供电系统中关于抗晃电问题的思考

2023-03-28柯瑞盈

通信电源技术 2023年1期

柯瑞盈

（北部湾港北海码头有限公司，广西北海 536000）

0 引言

当供电系统在正常运行过程中受到雷击、对地短路故障、重合闸备自投、企业内外部电网故障、大型设备起动等冲击时，会造成系统电压短时间内大幅波动或瞬间失电又恢复的现象，这种现象通常称为晃电[1]。制造企业连续生产中，当电网发生晃电问题时，会使供电电压瞬时跌落或波动，影响工业生产过程中电压敏感型电气电子设备的正常工作，可能导致生产中断，造成严重的经济损失。一些企业采用双路电源供电、柴油发电机后备电源和不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）供电等解决方案，这些方案既有优点，也存在一定的不足。双电源供电有切换时间，在双电源切换过程中变频器会出现欠电压停机。UPS的过载能力很难满足大功率电动机的起动电流需求，如果通过增大UPS的容量来弥补这一缺陷，则增加了投资成本[2]。在仔细分析晃电原理与电气元件特性的基础上，根据企业的实际需求设计合理的抗晃电综合治理方案。

1 低压变频器的防晃电方案

低压变频器通过交-直-交实现变频调速，变频器的低压和过电压跳闸都可以判断内部直流电压。在低压变频器电压降低时，导致变频器停车的原因有2个方面。一是控制回路采用系统电源控制时，电压跌落导致控制信号丢失；二是系统电压降低，导致变频器直流母线电压降低。

为了防止低压变频器电压扰动，采取如下技术方案。

（1）变频器自复位。当电压发生扰动时，变频器自动停车，但变频器故障出口继电器被闭锁。当电压在预定时间恢复时，如果此时变频器启动/运行信号未丢失，则变频器自启动。此方案需要UPS带控制回路作为支撑。

（2）变频器直流支撑。采用外部控制单元，将应急直流电源接入变频器直流母线，晃电时快速投入后备直流电源，保障负载得到持续供电。该方案的优点是可靠性较高，支撑时间可以根据电池放电容量进行调整；缺点是需要按照负荷容量配置电池组，投资成本较大。

低压变频器抗晃电原理如图1所示。

图1 低压变频器抗晃电原理

2 后备电源及抗晃电模块综合支撑技术

2.1 技术实践

某化工公司运行期间，厂区发生晃电6次，晃电时间一般在100 ms以内，一些重要的低压供电设备受到影响，造成装置生产波动。为了提高公司各装置晃电时的抗扰动能力，根据现场电气设备的不同特点，采取一系列具有针对性的措施。

将重要电动阀门控制电源改为引自A相、B相、C相，提高某一相电压波动时的抗扰动能力。调整变频器参数，人工智能（Artificial Intelligence，AI）输入故障修改为等于信号丢失前最后的转速模式，直流母线低电压自动复位功能开启[3]。晃电后，变频器复位再启动。对参与装置联锁的重要电动机回路增加抗晃电模块，适时连续晃电接触器释放。

当较大规模晃电或系统电压大幅波动不可避免时，为了保障装置能够安全停车，采取应急电源综合供电方案[4]。为了防止上述情况对装置系统安全造成影响，2019年某公司空分装置经过设计增加1台应急发电机、2个发电机应急配电柜以及1个发电机控制箱。为了进一步保证外电网和自备电站均出现异常时的工况，于2020年补充增加1个应急配切换柜和2套电动助力转向系统（Electric Power Steering，EPS），提高供电异常情况下空分装置紧急安全停车的可靠性。

双电源切换柜一次系统构成如图2所示。

图2 双电源切换柜一次系统构成

当发生晃电时，双电源切换柜由正常电源供电切换至柴油发电机供电，2个切换柜互不影响。

109单元切换柜所带设备有辅油泵09-M1193（90 kW）、空压机顶轴油泵09-M1169（4 kW）、汽轮机顶轴油泵09-M1179（4 kW）、盘车电动机09-M1146（15 kW）以及109-EPS（60 kVA），其中109-EPS带事故油泵09-M1198（7.5 kW）。110单元切换柜所带设备有辅油泵10-M1193（90 kW）、空压机顶轴油泵10-M1169（4 kW）、汽轮机顶轴油泵10-M1179（4 kW）、盘车电动机10-M1146（15 kW）和110-EPS（60 kVA），其中110-EPS带事故油泵10-M1198（7.5 kW）。针对以上负荷，操作人员根据实际工况手动起机。事故油泵采用三相并联接触器，由双电源切换柜母线上的EPS供电。配套EPS控制原理如图3所示。

图3 配套EPS控制原理

2.2 测试分析

工作人员确认109单元汽轮机冷却完毕，一拖二机组盘车、油系统设备均符合测试条件。对发电机进行检查，确保发电机无报警、无故障，油温、油压正常，冷却液及燃油充足。确认柴油发电机处于热备状态，2套应急电源切换柜处于自动位、市电供电状态。确认109单元EPS在静态旁路供电，整流回路启动，逆变回路断开。确认柴油发电机就地控制面板及远程起动面板均处于自动位、停机状态[5]。将110单元应急电源切换柜控制器ATS022切至手动模式，确认109单元应急电源切换柜所带电动机回路设备09-M1193、09-M1169、09-M1179和09-M1146处于工作位合闸状态，09-M1198处于热备用状态，EPS电源开关处于工作位合闸状态。

断开EPS供电电源开关，市电主供电电源失电后进入蓄电池供电模式，整流回路断开，静态旁路断开，逆变回路起动，切换时间约为0.3 s。打开柜门，拉下市电检测断路器，检测到市电失电后立即自动打火起动，打火一次起动成功，大约12 s完成起动过程，运行进入平稳状态。此时，ATS022控制器自动将CB1（市电）断路器分闸、CB2（应急）断路器合闸，切换过程约为1 s。市电电源失电后2 s左右，109单元事故油泵09-M1198自动起动，电动机此时由EPS供电，起动后运行正常。

在柴油发电机起动平稳时，109单元应急电源切换柜的ATS022控制器自动切换完成后，合上EPS电源开关。EPS检测主供电电源来电后，恢复静态旁路供电，整流回路起动，逆变回路断开，切换时间大约为0.3 s，109单元事故油泵09-M1198电动机运行未受影响。

将09-M1193、09-M1169、09-M1179和09-M1146电动机起动，全部进入带载正常运行状态。继续观察30 min，无异常后联系测试人员将负荷按正常顺序停机。停机完毕后，合上市电检测断路器，保持发电机电源供电。手动将柴油发电机停机，发电机运行开始减速时，ATS022控制器自动将CB2（应急）断路器分闸，CB1（市电）断路器合闸，恢复市电电源供电。在市电失去后，应急电源切换柜能够及时完成柴油发电机的自启与两路电源的自切，在发电机自启过程中，EPS由蓄电池逆变供电。通过对空分应急柴油发电机实际带载能力的测试，在供电异常情况下，应急电源综合供电方案能够可靠地完成空分装置系统的安全操作流程[6]。