任江濤，計鵬義

(1.彬縣煤炭有限責任公司，陜西 咸陽 712000；2.陜西潤中清潔能源有限公司，陜西 咸陽 713602)

0 引言

大型工礦企業(yè)中，像火電、化工、煤礦、鋼鐵企業(yè)等，其生產工藝及設備對供電質量要求很高，一、二級用電負荷較多，其中還包含一級負荷中特別重要的負荷，一般供電方式都采用雙電源供電，并輔以保安電源，如自備柴油發(fā)電機、UPS等，以上供電方式在保證基本的安全用電情況下已經(jīng)足夠[1-3]。但對于某些重要工藝設備的電動機負荷，即使電壓瞬間異常也會導致整個工藝裝置停車，造成巨大損失。這里的電壓異常是指雙回路供電時其中某一段電源故障、失壓、晃電等情況，其中由于晃電現(xiàn)象導致的電壓瞬時中斷、降低等造成的電動機停止運行，進而導致整個工藝裝置停車的事故最為常見。

1 晃電產生的原因及影響

1.1 造成晃電的主要原因

雷擊：雷擊架空線或者電力設備導致的系統(tǒng)電壓瞬間大幅度下降，此過程雖然時間毫秒級，但足以導致電壓晃動[4-6]。

上級電網(wǎng)臨時性故障：上級電網(wǎng)由于架空線路臨時性故障導致的重合閘裝置動作。保護裝置由于故障跳閘后，重合閘立即動作并成功合閘。雖然保證了供電的連續(xù)性，但開關分合閘時間內顯然已造成了電壓的瞬時中斷。

電力系統(tǒng)內部或外部短路故障：電力系統(tǒng)內部或外部發(fā)生單相對及相間短路故障時，在繼電保護裝置動作時限內和斷路器固有分閘時間內，系統(tǒng)電壓受短路電流的影響會產生短時的嚴重下降。需要注意的是，如果主保護采用差動保護，因其保護靈敏性很高，可以大大縮短保護范圍內故障時的跳閘時間，從而大大減輕系統(tǒng)晃電的程度。

大容量電動機的啟動：大容量電動機啟動瞬間造成的系統(tǒng)電壓降低，此現(xiàn)象在前期的工程設計中完全可以避免。

1.2 晃電造成的影響及待解決的保障措施

對接觸器回路電動機的影響：低壓電動機電氣控制中以交流接觸器為主，占據(jù)比例相當大。由于其自身工作特點，當電網(wǎng)出現(xiàn)晃電時，會造成其操作線圈短時斷電或電壓過低，導致線圈對鐵芯的吸力小于釋放彈簧的彈力，使接觸器觸頭釋放，進而導致電動機停止運行。根據(jù)不同品牌接觸器的產品生產特性，一般情況下當系統(tǒng)電壓低于標稱電壓80%時，且持續(xù)時間超過5個周波會導致接觸器無法保持而釋放，從而引起電動機停車。

對變頻器拖動的電動機的影響：以變頻器控制為主的低壓電動機，由于變頻器各種電壓和電流保護比較完善，當變頻器直流單元母線監(jiān)測到系統(tǒng)電壓下降到整定值及整定時間時，保護動作使驅動電路停止工作，電動機自由停車。

待解決的保障措施：基于此，探究系統(tǒng)電壓異常時，保證以上2種控制方式下電動機連續(xù)運行的技術措施，從而減小企業(yè)生產成本，具有重要意義。目前工業(yè)領域電動機一般的控制方式分為常規(guī)接觸器控制和變頻器控制，這2類電器對于電壓異常情況下的反應及靈敏度不在一個時間數(shù)量級上，故分別展開論述。

2 具體防晃電的技術措施及案例

目前行業(yè)內應用最廣的有備用電源自動投入裝置(備自投)、快速重合閘裝置、備用電源快速切換裝置(快切)和防晃電裝置[7-9]。由于一般企業(yè)用戶內部電纜線路較多，大多為永久性故障，一般不采用重合閘技術，故不再展開討論。

防晃電裝置是通過檢測某臺電動機回路主電路和控制回路電壓作為系統(tǒng)電壓晃動的依據(jù)，裝置內用超級電容進行儲能，超級電容具有充放電速度快，工作溫度寬，充放電循環(huán)次數(shù)高等優(yōu)點。在檢測到系統(tǒng)晃電時，通過超級電容放電維持接觸器線圈吸合，從而保證電動機連續(xù)運行，其維持時間可以自由設定，但應經(jīng)嚴格計算和本企業(yè)電動機的重要程度綜合確定，建議時間為1 s內。因為當時間設置過長電動機轉速衰減較大，電壓恢復正常時電動機自啟動電流過大對系統(tǒng)造成嚴重沖擊，或許造成更嚴重的事故?，F(xiàn)階段此產品生產廠家較多，技術較成熟，但在選擇此產品時應深入研究，了解其內部充電電容及工作原理，確保產品自身的安全可靠。

快切裝置以單母線分段接線方式為例，快切裝置在檢測到Ⅰ段進線失壓時，同時裝置經(jīng)過內部電氣量及邏輯判斷動作出口跳開失壓線路開關，合上母聯(lián)開關以維持供電的連續(xù)性，快切裝置和備自投原理大致相同，只是快切裝置在切換過程中的時間相比備自投大大縮短。

2.1 接觸器防晃電措施

單一快切裝置及備自投裝置的不足：目前市面上快切裝置的切換時間(包括斷路器分合閘時間)最少在50 ms以上，切換時間因為硬件的固有特性無法再縮短。而普通接觸器線圈在晃電時間20 ms以上時，會導致線圈釋放而主觸頭斷開，使電動機失壓停止運行。從大量實際運行情況看，即使在母線殘壓衰減較慢的理想情況下，快切裝置也不能保證全部電動機不失壓而連續(xù)運行。備自投裝置由于其切換條件及判斷邏輯導致其切換時間更長，更難滿足連續(xù)供電的要求。

單一防晃電裝置在接觸器回路實際使用中的缺點：在單母線分段供電系統(tǒng)中(多數(shù)工礦企業(yè)采用此種運行方式)，由Ⅰ段母線供電的某臺電動機在Ⅰ段電源進線故障跳閘時，在沒有快切裝置的快速切換時，Ⅰ段母線市電已經(jīng)中斷，防晃電裝置即使能放電保持接觸器的繼續(xù)吸合也無法維持電動機的連續(xù)運行。

快切和防晃電裝置的配合使用在接觸器回路中的實際應用：基于以上幾點，若要從根本上解決此類問題，可以將此2種產品合二為一或者使用快切和防晃電裝置在技術上進行合理配合。實際應用中完全可以保證某些重要電動機的連續(xù)運行，具體邏輯為若系統(tǒng)晃電瞬間通過防晃電裝置維持主要電動機接觸器的連續(xù)供電，當Ⅰ段進線電源電壓故障跳閘時，通過快切裝置實現(xiàn)故障電源的隔離及Ⅱ段電源的快速切換，在快切裝置切換的短時的失電過程，接觸器由防晃電裝置超級電容放電維持吸合。在快切裝置切換完成后，防晃電裝置檢測到電源正常時切換為備用狀態(tài)，為下一次晃電做好準備。從許多現(xiàn)場反饋來看，該措施是完全可行的。因此，通過無擾動快切裝置和防晃電裝置相互緊密配合而保證主要電動機接觸器的連續(xù)供電，理論和實際都是可行的，可以從根本上保證重要工藝設備的連續(xù)性。

2.2 變頻器晃電再啟動技術的應用

變頻器的特點：變頻器對電壓的變動極其敏感，系統(tǒng)中由于短時的過壓、失壓、瞬間晃電等都可能造成變頻器整流裝置部分直流報電壓故障而停車。而一般在化工企業(yè)中，像化工企業(yè)液氧泵和高壓煤漿泵等屬于特別重要設備，短時停車會使整個工藝中斷，損失巨大[10-12]。在實際工業(yè)應用中，采用UPS供電及給變頻器加裝直流支撐技術已很成熟，但價格昂貴，對企業(yè)來說成本過高，性價比有待考究。

變頻器晃電再啟動技術：再啟動時間可以控制在5 s以內的任意時間，且此時間需電氣和工藝人員進行設備實際帶負荷試驗，確定出最合適的保證連續(xù)生產的控制時間，即設定時間必須控制在工藝條件允許的最大時間內。若時間過長，工藝條件由于設備轉速的下降會達到聯(lián)鎖動作值，此時再啟動是毫無意義的。具體措施是在變頻器回路加裝防晃電檢測模塊，該模塊可以全面監(jiān)測變頻器母線欠壓擾動，母線過壓擾動，缺相，控制電壓擾動，當電壓晃動變頻器報電壓故障停機時，防晃電裝置也通過檢測主回路及控制回路電源電壓而判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)電壓晃動，且在母線及控制回路電壓恢復正常時立即發(fā)出干節(jié)點信號對變頻器進行復位并再次啟動。通過現(xiàn)場大量的試驗證明，在此時間段內電動機的轉速下降能控制在10%的范圍內。因而工藝所要求的流量、壓力等變化也將在10%的范圍內，如此小的偏差大多數(shù)工藝裝置是允許的，從而保證了生產裝置的連續(xù)運行。

2.3 電纜相間短路引起的晃電案例分析

事故現(xiàn)象：2019年3月13日，電儀車間為生活區(qū)10 kV2#電源電纜線路送電，開關合閘后，過流Ⅰ段保護瞬時動作，同時系統(tǒng)晃電導致廠區(qū)內數(shù)十臺低壓電動機接觸器失壓釋放(包含氣化主要設備高壓煤漿泵)，工藝聯(lián)鎖使整個化工生產過程中斷。

事故分析：從故障錄波裝置截取波形，如圖1所示?？煽闯?，生活區(qū)10 kV電纜AC相短路，10 kV故障電流約7 600 A，故障持續(xù)時間180 ms左右，此時現(xiàn)場已有少量電動機接觸器由于晃電導致線圈釋放。可見若有短路現(xiàn)象發(fā)生必然會引起系統(tǒng)晃電，只是晃電的嚴重程度不同而已。

圖1 錄波裝置所截取的波形

3 結語

在一般電氣設計中，解決晃電造成的影響并不在設計的范疇，也不是供電部門的義務，且國家業(yè)務也無相關強制標準?；坞姰a生的原因包括企業(yè)內部原因、外部原因、自然原因等，造成的嚴重程度也各不相同。對于企業(yè)來說，如何在系統(tǒng)晃電時保證供電系統(tǒng)的正常平穩(wěn)、保證電氣設備連續(xù)運行是必須要面對的問題。結合上述措施，可以看出防晃電裝置和無擾動快切裝置組合在低壓供電系統(tǒng)中的應用效果顯著，基本可以避免電力系統(tǒng)晃電時接觸器的釋放引起的裝置被迫停車現(xiàn)象。