普光天然氣凈化廠低壓配電系統抗“晃電”技術的研究與應用

摘 要：普光天然氣凈化廠低壓電機數量共1365臺，其中聯合裝置819臺，公用工程325臺，三臺地221臺。凈化工藝特點為“高溫高壓、易燃易爆、有毒有害、連續生產”，電網瞬間失電壓或短時出現的大幅度電壓波動對生產裝置帶來很大影響，因此，對電力系統供電質量的可靠性提出了嚴格要求。文章研究方向是圍繞川東北雷雨季節晃電對凈化廠安全生產的影響而開展的具有較強針對性的技術研究，是在ABB接觸器為主組成的備自投低壓配電系統的設計基礎上，開展抗“晃電”技術的研究，利用低壓雙電源自動投入技術BZT、低壓配電系統抗“晃電”再啟動技術、延時控制技術、快速無擾動補償等技術，徹底解決了晃電對生產的影響。

關鍵詞：低壓配電系統；抗“晃電”技術；普光凈化廠

1 引言

普光天然氣凈化廠設計處理規模堪稱世界之最，其加工原料為高含硫化氫天然氣，劇毒、易然易爆、腐蝕性強，生產操作環境極其危險。為滿足普光天然氣凈化廠用電負荷需要，各工藝裝置及直接影響工藝裝置連續運轉的配套公用工程的各低壓電源均為雙回路供電。正常工況：當一回路電源故障失電時，另一電源能滿足裝置全部用電負荷要求。根據全廠負荷等級，總平面布置，用電負荷大小，供電距離等，將低壓電源設置于負荷中心。380V低壓配電室共20座，380V接線采用單母線分段接線、分列運行，分段開關設自投裝置。

電力系統供配電網在運行中受種種因素的影響，如雷電天氣、電氣設備故障、大型設備啟動和人為誤操作等原因，致使電網電壓波動，造成供電系統發生供電網絡瞬時失去電壓，俗稱“晃電”。一旦發生“晃電”現象，往往會引起現場機泵停運、裝置生產紊亂、裝置停車和全氣田聯鎖關斷等嚴重危害。

因此，本文針對普光凈化廠的特點，進行了防“晃電”技術的研究，將各種低壓配電系統的抗“晃電”技術成功應用于普光天然氣凈化廠，解決雷雨季節凈化廠低壓用電電氣平穩運行問題。

2 低壓配電系統抗“晃電”控制技術及應用

2.1 低壓雙電源自動投入技術BZT

BZT功能實現為：由進線低電壓繼電器（1YJ，2YJ，3YJ） 提供啟動信號給PLC，經過PLC邏輯判斷后，延時2.5秒（凈化廠所有低壓母聯備自投時間均為2.5秒）實現跳開故障電源，在故障電源開關跳開之后投入母聯開關，從而實現備用電源投入切換的功能。這一功能的實現是在工作電源開關斷開后，再合入母聯開關，是串聯切換方式。

BZT 回路采用低電壓啟動，而低電壓啟動的整定時間要躲過廠用電負荷故障的切除時間，其整定時間t=t1+Δt，t1 為廠用電負荷故障保護動作時間，Δt為階梯配合時間差，所以，BZT 的動作時間較長。

BZT 動作時間較長引起母線電壓下降嚴重，母線電壓下降嚴重將引起以下現象：

（1）母線電壓下降嚴重將引起低壓負荷失電。

（2）母線電壓下降嚴重將引起電動機轉速下降，引發風機、泵產生氣蝕等嚴重故障，使生產不能維持正常，對安全運行構成重大威脅。

2.2 低壓配電系統的抗“晃電”再啟動控制技術

為了確保裝置生產的連續性，在凈化廠裝置里并非所有電動機都必須具有抗“晃電”功能。生產工藝技術要求和電動機所驅動設備不允許電動機具有抗“晃電”功能，如大功率電動機“晃電”停機后立即再啟動，極可能損壞所驅動的設備；間斷短時工作制電動機也不需要該功能，如裝置中的電動閥電動機、裝卸車泵電動機等。某臺電動機是否具有抗“晃電”功能應當看其在工藝生產中的需要，并且當有多臺電動機同時再啟動時，由于起動電流較大，還應考慮供配電系統啟動容量等問題，因此應用電動機再啟動功能時應遵守以下基本原則：

（1）電動機所有的再啟動措施只在停電后的短時間內起作用。

（2）對手動停電動機或由電動機本身故障引起跳閘的電動機，不應再啟動。

（3）對生產裝置中的重要電動機根據實際需要才能增加再啟動功能。

因此，我們根據工藝順序的要求將凈化廠裝置低壓電動機按照“晃電”之前的運行狀態進行再啟動，進而快速恢復裝置的連續性生產，盡最大可能將電網波動對生產的影響降低到最低點。由電氣技術人員與生產裝置工藝人員對裝置實際需求電動機再啟動情況進行詳細對接，對電動機低電壓動作值、再啟動動作值全面檢查和優化，并對凈化廠各生產裝置電動機分批再啟動容量進行核算，均能滿足供配電系統的要求，力爭將各裝置受“晃電”的影響降到最低。所采用的電動機抗“晃電”技術再啟動方法如下：

（1）低壓電動機分批再啟動裝置實現再啟動功能

凈化廠生產裝置變電所中采用的是全數字低壓電動機群自啟動裝置。該裝置的核心為一套可靠的PLC（S7-200），整個系統的控制邏輯是在系統運行前已輸入至PLC的CPU模塊的RAM存儲區，并由一粒3.6V的鋰電池維持PLC失電后程序和數據的記憶。該系統可對電動機在電網晃電恢復后，按照設定程序對被控電動機群按批次排序實現連續快速自動再起動，其原理電壓變送器將母線電壓轉換為0～20mA直流信號，輸入單元將直流信號轉換為數字信號，最后送給CPU模塊計算比較，判斷電壓是否正常。控制單元完成采集母線電壓和電動機狀態后進行邏輯判斷，接操作指令，順序輸出各電機起動命令，執行單元接受控制單元指令，執行順序起動電機任務。見圖1

圖1 自啟動裝置工作方框圖

（2）利用低壓綜合保護裝置實現再啟動功能

微機電動機保護監控裝置自身具有系統短暫失電時電動機自動再啟動功能，動作于內部R3繼電器。其外部接線很簡單，只需將R3 繼電器的常開觸點并到電動機控制回路的KM 接觸器常開觸點的保持回路上即可。該綜保設立即再啟動和延時再起動，立即再啟動和延時再啟動可以分別投退。再啟動功能自動記憶電動機原來的運行狀態，當電源恢復到恢復電壓定值時如果在立即再啟動限定時間以內，則立即動作于R3，如果超過立即再啟動限定時間，而在延時再啟動限定時間內，則經過延時時間再次判斷電壓大于設定的恢復電壓后動作于R3 繼電器，繼電器常開觸點閉合。

2.3 低壓配電系統的抗“晃電”延時控制技術

電氣抗“晃電”控制技術可以實現接觸器的延時脫扣。正常情況下，起動、停止操作電動機與普通的交流接觸器一樣，但當“晃電”發生時，電機啟動接觸器線圈由于儲能延遲釋放，其輔助觸頭延遲發出斷開的控制信號，由此來躲過“晃電”的時間。當電源電壓恢復后，控制模塊又轉入儲能狀態。如果“晃電”的時間超過控制模塊設定的延時時間，則接觸器線圈釋放，電動機跳閘，該種方法也類似于將低壓接觸器“鎖死”，即當發生“晃電”時，電動機配電柜內的接觸器線圈在設定時間0.3～6.6s范圍內不釋放。見圖2。

我們對凝結水站空冷電機A-103G、A-103H（YA225S-4WF1，30KW，57.5A，接觸器為A95）、P-103E中間水泵電機（Y250M-4-WF1-TH，55KW，103A，接觸器為A210）、152-P-106B（1MJ7 310-4CA60-Z 315S，105KW，186A，接觸器為A300）、TEG循環泵151-P-201A（CD 200L-4，30KW，56A，接觸器為A95）等共計5臺電機進行了抗晃電模擬試驗。

通過現場試驗表明，電機在晃電延時期間啟動對電網沖擊不算大，就目前狀況下，采用延時控制技術解決個別重要電機的“晃電”是可行的，可保證重要用電負荷在“晃電”時的連續生產，即抗“晃電”延時控制技術可以實現電網瞬時失電后低壓電動機接觸器的延時脫扣。

2.4 低壓配電系統快速無擾動補償技術

凈化廠的生產裝置是一種連續性生產系統，電網瞬間失電壓或短時出現的大幅度電壓波動對生產裝置都會帶來很大的影響，因此，對電能質量的要求越來越苛刻，而電壓暫降是最嚴重的電能質量事件之一。電壓暫降通常比較劇烈，足以使電氣和電子設備跳閘或故障，電壓暫降被認為是所有電能質量問題中造成損失最多的。

傳統的電壓調節裝置（如自動分接頭切換變壓器）的響應速度慢，可更改的可能性不高，且通常不能進行失衡校正和相位校正。快速無擾動電壓調節裝置，能夠保護敏感負載免受經常性電壓干擾的影響。快速無擾動電壓調節裝置是一種“主動式”系統，能夠以與電源串聯的方式、以正確的相位角，注入適當的校正電壓，從而實現電壓調節。快速無擾動技術能夠進行極其迅速的電壓和相位校正，保護負載渡過危險的電壓暫降或甚至浪涌時期。此外，快速無擾動技術還能夠對電源電壓進行連續的+/-10%調節，并能夠消除失衡和閃變電壓。快速無擾動技術能夠極大地降低對工廠或在不良供電條件下運行的設備所造成的直接和間接損失。

普光天然氣凈化廠所采用的快速無擾動補償方案如下：

（1）電壓暫降補償方案

在系統電壓發生暫降時，電網中往往還省有部分電能可供使用，AVC不含儲能元件，電壓補償所需的能量從電網中吸取。如圖3。

（2）電壓暫升補償方案

在系統電壓發生暫升時， 快速無擾動補償裝置多余的能量回饋電網中。如圖4。

普光天然氣凈化廠所采用的快速無擾動補償技術配置方案如下：

考慮到在不停電情況下需對快速無擾動補償裝置進行維修，配置一套維修旁路。如圖5。

3 現場應用及效果

設計、改造和完善現有低壓配電裝備，實現真正意義上的低壓配電系統無故障安全保障，確保凈化廠重要裝置不停機。

目前，凈化廠低壓配電系統已使用的抗晃電技術有：BZT技術，低壓電機群起技術，低壓電機微機再啟動技術，及正在實施中的低壓電機延時控制技術和低壓電機快速無擾動電壓補償技術等。見表1

表1 凈化廠抗晃電技術應用對比

4 結束語

低壓配電系統防“晃電”技術在普光凈化廠的成功應用，可避免因短時電壓波動對連續性生產裝置造成的影響，不僅每年為公司減少上千萬元的經濟損失，帶來顯著的經濟效益，減少低壓配電系統由于晃電造成停電停機事故范圍的擴大，從而保證了供水、油泵、工藝系統正常運行。

該技術社會效益極其重大。低壓配電系統防“晃電”技術的應用一方面可避免由于晃電帶來的生產紊亂，減少操作人員緊張情緒，減緩工作壓力，降低勞動量，從而降低了設備非正常停機的機率，保證了生產安全平穩；另一方面其減少雷雨季節晃電帶來的聯鎖停機次數，也就是減少了由于停機或保壓時，管路中不合格天然氣排放至火炬燃燒，對環境造成的不良影響。此技術在兩年多的時間內的有效運行充分證明其可以在大型高含硫天然氣處理廠進行廣泛推廣。

參考文獻

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