化工企業不間斷電源技術簡介及閉環回路供電的探討

李建平

（中海石油天野化工股份有限公司，內蒙古 呼和浩特 010070）

在化工企業，整套裝置的連續穩定運行有著十分重要的意義。化工企業大部分設備都是一級負荷，而且工藝上還要求整套裝置的設備必須連續穩定運行，才能生產出合格的產品；才能降低消耗，節約成本，實現效益的最大化。相反，如電源電壓波動或晃電，使裝置連續運行中斷，少則損失幾十萬，多則損失幾百萬，甚至更多，而且還需要3～5d的開車時間，整個裝置才能恢復到穩定運行的狀態，其間還將產生廢料或廢品，還得消耗原料。此外，電源在事故狀態下，還可能導致無法關停設備和閥門，致使有害物質泄漏，威脅人身安全和環境安全；社會影響不好，經濟損失較大。因此，“在這種情況下，設備再好，巡檢再到位，只要設備失去了動力源泉——電源，所有的設備均不能發揮其作用，成了擺設，成了廢品。”

不間斷電源，即為整個生產系統提供不間斷、不停電的電源，為裝置的安全、穩定、可靠運行提供有力的保障。現簡介幾種不間斷電源技術，以及采用閉路回路供電抗晃電的設想。

1 采用雙電源供電

為了達到不停電，每個系統都采用雙電源供電，即對一個裝置區的系統引進兩路電源供電，而且兩路電源由母聯相連。正常情況下，兩路電源分段運行，即兩路電源各帶一段設備運行，母聯是分開的。當一段電源進線有故障跳閘后，母聯立即投用，失電的那段進線馬上又得電，整個失電裝置立刻恢復供電，失電的設備可以馬上啟動，整套裝置又可以運行了。也即“三選二電路”（三個開關總有兩個開關是投用的）。

這種供電方式，對規模小的化工企業非常有效，但對大型化工企業或對產品精度要求高的化工企業就不起作用了。因為一段進線失電后，到母聯投用后，總有一段停電時間，在這段停電時間內，一些電器設備已停止運行。大型化工企業或對產品精度要求很高的化工企業，此時由于很多設備已停止運行，許多參數都已發生改變，整個運行環境都發生了變化，等母聯投用后，雖然設備又得電，但不能馬上開車；即使能生產，也是不合格產品或者是廢品。只要供電系統連續運行發生間斷，整套裝置就得重新開車。因而雙電源也不能完全滿足這類化工企業的需求。

2 采用UPS不間斷電源裝置供電

UPS不間斷電源供電裝置，由整流裝置、電池裝置、逆變裝置和旁路組成。UPS不間斷電源裝置是由兩條電源進線供電（一開一備），經過整流裝置給電池充電和經過逆變器給負載供電。當整流裝置出現故障時，由電池經逆變器直接給負載供電；當整流裝置和電池裝置都出現故障時，由旁路給負載供電。檢修時，由檢修旁路給負載供電。總之，UPS給負載提供一個不間斷電源，不讓設備失電，以保證裝置的連續穩定運行。但是，UPS的容量小，帶不了多少負荷，即整個裝置不可能都讓UPS供電。通常情況下，UPS不間斷電源裝置只給控制電源、操作電源、報警裝置和檢測裝置及事故電源供電。因此，只要進線開關跳閘后，還是避免不了整個裝置停車。如設計一套大容量的UPS，把整個裝置都帶上，可以實現裝置連續穩定運行，在理論上也成立；但這樣一來，不僅耗資太大，最主要的是UPS使用率太低（也許三年五年也不用一次），還得維護保養，不經濟。

3 采用TPM系列無擾動穩定控制裝置供電

TPM－300系列無擾動穩定控制裝置，能夠實現快速啟動，快速切換到備用電源，基本能夠消除外部電網波動造成的停電事故；能使運行的電機平穩過渡，增強抗晃電能力。合福機電公司生產的TPM－300系列無擾動穩定控制裝置和TPM－310系列無擾動穩定控制裝置符合這一特點。該裝置適用于生產連續性強的供電系統，當供電系統出現異常情況時，系統能迅速斷開異常的供電回路，快速投入備用的電源，保證供電的母線不斷電，確保整個裝置的連續、穩定、安全運行，從而實現系統的無擾動供電。

4 采用閉環回路供電抗晃電

采用閉環回路供電系統抗晃電，是筆者大膽的設想，不知能否行得通。現在，筆者只是把自己的想法說出來，望大家來討論，尤其是供電設計部門，希望你們能看到筆者這一大膽的設想，并且認真考慮一下、計算一下，看其是否可行，如不可行，弊端在哪里？請賜教。如果可行，則不需要太大的投資，就可以為化工企業提供一可靠電源，何樂而不為呢？

閉環回路供電系統（其結構如圖1所示）中，二極供電系統和上一級供電系統構成回路，提高供電能力，可有力地保障整個供電系統的穩定性。即系統中開關52.1、52.2、52.3、52.4、52.5、52.6、52.7、52.8都閉合，一級供電系統和二級供電系統構成一閉合回路，二級供電系統進線開關中任一開關跳閘后，仍能保證系統繼續正常供電。此時，一級供電系統和二級供電系統可能屬于短路回路，不允許長時間運行，因此，采用閉環回路供電系統抗晃電還應考慮閉環回路能承載多長閉環供電時間。

圖1 閉環回路供電系統結構示意

正常供電時，每個供電系統都采用雙回路分段運行。即開關52.1、52.4、52.6閉合，且為一路供電系統；開關52.2、52.5、52.7閉合，且為另一路供電系統；母聯開關52.3、52.8斷開，只是熱備。如二級供電系統中某一設備或二級供電系統出現故障，則只跳相應開關52.6（或52.7），母聯開關52.8自投，保障二級系統的正常供電。因此，一級供電系統進線開關應比二級供電系統進線開關的跳閘電流、跳閘時間、失壓（欠壓）保護的定值（正常設定值）要稍大一點，確保整個供電系統在事故狀態下，先跳二級供電系統，最后選擇跳一級供電系統。

但也有可能因某一設備損毀嚴重或有一路相線接地把整個裝置都頂跳，使全廠失電。因此，在設計時還應從以下幾方面考慮。

（1）必須合理地設定一級供電系統和二級供電系統進線開關定值。如跳閘時間和跳閘電流，應t1＞t2、I1＞I2。如果二級供電系統有故障或二級供電系統所帶的設備有故障時，確保先跳二級供電系統進線開關，不讓供電系統失電事故擴大。

（2）必須滿足變壓器并列運行的條件：①變壓器的接線組不同；② 變壓器的變比相同；③變壓器的短路電壓相等。除滿足以上三個條件外，對于并列運行的變壓器，其容量比一般不超過3∶1，但為了供電系統的穩定，容量比最好為1∶1。

（3）合理選擇開關的跳閘電壓。筆者的想法是，如二級或三級供電系統中有一某供電系統電壓波動或晃電，則這一級供電系統就和上一級供電系統組成一閉環回路供電系統。其原理分兩種情況討論。一種情況是，當二級或三級供電系統電壓波動或晃電時，二級或三級供電系統的某進線開關跳閘，在某進線未跳閘之前（如額定電壓為380V的電路，電壓降到320V時跳閘，就在電壓降到350V時），此供電系統和上一級供電系統的母聯都自投，組成一段閉環回路的供電系統，保證整個供電系統不失電。即在二級供電系統的開關52.6（或52.7）跳閘前，選一比開關52.6跳閘電壓高，但又比正常電壓低的電壓值，定為母聯自投定值。只要二級供電系統的電壓降到這個定值時，就發一信號，使一級供電系統的母聯開關52.3和二級供電系統的母聯開關52.8自投合閘，而后二級供電系統的開關52.6才跳閘。這樣就解決了一場晃電事故。待查明電壓波動或晃電原因，把故障處理后，恢復到原來的供電方式或開關52.6（或52.7）熱備皆可。另一種情況是，當二級或三級供電系統電壓波動或晃電時，此供電系統和上一級供電系統的母聯都自投，使整個供電系統構成閉環回路，確保整個裝置供電的可靠性，待整個裝置穩定運行一段時間后再恢復為原先的供電方式。即二級供電系統（開關52.6的供電系統）在電壓波動或晃電時，一級供電系統的母聯開關52.3和二級供電系統母聯開關52.8都自投，使整個供電系統構成閉環回路。待整個供電系統穩定運行一段時間后，再恢復為原來的供電方式，即斷開一級供電系統的母聯開關52.3和二級供電系統的母聯開關52.8。

閉環回路供電系統抗晃電，簡言之即為電壓波動在某進線開關未跳閘之前，次級供電系統和上級供電系統的母聯都自投，組成一閉環回路抗晃電。如果某進線開關未因電壓波動或晃電而跳閘，就可以避免一次停電事故；如果某進線開關只是電壓波動而沒有跳閘，母聯自投運行一段時間后斷開，整個供電系統又恢復到原來的運行方式。如采用閉環回路供電系統抗晃電可行，今后不僅能為化工企業提供一可靠、穩定的電源，也可節約不少投資。這便是筆者一大膽設想，望大家探討、論證。

［1］張慶忠，邵長晶，李進，等.化工企業電氣系統抗晃電技術措施及應用［J］.化工設計通訊，2013，39（1）：15～17.