摘要:本文介紹了在日常工作中發(fā)生電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，石油煉化企業(yè)解決晃電問題的方法。石油煉化企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際情況，為確保低壓電動(dòng)機(jī)在晃電情況下能夠正常運(yùn)行，在低壓電動(dòng)機(jī)控制回路安裝了自啟動(dòng)模塊，來增強(qiáng)自身對抗電網(wǎng)波動(dòng)的能力。

關(guān)鍵詞：抗晃電；電動(dòng)機(jī)；石油煉化；啟動(dòng)模塊

1、研究背景以及意義

近幾年，蘭州石油煉化公司經(jīng)常發(fā)生電網(wǎng)波動(dòng)（也稱晃電）導(dǎo)致石油煉化裝置深受影響，甚至不能進(jìn)行正常的生產(chǎn)工作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。電網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的工程，自造成電網(wǎng)波動(dòng)的原因也很復(fù)雜，常見的有外電網(wǎng)波動(dòng)，相關(guān)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部損壞導(dǎo)致電路短路，或者電路故障等。這些因素不可人為控制，無法預(yù)料。在電路系統(tǒng)中，低壓電機(jī)是低壓供電系統(tǒng)的核心設(shè)備，交流接觸器一般用來控制低壓電機(jī)的運(yùn)作。當(dāng)出現(xiàn)意外情況導(dǎo)致電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)電壓會(huì)變得不穩(wěn)定，不符合交流接觸器的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，接觸器電磁鐵因低電壓而失壓脫扣，停止運(yùn)行，給石油煉化裝置帶來巨大的損失，嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)l(fā)生工程事故以及工作人員人身事故。

一般來說，在低壓變電所都會(huì)配備一套母聯(lián)備自投，具有一定的保護(hù)功能，當(dāng)電路設(shè)備出現(xiàn)問題的時(shí)候，例如線路中某一段電源故障或失電時(shí)，母聯(lián)斷路器會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)入工作階段，兩段負(fù)荷會(huì)由同一段母線承擔(dān)，使得電路系統(tǒng)重新運(yùn)行。即使如此，由于母聯(lián)設(shè)備的局限性，不能立刻投入運(yùn)行，有一個(gè)反應(yīng)時(shí)間，通常為2~3s。當(dāng)電路問題較為嚴(yán)重的時(shí)候，2~3s的時(shí)間足以使得電氣設(shè)備失常，電流紊亂，會(huì)導(dǎo)致接觸器接收到不穩(wěn)定電壓，釋放出線圈，從而使得機(jī)泵不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。綜上所述，當(dāng)電路系統(tǒng)遇到電線短路或者電壓不穩(wěn)定時(shí)，當(dāng)前的高低壓設(shè)備的保護(hù)功能不能實(shí)時(shí)發(fā)揮作用，無法有效地保護(hù)電路系統(tǒng)，進(jìn)而對整個(gè)石油煉化裝置產(chǎn)生很大的損壞，分別體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）當(dāng)母線發(fā)生異常或者電壓不穩(wěn)定時(shí)，即使備用自投設(shè)備能迅速投入使用，但由于啟用裝置以及開關(guān)進(jìn)入工作狀態(tài)均需一定的時(shí)間，因此還是會(huì)導(dǎo)致一些高低壓的電動(dòng)機(jī)故障甚至停止工作，從而影響整個(gè)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）當(dāng)受外部因素影響，線路電壓不穩(wěn)定時(shí)，只是瞬間電壓低于標(biāo)準(zhǔn)電壓的70%以下，就會(huì)立刻觸發(fā)低壓接觸器，導(dǎo)致大部分低壓電動(dòng)機(jī)停止工作，從而造成生產(chǎn)中斷。此外，在蘭州石化公司，當(dāng)因?yàn)槟承┰驅(qū)е码妷夯蝿?dòng)之后，如果僅依靠人工去操控電機(jī)，修復(fù)故障，這種方式在新形勢下顯然是不可取的。

2、一般的低壓電機(jī)抗晃電措施

2.1晃電后電壓恢復(fù)正常時(shí)直接自啟動(dòng)

在電路系統(tǒng)中，有部分負(fù)荷要求比較高，在晃電解決之后，須立即投入使用，具有代表性的有A類負(fù)荷，包括裝置核心機(jī)組，具體運(yùn)作路徑如圖1所示：

圖1 晃電后低壓電機(jī)直接啟動(dòng)控制回路圖

由圖1可見，N是整個(gè)電路系統(tǒng)右端的控制器，TA是常閉開關(guān)，而QA是常開開關(guān)，KM是電動(dòng)機(jī)主回路的接觸器，KT則是斷電延時(shí)性時(shí)間繼電器，反應(yīng)時(shí)間是3s。整個(gè)回路的工作原理是：當(dāng)電路系統(tǒng)發(fā)生電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，由于斷電延時(shí)性時(shí)間繼電器線圈低于正常電壓，其斷開與電路的接觸點(diǎn)，導(dǎo)致主電路斷開，從而電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)作。當(dāng)電網(wǎng)電壓在3s之內(nèi)變?yōu)檎ｋ妷?，斷電延時(shí)性時(shí)間繼電器的常開開關(guān)則處于閉合狀態(tài)，可以與接觸器線圈相連接，接通電路，使得電動(dòng)機(jī)進(jìn)入通電階段，繼續(xù)工作。

2.2晃電后電壓恢復(fù)正常時(shí)延時(shí)自啟動(dòng)

相比較A類負(fù)荷，另一類負(fù)荷不要求立刻啟動(dòng)，會(huì)在電壓正常之后的一段時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入工作，稱為B類負(fù)荷，主要是裝置重要機(jī)組，在電網(wǎng)波動(dòng)后的4s，再次進(jìn)入工作階段。

B類負(fù)荷的運(yùn)行過程如圖2所示，與A類負(fù)荷電路圖不同的是，圖2中的回路多了一個(gè)KT2，也就是得電延時(shí)型時(shí)間繼電器。B類負(fù)荷的回路流程主要是：當(dāng)晃電發(fā)生時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)主回路的接觸器低于吸合電壓，其節(jié)點(diǎn)與線路斷開，導(dǎo)致主回路停止工作，從而電動(dòng)機(jī)失效。當(dāng)晃電結(jié)束之后，由于斷電延時(shí)性時(shí)間繼電器的常開開關(guān)處于閉合狀態(tài)，所以斷電延時(shí)性時(shí)間繼電器與得電延時(shí)型時(shí)間繼電器均處于通電階段，電動(dòng)機(jī)主回路的接觸器便處于得電狀態(tài)，構(gòu)成回路，電動(dòng)機(jī)重新進(jìn)入工作。

圖2 晃電后低壓電機(jī)延時(shí)啟動(dòng)控制回路圖

2.3加裝自啟動(dòng)模塊令低壓電機(jī)自啟動(dòng)

隨著科技的發(fā)展，加裝自啟動(dòng)模塊的低壓抗晃電技術(shù)日漸成熟，并成為眾多企業(yè)使用的一種抗晃電措施。低壓電機(jī)裝上自啟動(dòng)模塊之后，會(huì)在晃電發(fā)生的同時(shí)，瞬間啟動(dòng)成功，使得電回路正常工作。

本文以常見的自啟動(dòng)設(shè)備AIX-38作為分析對象，AIX-38設(shè)備不僅安全性高，而且安裝方便，工作量小，并且十分可靠。同時(shí)，AIX-38的體積比較小，不占用太多空間，也適用于低壓控制箱較為緊湊小巧的情況，不影響其他元件的安裝使用，AIX-38的控制原理如圖3所示：

圖3 AIX-38的控制原理示意圖

由圖3可知，AIX-38的2號(hào)節(jié)點(diǎn)為工作電壓，也擔(dān)任電路電壓輸入的判斷依據(jù)，同理，8號(hào)節(jié)點(diǎn)也是如此。而5號(hào)節(jié)點(diǎn)則是交流接觸器的自保持節(jié)點(diǎn)信號(hào)，6號(hào)節(jié)點(diǎn)與5號(hào)節(jié)點(diǎn)一樣。由這四個(gè)節(jié)點(diǎn)圍成的A部則是主繼電器的輸出部分。

在正常工作的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)主回路的接觸器的節(jié)點(diǎn)會(huì)鎖閉，持續(xù)接通機(jī)泵。當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)的時(shí)候，若電網(wǎng)的電壓在可控時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定下來，A部會(huì)接通節(jié)點(diǎn)，使得電機(jī)繼續(xù)工作。而電壓沒有在合理的范圍內(nèi)穩(wěn)定的話，控制系統(tǒng)會(huì)處于鎖閉狀態(tài)，不再運(yùn)作。AIX-38的工作原理是：一般而言，大部分自啟動(dòng)設(shè)備包含四個(gè)變量因素，分別是UF（低電壓設(shè)定值176 V,AF（晃電允許時(shí)間10 S),DA（主繼電器再啟動(dòng)時(shí)間5 s）以及UH（恢復(fù)電壓設(shè)定值220V)。

當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備正常停工的時(shí)候，電壓會(huì)變?yōu)榱?，?0 s的時(shí)間內(nèi)，重新通電，同時(shí)，此時(shí)的電壓值是一個(gè)重要參數(shù)，控制電源電壓大于176 V，則控制器不會(huì)發(fā)生變動(dòng)，一般的停送電不會(huì)重啟電動(dòng)機(jī)。AIX-38自啟動(dòng)設(shè)備有以下幾種特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)電路中的電壓值和電動(dòng)機(jī)的工作情況可以被自啟動(dòng)設(shè)備監(jiān)測；

（2）如果正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)而罷機(jī)，當(dāng)電壓可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定下來，電動(dòng)機(jī)可以在設(shè)定好的時(shí)機(jī)內(nèi)重新啟動(dòng)投入使用。

（3）在發(fā)生電網(wǎng)波動(dòng)后，并沒有能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)回復(fù)正常，則控制設(shè)備不會(huì)重新啟動(dòng)。

加裝自啟動(dòng)模塊之后，能夠讓生產(chǎn)設(shè)備在遇到晃電的時(shí)候，可以及時(shí)重新進(jìn)入工作狀態(tài)，在一定程度上，減少了因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

3、安科瑞ARD3電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（帶晃電功能）的介紹

ARD3智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（以下簡稱ARD3），適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動(dòng)機(jī)。產(chǎn)品體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用，提高了控制回路的可靠性和自動(dòng)化水平。

ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據(jù)需要選配ARD3的其他功能模塊或附件，與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場總線通信等功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領(lǐng)域。詳見圖4-圖5。

圖4 智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器動(dòng)作示意圖

圖5 過載特性曲線圖

安科瑞ARD3系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的功能如下：

（1）輔助電源支持AC85V～265V/DC110V～350或AC380V±10%(需另配380V電源模塊)。

（2）測量功能分為基本測量(電流參數(shù))和增選測量(電壓、功率、相序、剩余電流(漏電流))。

（3）具有起動(dòng)超時(shí)、過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、斷相、不平衡、剩余電流(接地/漏電)、溫度、外部故障、相序、

（4）過壓、欠壓、欠功率、過功率、tE時(shí)間等電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)功能。

（5）9路DI無源干節(jié)點(diǎn)輸入，信號(hào)電源采用內(nèi)置DC24V電源。

（6）5路DO輸出，滿足直接起動(dòng)，星—三角起動(dòng)，自耦變壓器起動(dòng)，軟起動(dòng)等多種起動(dòng)方式，通過通訊總線可實(shí)現(xiàn)。

（7）遠(yuǎn)程主站對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控“起/停”操作。

（8）抗晃電確保電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不間斷，重起動(dòng)功能在短時(shí)欠壓、失壓時(shí)用于電動(dòng)機(jī)分批重起。

（9）具有標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口，采用Modbus_RTU、Profibus_DP通訊協(xié)議，保證了上位機(jī)通訊的快速可靠。

（10）具有DC4-20mA模擬量輸出接口，直接與DCS系統(tǒng)相接，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。

（11）具有系統(tǒng)時(shí)鐘和20次故障記錄功能，系統(tǒng)時(shí)鐘記錄當(dāng)前時(shí)間(日、時(shí)、分、秒)，故障記錄功能記錄故障原因。

（12）顯示部分采用全中文液晶顯示。

可以替代各種電量表、信號(hào)燈、熱繼電器、電量變送器等常規(guī)元件，減少了柜內(nèi)電纜連接及現(xiàn)場施工量，可靠性和綜合性價(jià)比遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方案。

4、結(jié)語

前些年蘭州石油煉化公司為了使煉油區(qū)供電設(shè)備的電量得到有效的保證，投資重金為大部分0.4 kV低壓電機(jī)共安裝了300多個(gè)自啟動(dòng)元件。事實(shí)證明，在后來的幾次突發(fā)電網(wǎng)波動(dòng)事件中，低壓電機(jī)的自啟動(dòng)元件很好地完成了預(yù)計(jì)的任務(wù)，阻止了裝置低壓電機(jī)進(jìn)一步發(fā)生晃電現(xiàn)象，降低了蘭州石油煉化企業(yè)的損失，保證了企業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定，為石油煉化裝置安全工作保駕護(hù)航，成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)防晃電的目標(biāo)。