应急电源的设计与应用

孟曙光，董云梅

(山东滨化集团股份有限公司，山东 滨州 256619)

化工企业的事故停电状态可导致设备损坏，甚至还会发生火灾、爆炸乃至人身安全。例如，氯碱行业事故停电可导致电解槽中的离子膜损坏，可导致氯气外逸，在造成设备损坏的同时还会对环境及人身产生较大的影响；又如PVC生产中聚合釜设备突然停电可导致设备爆炸。因此在保证化工企业供电可靠性的同时必须引入应急电源系统。应急电源可在事故停电状态下迅速启动，给各环保装置、应急设备供电，减小事故停电对企业造成的影响。

结合山东滨化集团股份有限公司(以下简称“山东滨化”)的应急电源系统的建设，笔者探讨了应急电源系统的特点及提高应急电源供电可靠性的方法。

1 应急电源系统图

山东滨化应急电源由两台柴油发电机、一台应急变压器及相应配套开关设备组成。界区内应急负荷主要为极化整流器、事故照明、引风机、纯水泵、碱液循环泵、消防水泵等，总负荷为1 700 kW，负荷较大且比较分散，各装置均涉及到应急电源负荷。应急电源的系统如图1所示。

2 设计说明

因电网的限制10 kV应急电源只能取自公司上一级110 kV同一所变电站(东郊变电站)，该站全部停电时不能保证公司一级负荷的正常启动，故该10 kV应急电源非可靠电源。在公司的应急电源系统中额外配置两台柴油发电机(P1000E、P1375E)与10 kV应急电源共同组成应急电源系统，当35 kV线路故障并且柴油发电机不能启动的情况下可启动应急变压器供电，降低事故率。

2.1 供电方式

P1375E供离子膜装置，负荷约为1 000 kW，P1000E供其余装置，负荷为700 kW，为将来新增应急负荷留有余量。10 kV应急变压器兼作两台柴油发电机备用及供给消防水泵负荷。

2.2 应急电源的启动方式

离子膜装置配电室停电自动启动P1375E柴油发电机，发电机在8 s内供电至离子膜装置；其余各装置配电室停电发启动信号启动P1000E柴油发电机，8 s内供其余各装置配电室；当各配电室市电恢复正常自动切至市电供电，延时5 min停运柴油发电机。若任何一台柴油发电机不能启动，在1 min(自失电开始计时)之后应急变压器自动送电，带故障柴油发电机负荷。应急变压器为“自动”合闸、“手动”停运的控制方式。

2.3 P1375E应急负荷的启动控制

因应急负荷功率较大，离子膜装置为1 000 kW，如此大的负荷不可能同时启动又必须在较短的时间内供电，对应急负荷进行了以下考虑。

2.3.1 应急负荷的自动启动

借助离子膜装置可靠的DCS，取离子膜配电室双电源切换盘主、备开关的状态及停电前电动机的状态自动启动机泵。

2.3.2 应急负荷的分批启动

在满足工艺要求的情况下分4批自动启动，每批启动负荷不超过300 kW，每批间隔时间为15 s；在停电之前及应急电源供给后启动同一台机泵，保证了设备运行的连续性(无须控制现场阀门等)。

2.3.3 手动启动

对时间要求不重要的机泵采取手动启动的控制方式。

2.3.4 P1000E 应急负荷的启动控制

该柴油发电机所带负荷比较分散，根据工艺要求设置了两种启动方式。

(1)自动启动：现场采用带有自动功能的转换控制开关，运行时将开关打至“自动”状态，将启动回路一直处于“闭合”状态；保证了应急电源供给后同样启动同一台机泵。

(2)手动启动：控制方式为手动，由操作工现场开启。以上方式的采取保证了柴油发电机初次带负荷的能力，避免了由于启动负荷过大而导致发电机过流故障。

2.3.5 其他控制

根据设计要求消防水泵必须设计为一级负荷，消防水泵功率较大(山东滨化消防水泵的功率为315 kW)，在设计时考虑到该泵为备用状态，只有当装置发生火灾等严重情况下使用且为手动启动，将应急变压器作为第一电源，将柴油发电机作为第二应急电源；当应急变压器失电而需启动时由人工操作切换至柴油发电机P1000E，人工启动柴油发电机供电，控制柴油发电机所带应急负荷，确保消防水泵的可靠运行。

2.3.6 设备选型及功能设置

(1)化工行业要求应急电源必须在很短的时间内供电，选择柴油发电机时必须考虑具有自动启动功能及带负荷能力。

(2)在进行负荷分批启动设置时应根据柴油发电机的特性曲线来选择每批带负荷功率的大小。

(3)应急变压器的设置：自动启动、过流、速断、失压保护。

(4)柴油发电机与应急变压器双电源开关的切换设置：应急变压器初送电由于励磁涌流较大，不宜立即带负荷，在双电源开关设置为当检测到应急变压器供电时延时5 s后闭合出线开关对外供电，同时将切换功能设置为不可逆，即当柴油发电机又启动后不切至主电源供电，防止电源的切换时设备重启造成冲击(可导致柴油发电机停运)。

(5)在自动启动的设备中热保护必须选择“手动”复位，所有的双电源开关带机械互锁装置。

(6)直流电源的可靠性必须引起重视：柴油发电机的自动启动控制与应急变压器的控制均采用DC 220 V控制，可选择双直流电源供电，当一路直流电源故障时切换至另一路供电，两台柴油发电机系统各采用一路直流电控制；在直流系统中增加各项参数检测功能：如每节电池电压、绝缘检测、进线失压等，及时发现直流盘故障，保证直流盘处于良好状态。

(7)电缆的选型：应急电源系统的容量虽然较小，但本身具有自动调压功能，在电缆选型时考虑压降时按大系统容量选择，不考虑发电机本身压降。

3 其他事项

3.1 维护及试运

柴油发电机(可带一部分负荷)应定期试运(15天试运一次)，保证实时处于备用状态，各自动控制系统应在每年的大修期间全面组织试运一次(包括应急负荷)。试运时应根据发电机的使用说明对柴油发电机及各配电系统的各部位详细检测。

3.2 日常培训

应急电源系统为紧急备用状态，不经常操作，在设计可靠性的同时必然会增加其复杂性。当应急电源发生故障时，员工在进行紧急处理时可能会无从下手或手忙脚乱，因此必须重视应急电源系统的培训。