設備實際帶負荷試驗,確定出最合適的保證連續生產的控制時間,即設定時間必須控制在工藝條件允許的最大時間內。若時間過長,工藝條件由于設備轉速的下降會達到聯鎖動作值,此時再啟動是毫無意義的。具體措施是在變頻器回路加裝智能防晃電裝置,該裝置是為解決設備在連續生產過程中由于電網電壓不穩定造成停機事故而研發的一種專用控制器,它能夠實時檢測設備運行中的電壓狀態,如果電網電壓突然發生晃電現象,在設定的時間內電網電壓又快速恢復正常,該控制器可以重新啟動設備,使設備恢復運轉,避免生產事故的發生。

        晃電時間控制范圍0.5~4。

        重啟時間變頻器方式小于1秒,交流接觸器0.3秒。

         

        3 結語

        在一般電氣設計中,解決晃電造成的影響并不在設計的范疇,也不是供電部門的義務,且國家業務也無相關強制標準?;坞姰a生的原因包括企業內部原因、外部原因、自然原因等,造成的嚴重程度也各不相同。對于企業來說,如何在系統晃電時保證供電系統的正常平穩、保證電氣設備連續運行是必須要面對的問題。結合上述措施,可以看出防晃電裝置和無擾動快切裝置組合在低壓供電系統中的應用效果顯著,基本可以避免電力系統晃電時接觸器的釋放引起的裝置被迫停車現象。

        上海求所是專業治理晃電的企業,各類防晃電產品型號齊全,本文中所講述的型號均有,在火電、化工、煤礦、鋼鐵企業等大型企業均可適用。


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