天然氣處理站深冷裝置抗晃電技術研究

摘要：從闡述晃電的發生原因以及特點入手，針對其中對晃電“敏感”的設備及元件——高壓電機、低壓開關欠電壓脫扣器、交流接觸器、設備控制柜，分析晃電對這些設備及元件的影響機理，相應提出了抗晃電的改進措施。

關鍵詞：晃電;抗晃電;高壓電機;欠電壓脫扣器;設備控制柜

0? 前言

大港油田天然氣處理站（以下簡稱處理站）主要處理大港油田的伴生天然氣，隸屬于大港油田天然氣公司，其核心生產裝置——深冷裝置對供電的可靠性要求較高。自1975年建站以來，該站多次因晃電造成深冷裝置停車，每次停車都導致大量天然氣放空，需要較長時間才能恢復生產。由于天然氣的易燃易爆特性，晃電造成的深冷裝置異常甚至失控狀態也存在極大的安全隱患。[1]

處理站所有電源均引自大港油田電力公司壓氣站110kV變電所，該變電所為處理站的總降壓變電所，其21條饋線中有18條為處理站供電，處理站的電源質量與該變電所的運行情況密切相關。經過對處理站電力系統歷年來的的晃電進行分析，處理站電力系統晃電的情形有兩種：

（1）電壓短時跌落，即電網電壓短時間內跌至額定電壓的10%～90%，持續時間為0.01s至2s，其主要特征是電力線路未脫離電網。

（2）、電源短時中斷，中斷時間一般持續在2秒以內，其主要特征是電力線路短時間脫離電網。

由于壓氣站110kV變電所不歸大港油田天然氣公司管轄，協調上游供電部門改造上游電網有一定難度。對處理站來說，應對晃電的方法有兩種，第一種是改造處理站的內部電網，使其達到類似不間斷電源的效果，第二種是對站內易受晃電影響的配電設備或用電設備的控制原理或運行參數進行調整，在確保運行安全的情況下使其最大限度耐受晃電的影響。其中第一種方法的好處是對上述兩種類型的晃電均能有效克服，國內已有產品投放市場，其缺點是價格高昂，并且如果用電負荷較大且具有高壓用電設備的場所，該措施的經濟投入會更大。鑒于此，下文根據第二種方法對配電設備或用電設備的控制原理和運行參數進行分析，分析其抗晃電改造的可行性，并提出改進措施。

1? 對晃電“敏感”的設備或器件及其抗晃電改進措施

根據處理站歷史上多次晃電停車事件的原因分析，并查閱設計資料和產品手冊分析電氣設備或電氣元件的工作原理，深冷裝置中對晃電敏感的設備或器件主要有高壓電動機、低壓配電室的進線開關、交流接觸器以及設備控制柜等，下面分別論述其抗晃電改造的改進措施。

1.1? 高壓電動機

處理站的天然氣壓縮機均由高壓電機驅動，這些高壓電機的微機保護上都設有低電壓保護，但是原電壓整定值和動作時限不一致，其中電壓整定值最高為4500V，最低為3000V，時限最長的為10s，最短的為0.5s。根據上述第一種晃電的電壓跌落幅度和持續時間，低電壓保護4500V、0.5s的整定值是很容易達到的，因此上述第一種晃電造成高壓電動機低電壓保護動作跳閘的可能性比較大。為了避免深冷裝置在晃電發生時停車，高壓電機應能實現自啟動。根據《工業與民用配電設計手冊》（第四版）中關于高壓電機低電壓保護的要求，需要自啟動的電動機，其低電壓保護的整定值一般為額定電壓的45%～50%，時限一般為9s。[2]考慮到電壓跌落或中斷2s后高壓電機的轉速將降至很低，這時如果變電所同一母線上有兩臺以上高壓電機由于電壓恢復同時啟動，將對電網造成較大沖擊，因此將低電壓保護的動作時限整定得太高，將對電網的安全、平穩運行不利。建議將低電壓保護的電壓整定值和動作時限統一調整為3000V和1.5s，這樣多數情況下高壓電機能夠“躲過”第一種晃電的影響。[2]

1.2? 低壓配電室的進線開關

處理站部分低壓配電室的進線開關以前安裝了瞬動型的欠電壓脫扣器，安裝欠電壓脫扣器的功能是為了實現低壓母聯開關的備自投功能。根據產品標準，欠電壓脫扣器在其電壓降至額定電壓的35%～70%時可能會動作，降至35%以下時能夠可靠動作。上述第一種晃電會造成電壓跌至正常電壓的10%～90%，與欠電壓脫扣器的動作電壓有較大的重合區，因此很可能導致欠電壓脫扣器動作，處理站已多次發生這種情況。由于晃電只是一種短暫的供電異常，很短時間后電源即恢復正常，因此根本沒有必要在發生晃電時使欠電壓脫扣器動作以投入備用電源。經過查閱產品使用手冊，不同廠家進線開關均可選配瞬動型或延時型的欠電壓脫扣器，延時型的欠電壓脫扣器延時時間均可達到1.5s以上。根據第一種晃電的特點，延時型的欠電壓脫扣器經受第一種晃電不動作的可能性是非常大的。處理站目前所有低壓配電室進線開關的瞬動型欠電壓脫扣器均更換為了延時型。

1.3? 對交流接觸器的影響

處理站深冷裝置中的大部分機泵都是低壓電機驅動，這些設備的控制回路基本上都采用了交流接觸器的自保持功能。根據國家標準，交流接觸器的銜鐵在線圈電壓降至20%～75%時可能釋放，降至20%時應可靠釋放。雖然這與前述第一種晃電的電壓跌落范圍有很大的重合區，但是從處理站實際運行來看，該種晃電較少造成接觸器的銜鐵釋放。目前提高交流接觸器抗晃電能力主要有兩種措施，第一種是使用特制的抗晃電的交流接觸器，第二種是對交流接觸器的控制回路由UPS供電，但這兩種措施的投入均不菲，綜合考慮筆者認為對交流接觸器進行抗晃電改造的意義并不大。

1.4? 對設備控制柜的影響

由于建設時間較早，處理站進口壓縮機、深冷一期裝置的膨脹機和熱媒爐的控制柜電源都直接取自電網，而未采用UPS供電。這幾臺設備的控制柜內均有PLC、中間繼電器，晃電易造成PLC的存儲單元和繼電器的觸點改變狀態，從而引起設備停運。根據《HG/T20509-2000儀表供電設計規定》和《SH/T3082-2003石油化工儀表供電設計規范》中的要求，設備控制柜應采用UPS供電，這樣就避免了設備控制柜內的PLC模塊中的軟觸點以及中間繼電器等電氣原件的硬觸點因為晃電而發生狀態改變。對此類設備采用UPS供電可提高抗晃電能力也已經在石化行業上得到證實。[3]處理站深冷裝置中所有設備的控制柜均改為了UPS供電。

3? 結語

2013年8月處理站完成了上述改造，改造完成后五年多的運行中僅發生過一次晃電造成的深冷裝置停車事件，而以往基本上平均每年發生一次因晃電造成的深冷裝置停車事件，因此上述改造的效果非常明顯。該改造對石油天然氣、石化行業具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 張偉.工廠“晃電”現象與抗“晃電”措施[J].中國設備工程，2003，（3）：33頁-34頁

Zhang Wei. Electricity Dazzling and Anti-electricity Dazzling in Factories[J].China Plant Engineering，2003，（3）：33-34

[2] 任元會.工業與民用配電設計手冊 [M].第三版.北京：中國電力出版社，2005：328-329

Ren Yuan-hui. Design Manual of Electric Power Distribution[M].The Third Edition. Beijing： China Electric Power Press， 2005：328-329

[3]孫英杰，曹慶，孫世銘.UPS電源在DCS系統中的應用[J].天然氣與石油，2000，18（4）：43-45

Sun Yingjie，Cao Qing，Sun Shiming. Application of the UPS in DCS[J].Natural Gas and Oil，2000，18（4）：43-45

【作者簡介】史德平（1981-），男，河南新野人，工程師，主要從事電力系統運行、維護的管理工作。