普光天然气净化厂低压配电系统抗“晃电”技术的研究与应用

摘 要：普光天然气净化厂低压电机数量共1365台，其中联合装置819台，公用工程325台，三台地221台。净化工艺特点为“高温高压、易燃易爆、有毒有害、连续生产”，电网瞬间失电压或短时出现的大幅度电压波动对生产装置带来很大影响，因此，对电力系统供电质量的可靠性提出了严格要求。文章研究方向是围绕川东北雷雨季节晃电对净化厂安全生产的影响而开展的具有较强针对性的技术研究，是在ABB接触器为主组成的备自投低压配电系统的设计基础上，开展抗“晃电”技术的研究，利用低压双电源自动投入技术BZT、低压配电系统抗“晃电”再启动技术、延时控制技术、快速无扰动补偿等技术，彻底解决了晃电对生产的影响。

关键词：低压配电系统；抗“晃电”技术；普光净化厂

1 引言

普光天然气净化厂设计处理规模堪称世界之最，其加工原料为高含硫化氢天然气，剧毒、易然易爆、腐蚀性强，生产操作环境极其危险。为满足普光天然气净化厂用电负荷需要，各工艺装置及直接影响工艺装置连续运转的配套公用工程的各低压电源均为双回路供电。正常工况：当一回路电源故障失电时，另一电源能满足装置全部用电负荷要求。根据全厂负荷等级，总平面布置，用电负荷大小，供电距离等，将低压电源设置于负荷中心。380V低压配电室共20座，380V接线采用单母线分段接线、分列运行，分段开关设自投装置。

电力系统供配电网在运行中受种种因素的影响，如雷电天气、电气设备故障、大型设备启动和人为误操作等原因，致使电网电压波动，造成供电系统发生供电网络瞬时失去电压，俗称“晃电”。一旦发生“晃电”现象，往往会引起现场机泵停运、装置生产紊乱、装置停车和全气田联锁关断等严重危害。

因此，本文针对普光净化厂的特点，进行了防“晃电”技术的研究，将各种低压配电系统的抗“晃电”技术成功应用于普光天然气净化厂，解决雷雨季节净化厂低压用电电气平稳运行问题。

2 低压配电系统抗“晃电”控制技术及应用

2.1 低压双电源自动投入技术BZT

BZT功能实现为：由进线低电压继电器（1YJ，2YJ，3YJ） 提供启动信号给PLC，经过PLC逻辑判断后，延时2.5秒（净化厂所有低压母联备自投时间均为2.5秒）实现跳开故障电源，在故障电源开关跳开之后投入母联开关，从而实现备用电源投入切换的功能。这一功能的实现是在工作电源开关断开后，再合入母联开关，是串联切换方式。

BZT 回路采用低电压启动，而低电压启动的整定时间要躲过厂用电负荷故障的切除时间，其整定时间t=t1+Δt，t1 为厂用电负荷故障保护动作时间，Δt为阶梯配合时间差，所以，BZT 的动作时间较长。

BZT 动作时间较长引起母线电压下降严重，母线电压下降严重将引起以下现象：

（1）母线电压下降严重将引起低压负荷失电。

（2）母线电压下降严重将引起电动机转速下降，引发风机、泵产生气蚀等严重故障，使生产不能维持正常，对安全运行构成重大威胁。

2.2 低压配电系统的抗“晃电”再启动控制技术

为了确保装置生产的连续性，在净化厂装置里并非所有电动机都必须具有抗“晃电”功能。生产工艺技术要求和电动机所驱动设备不允许电动机具有抗“晃电”功能，如大功率电动机“晃电”停机后立即再启动，极可能损坏所驱动的设备；间断短时工作制电动机也不需要该功能，如装置中的电动阀电动机、装卸车泵电动机等。某台电动机是否具有抗“晃电”功能应当看其在工艺生产中的需要，并且当有多台电动机同时再启动时，由于起动电流较大，还应考虑供配电系统启动容量等问题，因此应用电动机再启动功能时应遵守以下基本原则：

（1）电动机所有的再启动措施只在停电后的短时间内起作用。

（2）对手动停电动机或由电动机本身故障引起跳闸的电动机，不应再启动。

（3）对生产装置中的重要电动机根据实际需要才能增加再启动功能。

因此，我们根据工艺顺序的要求将净化厂装置低压电动机按照“晃电”之前的运行状态进行再启动，进而快速恢复装置的连续性生产，尽最大可能将电网波动对生产的影响降低到最低点。由电气技术人员与生产装置工艺人员对装置实际需求电动机再启动情况进行详细对接，对电动机低电压动作值、再启动动作值全面检查和优化，并对净化厂各生产装置电动机分批再启动容量进行核算，均能满足供配电系统的要求，力争将各装置受“晃电”的影响降到最低。所采用的电动机抗“晃电”技术再启动方法如下：

（1）低压电动机分批再启动装置实现再启动功能

净化厂生产装置变电所中采用的是全数字低压电动机群自启动装置。该装置的核心为一套可靠的PLC（S7-200），整个系统的控制逻辑是在系统运行前已输入至PLC的CPU模块的RAM存储区，并由一粒3.6V的锂电池维持PLC失电后程序和数据的记忆。该系统可对电动机在电网晃电恢复后，按照设定程序对被控电动机群按批次排序实现连续快速自动再起动，其原理电压变送器将母线电压转换为0～20mA直流信号，输入单元将直流信号转换为数字信号，最后送给CPU模块计算比较，判断电压是否正常。控制单元完成采集母线电压和电动机状态后进行逻辑判断，接操作指令，顺序输出各电机起动命令，执行单元接受控制单元指令，执行顺序起动电机任务。见图1

图1 自启动装置工作方框图

（2）利用低压综合保护装置实现再启动功能

微机电动机保护监控装置自身具有系统短暂失电时电动机自动再启动功能，动作于内部R3继电器。其外部接线很简单，只需将R3 继电器的常开触点并到电动机控制回路的KM 接触器常开触点的保持回路上即可。该综保设立即再启动和延时再起动，立即再启动和延时再启动可以分别投退。再启动功能自动记忆电动机原来的运行状态，当电源恢复到恢复电压定值时如果在立即再启动限定时间以内，则立即动作于R3，如果超过立即再启动限定时间，而在延时再启动限定时间内，则经过延时时间再次判断电压大于设定的恢复电压后动作于R3 继电器，继电器常开触点闭合。

2.3 低压配电系统的抗“晃电”延时控制技术

电气抗“晃电”控制技术可以实现接触器的延时脱扣。正常情况下，起动、停止操作电动机与普通的交流接触器一样，但当“晃电”发生时，电机启动接触器线圈由于储能延迟释放，其辅助触头延迟发出断开的控制信号，由此来躲过“晃电”的时间。当电源电压恢复后，控制模块又转入储能状态。如果“晃电”的时间超过控制模块设定的延时时间，则接触器线圈释放，电动机跳闸，该种方法也类似于将低压接触器“锁死”，即当发生“晃电”时，电动机配电柜内的接触器线圈在设定时间0.3～6.6s范围内不释放。见图2。

我们对凝结水站空冷电机A-103G、A-103H（YA225S-4WF1，30KW，57.5A，接触器为A95）、P-103E中间水泵电机（Y250M-4-WF1-TH，55KW，103A，接触器为A210）、152-P-106B（1MJ7 310-4CA60-Z 315S，105KW，186A，接触器为A300）、TEG循环泵151-P-201A（CD 200L-4，30KW，56A，接触器为A95）等共计5台电机进行了抗晃电模拟试验。

通过现场试验表明，电机在晃电延时期间启动对电网冲击不算大，就目前状况下，采用延时控制技术解决个别重要电机的“晃电”是可行的，可保证重要用电负荷在“晃电”时的连续生产，即抗“晃电”延时控制技术可以实现电网瞬时失电后低压电动机接触器的延时脱扣。

2.4 低压配电系统快速无扰动补偿技术

净化厂的生产装置是一种连续性生产系统，电网瞬间失电压或短时出现的大幅度电压波动对生产装置都会带来很大的影响，因此，对电能质量的要求越来越苛刻，而电压暂降是最严重的电能质量事件之一。电压暂降通常比较剧烈，足以使电气和电子设备跳闸或故障，电压暂降被认为是所有电能质量问题中造成损失最多的。

传统的电压调节装置（如自动分接头切换变压器）的响应速度慢，可更改的可能性不高，且通常不能进行失衡校正和相位校正。快速无扰动电压调节装置，能够保护敏感负载免受经常性电压干扰的影响。快速无扰动电压调节装置是一种“主动式”系统，能够以与电源串联的方式、以正确的相位角，注入适当的校正电压，从而实现电压调节。快速无扰动技术能够进行极其迅速的电压和相位校正，保护负载渡过危险的电压暂降或甚至浪涌时期。此外，快速无扰动技术还能够对电源电压进行连续的+/-10%调节，并能够消除失衡和闪变电压。快速无扰动技术能够极大地降低对工厂或在不良供电条件下运行的设备所造成的直接和间接损失。

普光天然气净化厂所采用的快速无扰动补偿方案如下：

（1）电压暂降补偿方案

在系统电压发生暂降时，电网中往往还省有部分电能可供使用，AVC不含储能元件，电压补偿所需的能量从电网中吸取。如图3。

（2）电压暂升补偿方案

在系统电压发生暂升时， 快速无扰动补偿装置多余的能量回馈电网中。如图4。

普光天然气净化厂所采用的快速无扰动补偿技术配置方案如下：

考虑到在不停电情况下需对快速无扰动补偿装置进行维修，配置一套维修旁路。如图5。

3 现场应用及效果

设计、改造和完善现有低压配电装备，实现真正意义上的低压配电系统无故障安全保障，确保净化厂重要装置不停机。

目前，净化厂低压配电系统已使用的抗晃电技术有：BZT技术，低压电机群起技术，低压电机微机再启动技术，及正在实施中的低压电机延时控制技术和低压电机快速无扰动电压补偿技术等。见表1

表1 净化厂抗晃电技术应用对比

4 结束语

低压配电系统防“晃电”技术在普光净化厂的成功应用，可避免因短时电压波动对连续性生产装置造成的影响，不仅每年为公司减少上千万元的经济损失，带来显著的经济效益，减少低压配电系统由于晃电造成停电停机事故范围的扩大，从而保证了供水、油泵、工艺系统正常运行。

该技术社会效益极其重大。低压配电系统防“晃电”技术的应用一方面可避免由于晃电带来的生产紊乱，减少操作人员紧张情绪，减缓工作压力，降低劳动量，从而降低了设备非正常停机的机率，保证了生产安全平稳；另一方面其减少雷雨季节晃电带来的联锁停机次数，也就是减少了由于停机或保压时，管路中不合格天然气排放至火炬燃烧，对环境造成的不良影响。此技术在两年多的时间内的有效运行充分证明其可以在大型高含硫天然气处理厂进行广泛推广。

参考文献

[1]徐蕾，李勇，刁红敏.济钢低压配电系统防晃电技术措施[J].山东冶金，2010，32（3）：85.

[2]董勇.防晃电技术在低压配电系统应用[J].冶金动力，2009，（3）：64-65.