柯瑞盈

（北部灣港北海碼頭有限公司，廣西 北海 536000）

0 引 言

當(dāng)供電系統(tǒng)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(yè)內(nèi)外部電網(wǎng)故障、大型設(shè)備起動等沖擊時，會造成系統(tǒng)電壓短時間內(nèi)大幅波動或瞬間失電又恢復(fù)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象通常稱為晃電[1]。制造企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)中，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生晃電問題時，會使供電電壓瞬時跌落或波動，影響工業(yè)生產(chǎn)過程中電壓敏感型電氣電子設(shè)備的正常工作，可能導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。一些企業(yè)采用雙路電源供電、柴油發(fā)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(yōu)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(xiàn)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(xì)分析晃電原理與電氣元件特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)的實際需求設(shè)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(xiàn)變頻調(diào)速，變頻器的低壓和過電壓跳閘都可以判斷內(nèi)部直流電壓。在低壓變頻器電壓降低時，導(dǎo)致變頻器停車的原因有2個方面。一是控制回路采用系統(tǒng)電源控制時，電壓跌落導(dǎo)致控制信號丟失；二是系統(tǒng)電壓降低，導(dǎo)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(shù)方案。

（1）變頻器自復(fù)位。當(dāng)電壓發(fā)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(dāng)電壓在預(yù)定時間恢復(fù)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(yīng)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(fù)載得到持續(xù)供電。該方案的優(yōu)點是可靠性較高，支撐時間可以根據(jù)電池放電容量進行調(diào)整；缺點是需要按照負(fù)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(shù)

2.1 技術(shù)實踐

某化工公司運行期間，廠區(qū)發(fā)生晃電6次，晃電時間一般在100 ms以內(nèi)，一些重要的低壓供電設(shè)備受到影響，造成裝置生產(chǎn)波動。為了提高公司各裝置晃電時的抗擾動能力，根據(jù)現(xiàn)場電氣設(shè)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(diào)整變頻器參數(shù)，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(zhuǎn)速模式，直流母線低電壓自動復(fù)位功能開啟[3]?；坞姾螅冾l器復(fù)位再啟動。對參與裝置聯(lián)鎖的重要電動機回路增加抗晃電模塊，適時連續(xù)晃電接觸器釋放。

當(dāng)較大規(guī)?；坞娀蛳到y(tǒng)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(yīng)急電源綜合供電方案[4]。為了防止上述情況對裝置系統(tǒng)安全造成影響，2019年某公司空分裝置經(jīng)過設(shè)計增加1臺應(yīng)急發(fā)電機、2個發(fā)電機應(yīng)急配電柜以及1個發(fā)電機控制箱。為了進一步保證外電網(wǎng)和自備電站均出現(xiàn)異常時的工況，于2020年補充增加1個應(yīng)急配切換柜和2套電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（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(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 雙電源切換柜一次系統(tǒng)構(gòu)成

當(dāng)發(fā)生晃電時，雙電源切換柜由正常電源供電切換至柴油發(fā)電機供電，2個切換柜互不影響。

109單元切換柜所帶設(shè)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(shè)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(fù)荷，操作人員根據(jù)實際工況手動起機。事故油泵采用三相并聯(lián)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(rèn)109單元汽輪機冷卻完畢，一拖二機組盤車、油系統(tǒng)設(shè)備均符合測試條件。對發(fā)電機進行檢查，確保發(fā)電機無報警、無故障，油溫、油壓正常，冷卻液及燃油充足。確認(rèn)柴油發(fā)電機處于熱備狀態(tài)，2套應(yīng)急電源切換柜處于自動位、市電供電狀態(tài)。確認(rèn)109單元EPS在靜態(tài)旁路供電，整流回路啟動，逆變回路斷開。確認(rèn)柴油發(fā)電機就地控制面板及遠(yuǎn)程起動面板均處于自動位、停機狀態(tài)[5]。將110單元應(yīng)急電源切換柜控制器ATS022切至手動模式，確認(rèn)109單元應(yīng)急電源切換柜所帶電動機回路設(shè)備09-M1193、09-M1169、09-M1179和09-M1146處于工作位合閘狀態(tài)，09-M1198處于熱備用狀態(tài)，EPS電源開關(guān)處于工作位合閘狀態(tài)。

斷開EPS供電電源開關(guān)，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(tài)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(wěn)狀態(tài)。此時，ATS022控制器自動將CB1（市電）斷路器分閘、CB2（應(yīng)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(fā)電機起動平穩(wěn)時，109單元應(yīng)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(guān)。EPS檢測主供電電源來電后，恢復(fù)靜態(tài)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(tài)。繼續(xù)觀察30 min，無異常后聯(lián)系測試人員將負(fù)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(fā)電機電源供電。手動將柴油發(fā)電機停機，發(fā)電機運行開始減速時，ATS022控制器自動將CB2（應(yīng)急）斷路器分閘，CB1（市電）斷路器合閘，恢復(fù)市電電源供電。在市電失去后，應(yīng)急電源切換柜能夠及時完成柴油發(fā)電機的自啟與兩路電源的自切，在發(fā)電機自啟過程中，EPS由蓄電池逆變供電。通過對空分應(yīng)急柴油發(fā)電機實際帶載能力的測試，在供電異常情況下，應(yīng)急電源綜合供電方案能夠可靠地完成空分裝置系統(tǒng)的安全操作流程[6]。

3 結(jié) 論

隨著多數(shù)制造企業(yè)對供電可靠性的要求越來越高，需要改善誘因多變且復(fù)雜的晃電現(xiàn)象。具體實踐中，既要從源頭上規(guī)避晃電風(fēng)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(yè)安全生產(chǎn)提供有效支撐。