劉龍舞

（安徽工業(yè)大學(xué)研究生學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002）

1 引言

電網(wǎng)由于雷擊、短路、發(fā)電廠故障等內(nèi)外部原因，造成電壓大幅波動(dòng)，甚至停電數(shù)秒鐘的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，此現(xiàn)象俗稱“晃電”。在石油化工企業(yè)中，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)電壓波動(dòng)時(shí)，部分不重要設(shè)備將通過低電壓保護(hù)從電網(wǎng)上切除，而裝置核心設(shè)備將在母線電壓恢復(fù)正常后重加速啟動(dòng)，從而保證了工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，很多電動(dòng)機(jī)抗晃電設(shè)計(jì)未系統(tǒng)考慮電網(wǎng)的短時(shí)最大承載能力，致使機(jī)群的群?jiǎn)㈦娏鹘咏蜻_(dá)到了電網(wǎng)所能承受的最大值。其后果不堪設(shè)想，輕者將導(dǎo)致線路自動(dòng)重合閘或母線備自投失敗，生產(chǎn)中斷，重者將使發(fā)電機(jī)解列，電網(wǎng)崩潰瓦解。因此，在電網(wǎng)容量允許的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)更為安全可靠的電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)方式就顯得尤為重要。

2 “晃電”再啟動(dòng)技術(shù)

2.1 方案綜述

隨著科技的發(fā)展，微機(jī)型綜合保護(hù)器在各廠礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，其靈活的編程性能為電機(jī)的控制提供了更為便利的條件。微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器MICOM P241可以實(shí)現(xiàn)線路三相電流和三路線電壓采樣，具有短路、熱過載、負(fù)序過流、零序過流、啟動(dòng)超時(shí)、運(yùn)行失速、低電壓、過電壓、禁止再啟動(dòng)等保護(hù)功能。根據(jù)廠用電規(guī)定，因廠用電動(dòng)機(jī)群?jiǎn)?dòng)電流較大，為避免晃電重啟動(dòng)時(shí)電流疊加效應(yīng)所帶來的負(fù)面影響，應(yīng)據(jù)實(shí)際條件分批重啟動(dòng)。本文以電壓采集時(shí)差控制式分批再啟動(dòng)方式為例［8］，設(shè)計(jì)了一種新的自啟動(dòng)邏輯。

首先，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)要求將全廠所有負(fù)荷進(jìn)行分類，即允許自啟動(dòng)負(fù)荷和禁止來電自啟動(dòng)負(fù)荷。而自啟動(dòng)負(fù)荷通常分為三類，每一批次電動(dòng)機(jī)均可據(jù)電網(wǎng)要求設(shè)定不同的自啟動(dòng)時(shí)限。具體分類原則如下。

A類負(fù)荷——裝置核心機(jī)組，晃電后電網(wǎng)電壓恢復(fù)后立即自啟動(dòng)。

B類負(fù)荷——裝置重要關(guān)鍵機(jī)組，晃電后延時(shí)3-4s自啟動(dòng)。

C類負(fù)荷——裝置較重要機(jī)組，晃電后延時(shí)6-8s自啟動(dòng)。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，對(duì)于1000kW及以下常規(guī)機(jī)泵，在啟動(dòng)3-4s后，啟動(dòng)電流的正序有效值即可從4-7倍Ie（額定值）驟降至1.5倍Ie值以下。電網(wǎng)電壓重新恢復(fù)后，5s內(nèi)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)重啟動(dòng)電流一般為2-4倍Ie。

電網(wǎng)發(fā)生晃電后，A類負(fù)荷電動(dòng)機(jī)將瞬時(shí)自啟動(dòng)，3.5s之后A類電動(dòng)機(jī)已重啟動(dòng)成功，同時(shí)網(wǎng)上電壓也很快恢復(fù)正常，故下一批次電動(dòng)機(jī)的晃電啟動(dòng)與上一批次的時(shí)間間隔定為3.5s，基本可避免多批次啟動(dòng)電流相互疊加沖擊造成電網(wǎng)電壓異常。對(duì)于風(fēng)機(jī)類負(fù)載、容量超過1500kW的機(jī)泵或重載重啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，可適當(dāng)延長(zhǎng)1-2s。三類自啟動(dòng)負(fù)荷在晃電后12s內(nèi)基本上可以完成重加速再啟動(dòng)過程。12s過后，慣性墮走的電動(dòng)機(jī)已基本停運(yùn)，重啟動(dòng)過程應(yīng)按全壓直接啟動(dòng)對(duì)待，無需再考慮自啟動(dòng)行為。

2.2 總體設(shè)計(jì)原則

（1）電網(wǎng)發(fā)生晃電后事故段所有運(yùn)行電動(dòng)機(jī)1s后無條件跳閘（可據(jù)要求設(shè)定）。母線電壓恢復(fù)正常后，在未檢出饋出線故障的前提下，原運(yùn)行電動(dòng)機(jī)分批自啟動(dòng)或禁止重啟動(dòng)。手動(dòng)分閘或因儀電故障跳閘的電動(dòng)機(jī)不應(yīng)納入上述之列。

（2）由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制回路中串入了合閘閉鎖點(diǎn)，分批自啟動(dòng)前需要預(yù)先解除合閘閉鎖方可實(shí)現(xiàn)重啟動(dòng)。

（3）電動(dòng)機(jī)重啟動(dòng)一次后，不管成敗與否，應(yīng)立即閉鎖再次合閘，以防短期內(nèi)電動(dòng)機(jī)連續(xù)群?jiǎn)?duì)電網(wǎng)不斷造成沖擊［8］。

（4）可采用電控或儀控自啟動(dòng)方式，儀控自啟動(dòng)也應(yīng)遵循電控啟動(dòng)的各項(xiàng)規(guī)定和要求。

圖1 晃電后原運(yùn)行電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)通用邏輯圖

2.3 編程基本定義字

如表1所示，以下兩類編程均為電控啟動(dòng)方式，編程之前需要規(guī)定輸入輸出端口基本定義字。

表1 MICOM P241輸入輸出端口定義字

2.4 晃電后電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)通用邏輯及其原理

2.4.1 晃電后電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)通用邏輯

晃電后原運(yùn)行電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)通用邏輯如圖1所示。

（1）因P241電壓采樣為三相三線制，為避免電動(dòng)機(jī)兩相小母線失壓跳閘，又加入了零序電壓Vn檢測(cè)；

（2）斷路器低電壓保護(hù)的跳閘時(shí)延，應(yīng)大于線路后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，并保持級(jí)差配合；

（3）RL5輸出跟隨器設(shè)定100ms時(shí)延是為了保證可靠接通斷路器分閘回路，來電檢測(cè)設(shè)置200ms時(shí)延的目的是為了保證斷路器無彈跳分閘，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定正常；

（4）斷路器分閘后，12s延時(shí)返回為供配電系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)最長(zhǎng)失壓監(jiān)控時(shí)間；

（5）此例晃電自啟批次為B類負(fù)荷，A類負(fù)荷至少應(yīng)延時(shí)80ms，以確保提前解除RL6合閘閉鎖；

（6）緊急復(fù)歸（Emergency Reset）將解除電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的熱能閉鎖、熱啟動(dòng)次數(shù)限定、冷啟動(dòng)次數(shù)限定、啟動(dòng)間隔時(shí)間限定這4個(gè)限制條件，啟動(dòng)完畢所有閉鎖條件將再次生效；

（7）加入現(xiàn)場(chǎng)操作柱鎖停位是一種技術(shù)保安措施，可避免現(xiàn)場(chǎng)、DCS、電氣三方自行操控合閘。

如圖2所示為晃電后原運(yùn)行電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)工作時(shí)序。

圖2 晃電后原運(yùn)行電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)工作時(shí)序圖

2.4.2 晃電后電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)邏輯原理

（1）斷路器合閘后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。若發(fā)生三相低電壓，延時(shí)1s后RL5出口，事故段所有運(yùn)行電動(dòng)機(jī)將無條件跳閘，同時(shí)預(yù)備解除合閘閉鎖RL6；

（2）斷路器分閘瞬間，將在200ms內(nèi)判斷是否為三相同時(shí)低電壓所致（也為200ms），是則自鎖，等候來電信息，否則不會(huì)觸發(fā)電動(dòng)機(jī)晃電自啟動(dòng)邏輯。該判據(jù)可被認(rèn)作是對(duì)晃電前期電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式的一種記憶。

手動(dòng)分閘P241不會(huì)檢測(cè)到失壓再恢復(fù)的過程。緊急解鎖條件可避免儀電故障時(shí)誤解除合閘閉鎖RL6節(jié)點(diǎn)，同時(shí)合閘回路還串聯(lián)有電氣故障閉鎖繼電器常閉節(jié)點(diǎn)，以防線路和設(shè)備故障所導(dǎo)致的低電壓，因此均不會(huì)觸發(fā)晃電自啟動(dòng)邏輯。

此判據(jù)默認(rèn)斷路器前期為合閘狀態(tài)，因此可以從根本上避免電動(dòng)機(jī)柜送電時(shí)，母線電壓開關(guān)與控制電源開關(guān)操作順序不當(dāng)所導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)自行合閘。

（3）斷路器分閘后將在12s內(nèi)檢測(cè)來電信息，一旦電壓恢復(fù)正常，穩(wěn)定200ms后，與上述低電壓檢測(cè)條件共同作用，經(jīng)設(shè)定批次延時(shí)后（本例為3.5s），通過RL4出口節(jié)點(diǎn)重啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。斷路器合閘后，自啟動(dòng)邏輯立即復(fù)歸。若12s后系統(tǒng)電壓未能恢復(fù)正常，則清除原有電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息，自啟動(dòng)邏輯復(fù)歸。

（4）緊急解除合閘閉鎖設(shè)計(jì)為單次解除方式，以防電動(dòng)機(jī)群群?jiǎn)⑹《磸?fù)重啟動(dòng)。電壓恢復(fù)正常200ms后，若未檢出儀電故障，P241將發(fā)出一50ms脈寬的脈沖先行解除合閘回路RL6閉鎖節(jié)點(diǎn)，指示燈LED3亮（設(shè)為鎖存模式），記錄為一次電動(dòng)機(jī)重啟動(dòng)過程，同時(shí)封鎖后續(xù)緊急復(fù)歸。

（5）現(xiàn)場(chǎng)、儀控、電氣三方電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)仍需要滿足電氣合閘閉鎖條件。以上動(dòng)作過程均可通過調(diào)閱P241事件及故障記錄信息，并輔之以可編程指示燈來進(jìn)行分析判斷。

2.4.3 參數(shù)設(shè)定

在上述邏輯框圖中，低電壓保護(hù)設(shè)置及三相來電檢測(cè)是重要環(huán)節(jié)。一般設(shè)定方式如下。

（1）低電壓保護(hù)按保證電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的條件整定［1－3］，即

式中：Umin為系統(tǒng)所能承受的最低工作電壓，V；Krel為可靠系數(shù)，取 1.1～1.15；Kr為返回系數(shù)，取1.05～1.10；UE為額定線電壓有效值，V；nTV為電壓互感器一二次側(cè)電壓變比。

（2）按切除不允許自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的條件整定：一般?。?.65～0.75）Un，動(dòng)作時(shí)限取 1s；

（3）具有備用設(shè)備而斷開的電動(dòng)機(jī)，失壓保護(hù)整定為（0.25～0.4）Un，動(dòng)作時(shí)限取 1s（同上）；

（4）根據(jù)保安條件，在電壓長(zhǎng)時(shí)間消失后不允許重啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，低電壓保護(hù)動(dòng)作值一般?。?.4～0.5）Un，動(dòng)作時(shí)限?。?－10）s；

（5）重來電線電壓可設(shè)定為85V。

Uop動(dòng)作門檻值設(shè)定為70V。圖1邏輯中，重來電檢測(cè)采用三相電壓報(bào)警（3Ph Volt Alarm）控制字取反來實(shí)現(xiàn)，P241內(nèi)部檢測(cè)V1＞V2，同時(shí)高于85V才判斷為系統(tǒng)電壓正常，反相、缺相、欠壓、失壓均會(huì)發(fā)出電壓異常報(bào)警。因此安裝調(diào)試時(shí)還需確保三相電壓接入正確，相／線電壓的幅值相位正確。

（6）合成開口三角形零序電壓“NVD Vn＞”的設(shè)定，要綜合考慮線路各類電壓故障等影響進(jìn)行設(shè)定。

①零序電壓一般按躲過電動(dòng)機(jī)三相空載運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)最大偏移電壓來整定［5］，即

式中：Krel為可靠系數(shù)，取 1.1－1.3；U″0m為電動(dòng)機(jī)三相空載運(yùn)行時(shí)因電源電壓不平衡所引啟的中性點(diǎn)最大偏移電壓，可用實(shí)測(cè)法測(cè)出，也可參考已有電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)值。

加入三相線電壓幅值檢測(cè)后可抵消三次諧波電壓的影響［6］。

②基于電壓二次回路故障考慮?，F(xiàn)場(chǎng)配電柜內(nèi)三相電壓小母線一般采用三相單聯(lián)微型開關(guān)控制，當(dāng)發(fā)生接地或短路故障時(shí)，故障相開關(guān)將會(huì)動(dòng)作分?jǐn)唷Ｆ浯?，操作人員誤分電壓開關(guān)也會(huì)使P241三相電壓檢測(cè)異常。極端情況下，若操作人員不慎誤分兩路電壓開關(guān)，此時(shí)P241只檢測(cè)到一相電壓，零序電壓Vn實(shí)則為剩余相相電壓，此時(shí)Vn值可考慮按三相平均相電壓設(shè)定。計(jì)算方式基本同式（1），不同的是Kr為零序過電壓返回系數(shù)，取值范圍 0.9－0.95，則設(shè)定范圍 Vnop為（0.475－0.52）Un。

綜上所述，各批次群?jiǎn)㈦妱?dòng)機(jī)的容量和批次啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置是否合理，是晃電后電動(dòng)機(jī)能否自啟動(dòng)成功的重要因素。在實(shí)際應(yīng)用中，最大批次設(shè)備容量、群?jiǎn)r(shí)間、負(fù)荷類別、群?jiǎn)⑺查g所造成的壓降等都是需要考慮的因素。從電網(wǎng)安全角度考慮，三類自啟動(dòng)總負(fù)荷應(yīng)按一定比例分配。尤其是設(shè)備大幅增容，在全部設(shè)備分類部署完畢，不要忘記用電網(wǎng)最大短時(shí)容量進(jìn)行校驗(yàn)。

上述邏輯設(shè)計(jì)思路嚴(yán)謹(jǐn)，考慮較為周全，已通過了實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)嚴(yán)格測(cè)試，并在實(shí)際生產(chǎn)中有具體的應(yīng)用。對(duì)于重啟動(dòng)不成功的電動(dòng)機(jī)，需經(jīng)過充分的調(diào)查論證后再作調(diào)整，并通過實(shí)際測(cè)試。

該編程模式和參數(shù)設(shè)定并非唯一和一成不變，在具體應(yīng)用時(shí)部分邏輯可作適當(dāng)調(diào)整，還可以與其它方案（如時(shí)間繼電器、再啟動(dòng)繼電器、PLC程控、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等）融合使用。上述編程思路還可以拓展應(yīng)用到其它各類可編程綜合保護(hù)器中。

3 結(jié)束語

電動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，上述邏輯編程僅僅是可供參考使用的其中一種方案。通過實(shí)際應(yīng)用，最大限度地降低晃電對(duì)電網(wǎng)帶來的負(fù)面影響，以實(shí)現(xiàn)各廠礦企業(yè)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

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