抑制电压暂降对电仪设备扰动影响

周立志，孙继峰

(中石化江汉盐化工湖北有限公司，湖北 潜江 433121)

中石化江汉盐化工湖北有限公司(以下简称“江汉盐化工”)供配电电压包括为：110、35、6、0.4 kV，每年系统侧和设备侧会因雷击、短路、大功率装置投切或其他原因造成电压暂降，导致接触器释放、继电保护动作、运行电动机过热及过负荷现象，仅2019年就有3起因电压暂降引起部分装置、设备停车，影响安全、平稳生产。

采取有效的抑制措施，降低发生概率，保证生产装置安全、平稳运行或缩短恢复正常生产时间，降低因暂降造成的经济损失，是化工企业需持续解决的重点问题之一。

1 电压暂降的概念及危害

1.1 概念

电压暂降俗称“晃电”，是指因雷击、短路或其他原因造成的电网短时电压波动或短时断电。GB/T 30137—2013《电能质量电压暂降与短时中断》[1]中将电压暂降定义为：电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至10%～90%，持续10 ～60 s后恢复正常。

“暂”意味着持续时间短，“降”意味着电压有效值降低，暂降幅值和持续时间是其基本特征。

1.2 危害

晃电发生后，会造成电网电压跌落、接触器释放、继电保护动作、运行电动机过热及过负荷，对化工企业供电、装置平稳运行有一定影响，严重时会因装置失控而引发生产安全事故，甚至造成人身伤害。

2 防电压暂降的4道防线

江汉盐化工采取有效的抗晃电措施，尽可能地降低了晃电发生的概率，保证了生产装置平稳运行或者缩短恢复正常生产的时间，从而尽可能地降低了因晃电造成的经济损失。

(1)第1道防线：提高系统的本质安全，减少故障，网构结构合理。

(2)第2道防线：安装快速保护，加快故障切除，保证枢纽变电所的母线电压。

(3)第3道防线：安装备用电源自投装置、控制电源改UPS供电、快切装置、电动机分批启动装置，尽快恢复供电，减少事故处理时间。

(4)第4道防线：针对具体的工艺特点和用电设备，设置低电压保护，以及整定器、接触器、变频器等。

3 电压暂降的抑制方法和预防措施

3.1 供配电系统侧抑制晃电的途径

3.1.1 江汉盐化工供电中的问题

江汉盐化工有两座电源点，一座是由竹根滩220 kV变电站提供(即竹盐线)；另一座是由王场110 kV变电站提供，经两回35 kV架空线路(即王盐37#、38#)接入。盐化工变电站内采用单母分段方式运行，为公司内生活用电、氯碱分厂、漂粉精一厂、污水站、销售部、盐硝厂、日化厂等装置提供供电电源。盐化工电网结构复杂，进线电压等级多，加上油田电网地域面积大，安全防护等级不高，从而形成了一些特有的电网缺陷。存在雷电侵入供配电系统造成事故跳闸；运行中设备故障引起的事故跳闸；保护回路故障引起的事故跳闸；雷电时，架空线路绝缘子发生闪络造成整个系统供电电压的波动；电流互感器短路、电缆内部短路、无功补偿电容器爆炸引起的短路、高压电缆头放电等原因造成跳闸；微机保护的应用软件存在技术缺陷；机械设备及高压电缆损伤、各级开关保护定值配合不当引起的越级跳闸等。漂粉精二厂、氯化异氰尿酸等装置投用以来，为单电源供电，电网安全性、可靠性较差(如图1所示)。

图1 电网安全性、可靠性较差的单电源供电图

在氯化异氰尿酸生产过程中，三氯化氮极易富集，如果供电中断易引发安全事故。

3.1.2 针对上述问题提出的改进措施

(1)提高和完善继电保护及自动装置的配置标准。如继电保护定值错误造成越级跳闸，继电保护定值复核计算不及时，厂用电保护系统失效等，委托设计院对保护定值重新计算，对微机继电保护系统进行了升级改造。

(2)与上级供电部门协商处理；对35 kV架空线路杆塔的接地电阻进行检测，接地电阻大于10 Ω的，重新做接地；在35 kV架空线路杆塔上加装串联间隙金属氧化锌避雷器，定期试验、定期检修、定期保养、加强巡检。

(3)电力电缆应采用电缆桥架敷设的方式，避免电缆直接埋地敷设，减少隐蔽工程以避免同类事故的发生。

(4)降低电气设备故障。电气设备的故障从其前期发展的起因来分析主要有两种类型：一种是电压(绝缘)型故障，如雷击、设备绝缘损坏等，定期进行预防性试验，查找绝缘薄弱点，及时维护、更新。另一种是电流型故障，多发生在设备之间的连接部位，解决的主要途径是控制配电、用电设备的容量，采用热成像仪加强巡查和维护管理。

(5)新增1台110 kV主变(如图1虚线内所示)，采用双变压器运行，1用1备，互为备用，通过调整、优化110 kV系统运行方式，提高盐化工电力系统的安全性和可靠性。

(6)在漂粉精二厂6 kV进线开关柜内采用四方(CSC-246)数字式备用电源自动投入装置。因漂粉精和氯化异氰尿酸装置对供电可靠性要求较高，长时间停电有产品质量下降、物料堵塞、分解，甚至NCl3爆炸的危险，为尽可能缩短停电时间，依据工艺要求提出：当工作线路失电，在备用线路有压的情况下跳开工作线路，合上备用电源；当母联偷跳造成所带母线失压时，在备用线路有压的情况下合备用线路开关；当1#或2#进线后备保护动作时，备自投均不动作；手跳(包括遥跳)时，备自投不应动作。最终，江汉盐化工选用了四方继保生产的备自投装置。

选用的CSC-246装置提供11路模拟量输入，8路开关量输入，6个电压定值，6个电流定值，8个时间定值，8对独立的输出触点。定值及所有输入量都可以成为控制备投动作的可编程元件。

每个动作逻辑的控制条件可分为两类：一类为启动条件，另一类为闭锁条件。当启动条件都满足，闭锁条件都不满足时，备投动作出口。为防止备投重复动作，在每个动作逻辑中设置一个“充电”计数器，充满电后开放出口逻辑。为防止PT 断线时备自投误动作，取线路电流作为线路失压的闭锁判据。采用备自投方案二(进线Ⅰ、进线Ⅱ互为备用，分段开关保护退出)；方案二接线形式如图2所示：正常运行时两线路PT 均有压，两段母线均有压，1DL 和2DL 中的一个开关在合位，另一个在分位，3DL 在合位。

图2 采用备自投方案二接线形式

3.2 生产装置及用电设备侧晃电的预防措施

3.2.1 氯化异氰尿酸低压配电室安装低压备用

电源自投装置运行

(1)氯化异氰尿酸低压电源采用单母线分段系统运行，原系统两路进行分别带各自负荷，无互投设计，现采用国产的DCM631低压备自投装置，选用互投逻辑(如图3所示)，正常运行情况下1#进线带一段负荷，2#进线带二段负荷，母联开关处于分闸状态；当1#进线失电，备自投跳开1#进线开关，然后合上母联开关。当1#进线来电，2#进线失电，备自投跳开2#进线开关，然后合上1#进线开关；当2#进线失电，备自投跳开2#进线开关，然后合上母联开关。当2#进线来电，1#进线失电，备自投跳开1#进线开关，然后合上2#进线开关。

图3 低压备自投装置选用互投逻辑工作方式

(2)氯化异氰尿酸备自投装置参数设定如表1所示。

表1 氯化异氰尿酸备自投装置参数设定表Table 1 Setting parameters of chlorinated isocyanurate spare power automatic switching unit

3.2.2 备自投二次控制回路电源改为UPS供电

提高了电源的可靠性，降低了晃电所带来的接触器释放问题，备自投二次控制回路电源改为UPS供电(见图4)。

3.2.3 完善仪表UPS电源双回路及无扰动切换

(1)新中控低压用电负荷采用两路电源。在原有供电回路增加一组电源进行供电，进线电源实现自动互投功能。

(2)在负载侧加装交流无扰动切换器进行转换。监控设备选用双路交流切换器装置PW021,DCS机柜电源采用AP4422无扰动切换器(见图5)。

3.2.4 具有电压恢复自启动功能的电动机智能

MCC控制保护器应用

市面上MCC智能保护器产品也较多，质量参差不齐，经过长时间使用，江汉盐化工所用智能保护器满足生产要求，本身具有多重保护功能的同时，模块具有抗晃电功能。当一次回路短时失压<100 ms时，电气不受影响；当失压时间大于100 ms时，装置断开接触器，在电压设定的失电时间内恢复到设定的恢复电压，装置延时自启动，保证装置及时供电。在使用自恢复功能时，要与工艺部门结合，采取分批启动方式，以免拖垮电网。

图4 改为UPS的备自投二次控制回路电源供电图

图5 无扰动切换器工作原理图

3.2.5 安装抗晃电模块

接触器控制回路增加抗晃电模块，选用万力达电气BKP系列抗晃电模块，该模块有交流工作、直流维持、晃电保持3种模式，正常情况工作在前两种模式。发生电压暂降时，由超级电容提供电能；电压恢复后，回到直流维持状态，保持线圈持续供电。电气控制原理如图6所示。

图6 电气控制原理图

4 效果分析

110 kV实现双变压器运行，防范了因单主变运行时、主变出现故障导致长时间停电可能引发意外事故；6 kV和380 V系统电源实现自动互投功能，将操作时间由30 min降低到2 s，杜绝了氯化异氰尿酸装置因系统单电源停电可能导致三氯化氮富集爆炸的风险，降低了装置故障停机的概率，提高了电力系统的安全性；UPS采用双电源结构加交流无扰动切换器供电方式，提高了供电可靠性，降低了仪表系统停车故障率；采用智能保护器、抗晃电模块和改善二次回路供电方式，提升了设备侧抗扰动能力，保障装置安全、平稳运行；有效解决各级开关保护定值的配合，避免开关越级跳闸，事故停电范围扩大。

5 结语

通过以上举措，提升了装置对电压暂降的扰动影响，保证了安全性、可靠性。笔者对今后的抑制措施提出几点建议和思考，对关键装置的仪表控制电源配置推荐采用“双UPS冗余”；新建项目按照四道防线要求将抗晃电纳入整体设计，确保全方位落实重要设备抗晃电措施安装、调试；抗晃电属于系统工程，涉及工艺、电气、仪表、设备等各个专业安全、生产等问题，应全面统筹考虑，有关设备抗晃电措施应综合各专业意见；电压暂降是目前氯碱生产中客观存在的，应针对其诱因采取对应的抑制措施。