炼化企业抗“晃电”措施研究

栾赟锋

摘要：首先简要阐述了“晃电”的基本概念和成因。随后以炼化装置不同类型的电动机为主，分析了抗“晃电”工作所采取的技术措施，对今后各炼化装置的抗“晃电”工作有着良好的借鉴意义。

关键词：晃电;电压暂降;电压短时中断;用电侧;电源侧

1 “晃电”概念与成因

1.1    “晃电”概念

通常人们将对生产、生活造成一定影响的电压暂降、电压短时中断俗称为“晃电”。在IEEE标准及国标《电能质量电压暂降与短时中断》（GB/T 30137—2013）中，对电压暂降和电压短时中断有着相应的定义：

（1）电压暂降（voltage dip）：电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1～0.9 pu，并在短暂持续10 ms～1 min后恢复正常的现象[1]，如图1所示。

（2）电压短时中断（short interruption）：一相或多相电压瞬时降低到0.1 pu以下，且持续时间为10 ms～1 min的现象[1]，如图2所示。

1.2    “晃电”成因

“晃电”的主要内涵——电压暂降、电压短时中断，其原因大致总结如下：

（1）设备原因，如：雷电及自然灾害等引起的电气设备故障;日常运行的电气设备发生故障;继电保护、自动装置以及电气设备误动作。

（2）操作原因，如：误操作;大型电气设备启动;大型变压器投入。

（3）电力系统原因，如：供配电系统故障切除、备用电源的切换等过渡过程中，都伴随着电压暂降、电压短时中断。

不论何种原因，“晃电”都是以意外情况为诱因，以设备异常工况为表现，最终传递到用电侧（用户）。

2 抗“晃电”的基本措施

2.1    用电侧的措施

炼化企业生产装置最为主要的用电设备是电动机，电动机回路的抗“晃电”措施与策略如下：

2.1.1    分级管理

在较大故障引起的“晃电”中，供配电系统扰动大，必须结合生产实际，对各类电动机进行重要性分级：较高等级的，应采取必要措施，保证其在“晃电”中有较强的抗扰动性;较低等级的，要做好应急预案和演练，当“晃电”发生时，按预案执行相关操作。

2.1.2    低压电动机

低压电动机在不同控制方式下的抗“晃电”主要措施如下：

2.1.2.1    变频器控制

目前各主流变频器产品均自带电动机保护功能，具有一定抗“晃电”能力，主要措施如下：

（1）简化外部电路。

利用变频器的自定义端子，精简变频器外电路，通过变频器自身实现对电动机的运行控制，变频器的接线配置如图3所示。

（2）采用“三线制”控制方式。

如图3所示，将变频器的多功能自定义端子（图中HLD端）设置为自锁功能。按下常开按钮ST，变频器控制电动机启动，电动机继续保持运行状态;按下常闭按钮STP，自锁解除，变频器控制电动机停机。

（3）变频器其他参数的配置。

调整继电保护参数设置，配置失电再启动功能和故障自复位功能。

（4）根据机泵所带负载特性，调整电动机再启动的延时与启动方式。

2.1.2.2    微机综保控制

主流微机综保均配置了失电再启动功能。在“晃电”中之所以无法按预期实现再启动，是因为综保在“晃电”中因低电压停机。所以，应选择宽工作电压范围（AC/DC85～256 V），且在失電情况下可持续工作至少2～5 s的设备。

2.1.2.3    接触器-热继电器控制

对确需实现“晃电”再启动的电动机，建议择机进行回路改造，使用微机综保控制，并按第2.1.2.2节所述内容进行设备选型。

2.1.2.4    大机组油泵电机

若大机组润滑油泵在“晃电”跳停后无法自起，或者备用油泵未能启动，再或备泵启动后建立油压过慢，都会引起机组润滑油压力低低联锁停机。对此，建议措施如下：

（1）配置油泵电联锁：互为备用的油泵，将接触器常闭辅助触点引至对侧油泵开机回路，当在运泵停机后，常闭触点闭合，则可实现备泵立即启动。

（2）适当调整工艺联锁值：

1）适当调高机组润滑油压力低联锁值，尽早启动备用油泵。

2）适当降低机组润滑油压力低低联锁值，延缓机组跳停时间。

3）在润滑油压力低低联锁中增加延时（1～3 s），为油泵建立油压留有缓冲时间。

（3）改进润滑油系统，如：配置高位油罐、增加蓄能器等，提高润滑油系统的抗扰动能力。

2.1.2.5    电动机启动方式选择

电动机直接启动会引起母线电压下降，须进行必要的校验。6（10） kV/0.4 kV变压器允许全压启动笼型电动机的最大功率如表1所示。

若电动机功率超过功率限制，可考虑改用高压电动机或配置软启动设备。

2.1.3    高压电动机

高压电动机一般是较重要的机泵，一般不希望其在“晃电”期间跳停，但也要根据实际情况做出取舍。

2.1.3.1    低电压保护

为了防止大量电动机同时启动拉低系统电压，需要结合实际，舍弃部分电动机，主要措施：配置低电压保护，在严重“晃电”时主动停机，以保证更重要的电动机运行。低电压保护配置方式可见《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T 50062—2008）第9.0.5条。

2.1.3.2    启动方式与压降

电动机启动时，母线电压应符合下列要求[3]：

（1）一般情况下，电动机频繁启动时不应低于系统标称电压的90%;电动机不频繁启动时，不宜低于标称电压的85%。

（2）配电母线上未接照明负荷或其他对电压下降敏感的负荷，且电动机不频繁启动时，不应低于标称电压的80%。

（3）配电母线上未接其他用电设备时，可根据保证电动机启动转矩的条件决定。

电动机启动时，机端和母线的电压相对值计算式如下[3]：

母线电压相对值：ustm=（1）

机端电压相对值：ustM=ustm （2）

式中：Skm为母线短路容量（MVA）;Qfh为预接负荷的无功功率（Mvar）;SstM为电动机额定启动容量（MVA）;Sst为启动回路的额定输入容量（MVA）。

通常大量电动机同时启动是导致系统电压降低的主要原因，所以应加强对高压电动机的运行管理：

（1）大功率高压电动机启动前，必须与电力调度人员确认。

（2）非特殊情况，禁止短时间内多次启动高压电动机。

2.2    电源侧的措施

2.2.1    并列与分列

对生产装置而言，电源是上级变电站;对整个企业而言，电源是外电网。电源运行方式主要分为并列和分列两种，如图4所示，电压暂降、短时中断示意图如图5所示。

当电源发生故障时，并列运行方式的“晃电”主要以电压暂降形式为主，但是非故障段母线电压也会受到影响;分列运行方式下，“晃电”通常伴随电压短时中断，但是仅会影响到故障段。生产装置应根据自身实际情况进行配置取舍。

2.2.2    光纤差动与快切

为尽可能快切除故障，建议在电源进线处配置光纤差动与快切装置。目前的快切动作时间如表2所示。

光纤差动完成装置电源切换时间为150～240 ms。如装置高压侧保护配置合理，可有效避免用电负荷跳停。

在快切装置完成电源切换期间，由于装置变压器阻抗的存在，也可短时维持低压侧系统电压，从而保持低压用电负荷的接触器不释放。

3 结语

为了做好抗“晃电”工作，炼化企业要做好企业电网建设工作，要选取可靠的外电网电源，优化企业电网的配置。在各生产装置的抗“晃电”工作中，炼化企业需要工艺、仪表、运行等多专业配合，并在此基础上完善用电设备抗“晃电”的硬件和软件配置。

[参考文献]

[1] 电能质量 电压暂降与短时中断：GB/T 30137—2013[S].

[2] 钢铁企业电力设计手册编委会.钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京：中國电力出版社，2005.