DC—BANK直流支撐技術在TDI制氣裝置供電中的應用

郝增學

摘 要：以某公司15萬t/a TDI項目某110kW電動機為例，為一級負荷中特別重要的負荷解決兩路電源均發生故障，而作為應急電源的柴油發電機尚未啟動之前這段時間的停電問題，從而從設計源頭上解決供電可靠性問題，大大提高了制氣裝置的運行安全。

關鍵詞：一級負荷中特別重要的負荷；DC-BANK；晃電；直流支撐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.229

0 引言

隨著國民經濟的快速發展，化工用電設備對電網供電質量的要求越來越高，每年因電網供電質量問題造成的經濟損失巨大。但是由于電網、設備故障等種種造成供電中斷的原因不可能完全避免，因此，供配電設計中需要考慮供電中斷的應對措施。本文從如何確保TDI制氣裝置中某一級負荷中特別重要的用電負荷（某110kV電動機）可靠性入手，來闡述利用DC-BANK直流支撐技術解決該問題的方案。

1 問題的提出

在初步方案中，未采用DC-BANK，電路圖如下圖虛線框外部分所示，1#電源、2#電源為分別引自不同35kV變電所的電源。正常運行時，兩路電源都有電，通過QF1、QF2、QF3三臺斷路器的聯鎖，保證在0.4kV II段母線上同時只有一路電源供電，以滿足供電要求。但是該方案還是存在2個問題：

（1）晃電問題：電壓暫降在市電電網運行中經常發生，但并不是每次都會造成停機事故，由于直流母線上濾波電容儲能的緣故，只有電壓暫降時其出現的持續時間足夠長、電壓足夠低時才可能出現停機事故。

U=2.34u 公式（a）；Pt=0.5C（U12-U22） 公式（b）；

式中，U 為直流母線電壓，V；u為市電相電壓，V；P 為電動機功率，W； t 為時間，s； C 為儲能電容器電容，F。

某一進口變頻器裝置，直流側濾波電容器C為11750μF。正常時輸入電壓u為三相AC380V，此時按公式（a）計算直流側峰值平均電壓U1為DC513V；在滿載條件下，當市電突然降為AC325V時直流側最低電壓（關機電壓）U2為DC439V；電源最大輸出功率P為110kW；根據公式（b）計算得t=3.76ms。說明這一過程超過了3.76ms電動機就會驟停。

另一種情形發生在雙電源切換時，雙電源切換也是需要時間的，大約為700～1000ms，遠大于3.76ms，也會引起電動機停電。

（2）還存在一種極端情況，兩路電源都停電，或者斷路器及母線故障等原因造成0.4kV II段母線失電。因此，方案中按照GB50052-2009《供配電系統設計規范》的要求，設置獨立于正常電源的柴油發電機組作為應急電源，當0.4kV II段母線失電時，立即自動啟動柴油發電機組，雙電源開關ATSE自動將電源接入點切換至柴油發電機組一側。但是，柴油發電機組的啟動是需要時間的，大約為15～45s，雙電源全部停電且柴油發電機未啟動的這個時間內，供電是中斷的。因此本方案雖然滿足規范要求，但并不是一個最佳的解決方案。

2 解決方案

直流不間斷電源簡稱DC-BANK 系統。目前已在石化、化纖和煤化行業的部分大中型傳動系統中成功應用。系統當市電正常時，由市電向負載供電； 當市電斷電時，DC-BANK 內部的靜態開關DS導通，系統電池組向負載供電，當市電恢復正常時，DS自動阻斷，DC-BANK 對電池組實現浮充維護。一般的變頻器都具有失電壓和瞬間斷電的保護功能。變頻器的逆變器件為IGBT 時，失電壓或斷電后，將允許變頻器繼續工作一個短時間td，若失電壓或斷電時間totd，變頻器自我保護，停止運行。只要電源晃電較為強烈，to一般都在幾秒以上，變頻器就會自我保護，停止運行。

如圖1所示，在原有電路的基礎上，加入DC-BANK直流支撐。這樣，在正常情況下，DC-BANK蓄電池組通過充電器利用市電進行充電，電池組通過DS接入變頻器直流側。當0.4kVII段母線失電，而柴油發電機組未啟動的這段時間內，通過蓄電池組在3ms內對變頻器供電，并通過變頻器自身的逆變功能將交流電源源源不斷的輸送至用電設備。因此，只要滿足蓄電池的容量滿足大于45s且有合理裕量即能滿足電動機的可靠供電，較上一方案相比，可以同時彌補上述2個問題，大大提高了供電可靠性。

3 結語

采用DC-BANK直流支撐后，供電可靠性進一步提高，完全能滿足供電的需求。較使用EPS電源方式來講，不用考慮電機重新啟動，可以節省較多電池，從而節省費用。而且免除了電動機重新啟動對電源造成的沖擊，效果較好。

參考文獻：

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