生產中應對電網閃絡的措施

吳 征,傅志軍,喻支乾,王 東,沈明昌

(中國石化催化劑齊魯分公司,山東 淄博 255300)

1 選題理由

電網閃絡一直以來是電網運行的一個頑疾，影響企業安全生產的一大隱患，特別是對以高溫高壓、易燃易爆、連續性非常強為特點的化工生產來說更是一個不定時的“炸彈”。

中石化催化劑齊魯分公司是一家煉油催化劑專業生產基地，多年來深受電網閃絡之害。閃絡發生時，雖然時間非常短暫，只有幾十毫秒到幾秒的時間，但是不但造成了供電中斷、設備停運、全廠停產，而且對焙燒爐、空壓機等重特大設備造成的損失將是無法挽回的。因此選擇了《生產中應對電網閃絡的措施》這一題目，結合公司的實際，進行技術攻關，提出并實施了幾項應對措施，在實際生產工作中取得了較好的成效，把電網閃絡造成的損失降到了最低。

2 電網閃絡的概念

電網閃絡，亦稱為"電網晃電"，廣義上講就是電網電壓的幅值在某一時刻突然偏離正常工作范圍，但經過很短的一段時間又恢復到正常水平的現象。

目前，多數文獻都用電壓下降的幅值和持續的時間作為描述電網閃絡的特征量，但對幅值大小和持續時間的界定范圍還沒有形成統一的標準。例如，在IEEE(美國電氣與電子工程師協會)電能質量標準中對電網閃絡時電壓下降的幅值特征量的界定范圍是幅值標幺值在0.1～0.9之間，持續的時間為半個周期到六十秒；而IEC(國際電工委員會)標準則用閃絡前后電壓的差值與正常電壓的百分比來描述電壓下降的深度，持續的時間限定為半個周期到幾十秒。

此外，有的文獻把電壓相位偏移角和發生頻率也作為描述電網閃絡的特征量。

3 電網發生閃絡的原因分析

3.1 電網自身故障引發閃絡

發電廠故障、變壓器故障、系統接地故障、變電站故障等等，電網系統組成部分的每一個環節發生嚴重的故障，都會造成電網瞬間失壓而發生閃絡。

這個原因在電網閃絡中所占的比例相當大，因此，只有提高電網系統整體運行的可靠性和運行質量，才能在一定程度上遏制閃絡現象的發生。

3.2 天氣原因引發閃絡

雷雨天氣，線路落雷，造成雷擊；大霧天氣，濕度太大，絕緣子會因污塵太多而發生對地放電造成污閃；冰凍災害，造成絕緣子結冰而形成冰閃；暴風驟雨更容易造成線路放電、短路等事故的發生。據統計，天氣原因造成的閃絡持續時間長、發生的頻率高、造成的破壞大，是閃絡發生的又一重要原因。

3.3 大負荷啟動引發閃絡

在電網容量和變壓器容量沒有足夠大時，大功率異步電動機、大容量煉鋼電弧爐等的突然啟動時，伴隨著電流的嚴重畸變也會導致該負荷所連接母線的電壓發生突然下降而引發閃絡。

3.4 人為因素引發閃絡

因操作不當、違章作業，帶負載拉合負荷開關或開關小車造成弧光短路，操作設備錯誤觸及帶電體造成的線路接地或短路故障等而引發的閃絡[1]。

4 電網閃絡對公司生產造成的危害

針對我公司的設備狀況，電網閃絡造成的危害主要有以下幾個方面：

(1)發生電網閃絡后，400V低壓系統因空氣斷路器失壓保護動作而造成全部低壓配電室停電，全公司停電停產，整個配電系統和生產系統恢復所用的時間比較長，造成的損失非常大。

(2) 用于分子篩、催化劑制造的轉筒式焙燒爐，是公司的關鍵設備，一旦在正常運轉時突然停電，如果盤車不及時，轉筒就會因高溫而變形彎曲，導致整座焙燒爐的報廢。目前，公司在運的造價上千萬元的焙燒爐有十幾條。

(3) 提供儀表風、生產風的空氣壓縮機對冷卻水的要求非常高，不用說停水，就是壓力低于某一定值就會停車。電網閃絡會造成冷卻水泵停運，冷卻水供應中斷，其連鎖反應就是空氣壓縮機停車，全公司停產。

5 應對電網閃絡的具體措施

電網閃絡的一大特點就是持續的時間一般比較短，只有幾十毫秒到幾秒，那么就可以考慮采取一定的措施，讓空氣斷路器、接觸器、變頻器等電氣設備在閃絡發生時不跳閘，或者是即使在閃絡發生時跳閘了，但在電壓恢復后這些設備能夠自行恢復運行，對現有的電器設備進行技術改造，使其具有防閃絡的功能，包括：

5.1 解除空氣斷路器的欠壓脫扣器

正常運行時，欠壓脫扣器由于它的電磁線圈是并聯在主回路上的，在規定的正常電壓范圍內使銜鐵吸合，同時克服彈簧的拉力。當電路出現故障，電壓降低時(通常為額定電壓的70%以下)吸力減小，銜鐵被彈簧拉開并撞擊脫口杠桿，使鎖扣脫口，主觸頭在蓄能彈簧的作用下迅速分斷電路。

電網閃絡時，電網電壓迅速降低，欠壓脫扣器動作，空氣斷路器跳閘，線路失電。

公司各配電室的進線斷路器、對各分支配電室供電的出線斷路器，現在新老型號都有，包括DW15、DW17、NA1等型號，它們都具有欠壓脫扣保護功能。電網閃絡時此保護功能立即執行，造成公司整個400V低壓配電系統全部掉電的情況發生過多次。

為此，對此做了專門的論證，結論是：公司6kV供電系統有完備的短路、對地、缺相、過載等保護功能，這些保護功能完全可以保護到400V低壓系統。而400V低壓系統上的欠電壓保護功能的實際作用并不大，而且在發生電網閃絡故障時還會起到相反的作用——不該分斷電路的時候把電路分斷了，造成整個低壓系統失電。鑒于此解除空氣斷路器的欠壓脫扣器是非常必要的。

需要解除欠壓脫扣器的空氣斷路器包括：各配電室的進線斷路器、給各分支配電室供電的出線斷路器。以此防止電網閃絡時斷路器動作，從而保證各低壓配電室的正常供電。另外，在新配電室的設計和建造時直接使用不帶欠壓脫扣裝置的空氣斷路器。

采取這項措施后，雖然近幾年來又發生了多次閃絡故障，但各配電室均保持了正常供電，電網閃絡對400V低壓配電系統的影響基本得到了解決。

5.2 利用變頻器的來電再起動功能防止焙燒爐等重要設備因閃絡而停車

公司所有的焙燒爐轉筒電機均采用變頻器控制。

在正常運行的狀況下，發生瞬間失壓或欠壓時變頻器會立即停止輸出，欠壓保護動作。不管時間長短，即使只有幾十毫秒的時間，要重新開車，必須首先對變頻器進行手動復位，在現實情況下，這需要很長時間，對焙燒爐這樣重要設備的影響是非常大的。

解決這一問題的方法就是設定變頻器的來電在起動功能(亦稱為瞬時停電再起動功能)，瞬時停電后，該功能維持，當電源恢復時，該功能與電流限制功能同時作用，使所帶異步電動機平滑加速再起動。

例如：明電舍VT230S系列變頻器需要將功能碼C08-0設定為3；日本亞庫都電機工業株式會社生產的德林森MDLS230系列變頻器，應將功能碼P1.13設定為1。

采取這項措施后，在近幾年來發生的多次閃絡故障中，焙燒爐、風機、成膠釜、泵等用變頻器控制的設備沒有停運，達到了預期的效果。

5.3.1 采用帶空氣延時頭的接觸器

原理是，空氣延時頭上的延時斷開觸點并聯在接觸器自保觸點上，當電源發生閃絡時，接觸器線圈首先因失壓而釋放，空氣延時頭開始工作，在延時沒有完成之前電源恢復供電，并聯在接觸器自保觸點上的延時斷開觸點會自動起動接觸器，從而使所帶的異步電動機恢復運行狀態。

例如，正泰公司生產的NC1、NC2系列低壓接觸器就可以采用積木式安裝方式加裝空氣延時頭。

但是，采用這種方式帶來的問題就是，正常停車時，需要長時間按停止按鈕，以躲過延時時間。因此，空氣延時頭設定的時間不宜過長，可以設為3秒左右，但最多不要超過5秒，否則會給停車操作帶來很大的不便。

公司首先在催化劑一車間的六臺喂料泵上應用了該系列接觸器。同樣在安裝后發生的幾次電網閃絡后，喂料泵沒有停止運行，取得的效果還是比較好的。

5.3.2 采用FS/E防晃電接觸器

FS/E系列防晃交流電接觸器用于交流50～60HZ，額定工作電壓至1140V的電力系統中接通和分斷電路，用于連續性生產作業時供電系統發生晃電而保持接觸器不脫扣。當事故停電時間超過設定時間時，接觸器脫扣。0～3.0秒間調整接觸器的延時脫扣時間，出廠默認時間為1.5秒。

FS/E接觸器的電氣接線應按照 圖1進行，當出現接線錯誤，晃電保護將不能正常工作。(A2必須接零線)

圖1 FS/E接觸器的電氣接線

其工作原理是：FS/E接觸器是一個雙線圈結構，電源正常狀態下，控制模塊處于儲能狀態，接觸器的啟動和停止與常規接觸器一樣，當有“晃電”發生，使電壓降到接觸器的維持電壓以下時，控制模塊開始工作，以儲能釋放的形式保持接觸器繼續吸合。當電源電壓恢復后，控制模塊又轉入儲能狀態。

FS/E防晃電接觸器用于公司二級泵房冷卻水泵和工業水泵的控制后，再沒有因電網閃絡而停運過，從而保證了空壓機的冷卻水供應和工業用水供應，確保了生產裝置的正常運行。

5.4 及時更新DCS控制系統的UPS電源

隨著科技發展，技術進步，DCS在自動化生產中起到了至關重要的作用，為保證DCS在電網閃絡時運行正常，UPS電源及時在線供電是關鍵，因此要及時更新UPS電源的控制系統和蓄電池，保證其具有高可靠性，從而確保DCS控制系統的安全運行。

6 結束語

同一設備對于不同類型的電網閃絡的反應是不盡相同的，以上所列的應對電網閃絡的措施，只是針對我們企業的實際情況提出的。不同的企業因所處的電網不同、所用的生產裝置不同、在運的電氣設備不同，其應對電網閃絡的措施也應當是不同的，要因地制宜的制定出適合本企業的應對措施。

用電企業只能是在自己的設備上采取一些措施，應對電網閃絡。要預防電網閃絡的發生，則需要發、供電單位采取積極的措施，從源頭上預防和減少發、供電環節上事故的發生，提高電網系統整體運行的可靠性。