浅谈抗晃电技术在化工企业供配电系统中的运用

吴洪雨 时盛志

（1.中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西榆林 719000；2.湖南中伟新能源科技有限公司，湖南长沙 410600）

0.引言

目前，随着化工企业的高速发展，对于供配电系统及其电气终端设备的稳定运行的要求也越来越高，进而对相关电气技术的要求也越来越高。化工企业一旦发生晃电事件，轻则造成生产中断，影响经济效益，重则造成设备损害、人员伤亡，形成恶性生产事故，因此，推动抗晃电技术在化工企业中的有效运用对于目前的化工企业的发展十分必要。加强对抗晃电技术的研究，推动抗晃电技术的进步，提出抗晃电技术在化工企业配电系统中的有效运用策略是目前要研究的重要内容。

1.电力系统产生晃电事故的原因分析

1.1 电力系统在运行过程中发生晃电的原因

（1）在阴雨天气受到雷电冲击，大电流冲击引起继电保护装置动作后再重合闸；（2）电力系统由于自身的绝缘问题发生严重的短路故障，产生间歇性对地放电，形成大电流冲击，造成供电系统的不稳定；（3）供电线路受到异物干扰形成相间短路，比如大风刮起的带状物体缠绕在两相之间，蛇类或者鸟类动物在室外架空线路上形成的两相短路；（4）配电系统中有大容量电动机直接启动，产生瞬间大电流的冲击，将10kV系统的母线段电压瞬间拉低，部分设备由于低电压保护启动跳闸。

1.2 电力系统晃电的表现形式

（1）发生电压的突然急剧上升或者急剧下降，且持续时间为0.5个周波至60s左右，电压上升或下降的数值达到额定电压的110%～180%或10%～90%范围。（2）电压发生闪变，一般情况下表现在人类眼睛对电压波动瞬间所引起的照明亮度出现异常闪烁而产生的视觉感受，电压的幅值会出现一系列的随机变化或者电压波形的包络线会呈现出有规则的变化。（3）短时断电，断电时间持续为0.5个周波至3s并引起重合闸动作或者备自投动作的现象。

2.电力系统晃电所产生的影响

（1）化工企业0.4kV电动机的控制绝大部分都是采用交流接触器的方式，当出现晃电现象时，由于电压暂降或短时失电，此时将使得释放弹簧的弹力大于线圈对铁芯的吸力，这将造成接触器失压释放，导致大批电动机失压停机，严重影响化工装置的长周期稳定运行，大幅增加生产成本，甚至会造成设备故障或者人员伤亡事故。根据试验分析统计，一般交流接触器在供电电压低于其线圈额定电压的50%时，且持续时间超过一个周波时其接触器将会释放。当线圈供电电压低于其线圈额定电压的80%时，且持续5个周期时接触器也会被释放。（2）化工企业中有很多重要设备都采用变频器来控制电动机或者风机的速度，一般情况下，变频器内部设置有低压、过压以及瞬间断电的保护功能，当选用GTR作为变频器的逆变器功率元件时，一旦出现低压情况(指U＜0.7倍额定电压)或停电，控制电路向驱动电路输出的信号将停止，此时变频器的驱动电路和GTR功率元件全部停止工作，电动机失压后则会处于自由制动状态;当选用IGBT作为逆变器功率元件时，当变频器出现失压或断电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间to>td，变频器则会自我保护停止运行。（3）晃电时由于电压低，会导致电动机过电流，从而使电动机热保护动作而跳闸。

3.变频器抗晃电技术在锅炉配电系统中的应用

根据电力行业《发电厂变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范》要求：电厂锅炉给煤机变频器在进线电源电压跌落到不低于20%额定电压，持续时间不大于0.5s的区域内；电压跌落到不低于60%额定电压，持续时间不大于5s的区域内；电压跌落到不低于90%额定电压，持续时间大于10s的区域内；电源电压升高到不低于130%额定电压，持续时间不大于0.5s的区域内，应能保障供电对象的连续稳定运行[1-2]。

3.1 电力系统概况

我公司热电中心共有4台480T/H高温高压循环流化床锅炉，两台100MW汽轮发电机机组，担负着整个化工装置的供电和供汽任务。每台锅炉有6台给煤机，每台给煤机电机功率3kW，并由ABB ACS550变频器驱动控制。2019年对锅炉给煤机变频器进行抗晃电改造，目前运行状况良好。

3.2 电网取能型变频器抗晃电技术原理及应用

电网电压跌落到20%～90%范围内系统瞬时[＜200us]电网取能型变频器抗晃电装置启动工作，通过整流控制将电气系统交流残压转换为直流电压，维持变频器直流母线电压在DC500V左右，保证变频器正常运行10s（10s～60s可调），满足电力行业规范要求。当电网电压恢复时，系统自动退出工作状态，转为热备用状态，变频器自动转换由电网供电。当变频器停止运行时，系统自动退出，转为热备用状态。原理图1所示。

图1 抗晃电装置系统原理图

根据我公司现场情况，变频器控制电源从ups或直流屏取电改造施工难度较大，且增加了自身系统的故障点，为保证在电网电压跌落时变频器控制系统正常工作，控制电源设计为电源一部分取自电网变压后AC220V，另一部分取自抗晃电装置输出端直流电源，通过直流变压、逆变，输出的AC220V电源。当电网电压正常情况下，控制回路由电网变压后的AC220V供电，当电压下降至设定值以下控制回路由抗晃电装置系统供电。

3.3 电网取能型变频器抗晃电技术要求

电网取能型变频器抗晃电装置为给煤机变频器提供稳定的后备动力电源，设备模块化设计，便于日常维护。在投入工作同时不产生较大电流以免对厂用供电系统造成冲击，装置应具有故障隔离能力，在抗晃电装置自身出现故障时不能影响到给煤机变频器的正常运行。在电网电压正常时不干扰给煤机变频器正常运行，同时确保在电网电压跌落时给煤机变频器平稳运行，输出恒定的转速。因运行人员正常操作启停辅机或锅炉MFT动作导致给煤机变频器联跳时抗晃电装置应退出运行。

3.4 电网取能型变频器抗晃电技术的优缺点

优点：利用电气系统残压经过整流提高直流输出电压，满足变频器直流母线电压及控制系统电压要求，维持变频器在一定时间内正常运行，不需要另外安装直流电池进行支撑。并且控制电源由本装置提供，无需单独配置UPS。具有投资小、可靠性高、维护方便等特点。缺点：只能在给煤机等小功率电气设备使用，否则将会使系统残压降得更低，引起大面积停电。

4.结语

伴随化工企业的高质量发展，对于电气设备的可靠性要求也随之提高，但是由于局部的控制技术或者控制设备还不是太成熟，因电力系统电压波动导致的电气设备的停机故障时有发生，这严重影响化工企业的长周期稳定运行。抗晃电技术在化工企业配电系统中的有效运用，可以有效地推动化工企业电气设备的工作效率的提升，从而降低化工企业的经营成本，有利于企业的可持续发展。加强对抗晃电技术的理论研究，对于其推广应用具有深远意义。