供電系統中關于抗晃電問題的思考

柯瑞盈

（北部灣港北海碼頭有限公司，廣西 北海 536000）

0 引 言

當供電系統在正常運行過程中受到雷擊、對地短路故障、重合閘備自投、企業內外部電網故障、大型設備起動等沖擊時，會造成系統電壓短時間內大幅波動或瞬間失電又恢復的現象，這種現象通常稱為晃電[1]。制造企業連續生產中，當電網發生晃電問題時，會使供電電壓瞬時跌落或波動，影響工業生產過程中電壓敏感型電氣電子設備的正常工作，可能導致生產中斷，造成嚴重的經濟損失。一些企業采用雙路電源供電、柴油發電機后備電源和不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）供電等解決方案，這些方案既有優點，也存在一定的不足。雙電源供電有切換時間，在雙電源切換過程中變頻器會出現欠電壓停機。UPS的過載能力很難滿足大功率電動機的起動電流需求，如果通過增大UPS的容量來彌補這一缺陷，則增加了投資成本[2]。在仔細分析晃電原理與電氣元件特性的基礎上，根據企業的實際需求設計合理的抗晃電綜合治理方案。

1 低壓變頻器的防晃電方案

低壓變頻器通過交-直-交實現變頻調速，變頻器的低壓和過電壓跳閘都可以判斷內部直流電壓。在低壓變頻器電壓降低時，導致變頻器停車的原因有2個方面。一是控制回路采用系統電源控制時，電壓跌落導致控制信號丟失；二是系統電壓降低，導致變頻器直流母線電壓降低。

為了防止低壓變頻器電壓擾動，采取如下技術方案。

（1）變頻器自復位。當電壓發生擾動時，變頻器自動停車，但變頻器故障出口繼電器被閉鎖。當電壓在預定時間恢復時，如果此時變頻器啟動/運行信號未丟失，則變頻器自啟動。此方案需要UPS帶控制回路作為支撐。

（2）變頻器直流支撐。采用外部控制單元，將應急直流電源接入變頻器直流母線，晃電時快速投入后備直流電源，保障負載得到持續供電。該方案的優點是可靠性較高，支撐時間可以根據電池放電容量進行調整；缺點是需要按照負荷容量配置電池組，投資成本較大。

低壓變頻器抗晃電原理如圖1所示。

圖1 低壓變頻器抗晃電原理

2 后備電源及抗晃電模塊綜合支撐技術

2.1 技術實踐

某化工公司運行期間，廠區發生晃電6次，晃電時間一般在100 ms以內，一些重要的低壓供電設備受到影響，造成裝置生產波動。為了提高公司各裝置晃電時的抗擾動能力，根據現場電氣設備的不同特點，采取一系列具有針對性的措施。

將重要電動閥門控制電源改為引自A相、B相、C相，提高某一相電壓波動時的抗擾動能力。調整變頻器參數，人工智能（Artificial Intelligence，AI）輸入故障修改為等于信號丟失前最后的轉速模式，直流母線低電壓自動復位功能開啟[3]。晃電后，變頻器復位再啟動。對參與裝置聯鎖的重要電動機回路增加抗晃電模塊，適時連續晃電接觸器釋放。

當較大規模晃電或系統電壓大幅波動不可避免時，為了保障裝置能夠安全停車，采取應急電源綜合供電方案[4]。為了防止上述情況對裝置系統安全造成影響，2019年某公司空分裝置經過設計增加1臺應急發電機、2個發電機應急配電柜以及1個發電機控制箱。為了進一步保證外電網和自備電站均出現異常時的工況，于2020年補充增加1個應急配切換柜和2套電動助力轉向系統（Electric Power Steering，EPS），提高供電異常情況下空分裝置緊急安全停車的可靠性。

雙電源切換柜一次系統構成如圖2所示。

圖2 雙電源切換柜一次系統構成

當發生晃電時，雙電源切換柜由正常電源供電切換至柴油發電機供電，2個切換柜互不影響。

109單元切換柜所帶設備有輔油泵09-M1193（90 kW）、空壓機頂軸油泵09-M1169（4 kW）、汽輪機頂軸油泵09-M1179（4 kW）、盤車電動機09-M1146（15 kW）以及109-EPS（60 kVA），其中109-EPS帶事故油泵09-M1198（7.5 kW）。110單元切換柜所帶設備有輔油泵10-M1193（90 kW）、空壓機頂軸油泵10-M1169（4 kW）、汽輪機頂軸油泵10-M1179（4 kW）、盤車電動機10-M1146（15 kW）和110-EPS（60 kVA），其中110-EPS帶事故油泵10-M1198（7.5 kW）。針對以上負荷，操作人員根據實際工況手動起機。事故油泵采用三相并聯接觸器，由雙電源切換柜母線上的EPS供電。配套EPS控制原理如圖3所示。

圖3 配套EPS控制原理

2.2 測試分析

工作人員確認109單元汽輪機冷卻完畢，一拖二機組盤車、油系統設備均符合測試條件。對發電機進行檢查，確保發電機無報警、無故障，油溫、油壓正常，冷卻液及燃油充足。確認柴油發電機處于熱備狀態，2套應急電源切換柜處于自動位、市電供電狀態。確認109單元EPS在靜態旁路供電，整流回路啟動，逆變回路斷開。確認柴油發電機就地控制面板及遠程起動面板均處于自動位、停機狀態[5]。將110單元應急電源切換柜控制器ATS022切至手動模式，確認109單元應急電源切換柜所帶電動機回路設備09-M1193、09-M1169、09-M1179和09-M1146處于工作位合閘狀態，09-M1198處于熱備用狀態，EPS電源開關處于工作位合閘狀態。

斷開EPS供電電源開關，市電主供電電源失電后進入蓄電池供電模式，整流回路斷開，靜態旁路斷開，逆變回路起動，切換時間約為0.3 s。打開柜門，拉下市電檢測斷路器，檢測到市電失電后立即自動打火起動，打火一次起動成功，大約12 s完成起動過程，運行進入平穩狀態。此時，ATS022控制器自動將CB1（市電）斷路器分閘、CB2（應急）斷路器合閘，切換過程約為1 s。市電電源失電后2 s左右，109單元事故油泵09-M1198自動起動，電動機此時由EPS供電，起動后運行正常。

在柴油發電機起動平穩時，109單元應急電源切換柜的ATS022控制器自動切換完成后，合上EPS電源開關。EPS檢測主供電電源來電后，恢復靜態旁路供電，整流回路起動，逆變回路斷開，切換時間大約為0.3 s，109單元事故油泵09-M1198電動機運行未受影響。

將09-M1193、09-M1169、09-M1179和09-M1146電動機起動，全部進入帶載正常運行狀態。繼續觀察30 min，無異常后聯系測試人員將負荷按正常順序停機。停機完畢后，合上市電檢測斷路器，保持發電機電源供電。手動將柴油發電機停機，發電機運行開始減速時，ATS022控制器自動將CB2（應急）斷路器分閘，CB1（市電）斷路器合閘，恢復市電電源供電。在市電失去后，應急電源切換柜能夠及時完成柴油發電機的自啟與兩路電源的自切，在發電機自啟過程中，EPS由蓄電池逆變供電。通過對空分應急柴油發電機實際帶載能力的測試，在供電異常情況下，應急電源綜合供電方案能夠可靠地完成空分裝置系統的安全操作流程[6]。

3 結 論

隨著多數制造企業對供電可靠性的要求越來越高，需要改善誘因多變且復雜的晃電現象。具體實踐中，既要從源頭上規避晃電風險，也要因地制宜針對晃電特點進行專題研究，制定綜合性抗晃電治理方案，為企業安全生產提供有效支撐。