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晃电时低压电动机连续运行的保障措施

电压的短时波动可能导致生产连续性较高的企业工艺生产被迫停车,而晃电现象导致的电压瞬时中断、降低等会造成电动机停止运行,进而导致整个工艺装置停车,这类事故十分常见。为保证低压电动机的连续运行,从电力系统晃电产生的原因及影响出发,探究了具体防晃电的技术措施。通过分别论述快切装置和防晃电装置的配合使用、变频器晃电再启动技术,结合一起电缆相间短路引起的典型晃电案例,验证了防晃电装置和无扰动快切装置组合在低压供电系统中的应用优势,可以为消除晃电造成的影响提供借鉴。

 

大型工矿企业中,像火电、化工、煤矿、钢铁企业等,其生产工艺及设备对供电质量要求很高,一、二级用电负荷较多,其中还包含一级负荷中特别重要的负荷,一般供电方式都采用双电源供电,并辅以保安电源,如自备柴油发电机、UPS等,以上供电方式在保证基本的安全用电情况下已经足够。但对于某些重要工艺设备的电动机负荷,即使电压瞬间异常也会导致整个工艺装置停车,造成巨大损失。这里的电压异常是指双回路供电时其中某一段电源故障、失压、晃电等情况,其中由于晃电现象导致的电压瞬时中断、降低等造成的电动机停止运行,进而导致整个工艺装置停车的事故最为常见。

 

1 晃电产生的原因及影响

1.1 造成晃电的主要原因

雷击:雷击架空线或者电力设备导致的系统电压瞬间大幅度下降,此过程虽然时间毫秒级,但足以导致电压晃动。

 

上级电网临时性故障:上级电网由于架空线路临时性故障导致的重合闸装置动作。保护装置由于故障跳闸后,重合闸立即动作并成功合闸。虽然保证了供电的连续性,但开关分合闸时间内显然已造成了电压的瞬时中断。

 

电力系统内部或外部短路故障:电力系统内部或外部发生单相对及相间短路故障时,在继电保护装置动作时限内和断路器固有分闸时间内,系统电压受短路电流的影响会产生短时的严重下降。需要注意的是,如果主保护采用差动保护,因其保护灵敏性很高,可以大大缩短保护范围内故障时的跳闸时间,从而大大减轻系统晃电的程度。

 

大容量电动机的启动:大容量电动机启动瞬间造成的系统电压降低,此现象在前期的工程设计中完全可以避免。

 

1.2 晃电造成的影响及待解决的保障措施

对接触器回路电动机的影响:低压电动机电气控制中以交流接触器为主,占据比例相当大。由于其自身工作特点,当电网出现晃电时,会造成其操作线圈短时断电或电压过低,导致线圈对铁芯的吸力小于释放弹簧的弹力,使接触器触头释放,进而导致电动机停止运行。根据不同品牌接触器的产品生产特性,一般情况下当系统电压低于标称电压80%时,且持续时间超过5个周波会导致接触器无法保持而释放,从而引起电动机停车。

 

对变频器拖动的电动机的影响:以变频器控制为主的低压电动机,由于变频器各种电压和电流保护比较完善,当变频器直流单元母线监测到系统电压下降到整定值及整定时间时,保护动作使驱动电路停止工作,电动机自由停车。

 

待解决的保障措施:基于此,探究系统电压异常时,保证以上2种控制方式下电动机连续运行的技术措施,从而减小企业生产成本,具有重要意义。目前工业领域电动机一般的控制方式分为常规接触器控制和变频器控制,这2类电器对于电压异常情况下的反应及灵敏度不在一个时间数量级上,故分别展开论述。

 

2 具体防晃电的技术措施及案例

目前行业内应用最广的有备用电源自动投入装置(备自投)、快速重合闸装置、备用电源快速切换装置(快切)和防晃电装置。由于一般企业用户内部电缆线路较多,大多为永久性故障,一般不采用重合闸技术,故不再展开讨论。

 

防晃电装置是通过检测某台电动机回路主电路和控制回路电压作为系统电压晃动的依据,装置内用超级电容进行储能,超级电容具有充放电速度快,工作温度宽,充放电循环次数高等优点。在检测到系统晃电时,通过超级电容放电维持接触器线圈吸合,从而保证电动机连续运行,其维持时间可以自由设定,但应经严格计算和本企业电动机的重要程度综合确定,建议时间为1 s内。因为当时间设置过长电动机转速衰减较大,电压恢复正常时电动机自启动电流过大对系统造成严重冲击,或许造成更严重的事故。现阶段此产品生产厂家较多,技术较成熟,但在选择此产品时应深入研究,了解其内部充电电容及工作原理,确保产品自身的安全可靠。

 

快切装置以单母线分段接线方式为例,快切装置在检测到Ⅰ段进线失压时,同时装置经过内部电气量及逻辑判断动作出口跳开失压线路开关,合上母联开关以维持供电的连续性,快切装置和备自投原理大致相同,只是快切装置在切换过程中的时间相比备自投大大缩短。

 

2.1 接触器防晃电措施

单一快切装置及备自投装置的不足:目前市面上快切装置的切换时间(包括断路器分合闸时间)最少在50 ms以上,切换时间因为硬件的固有特性无法再缩短。而普通接触器线圈在晃电时间20 ms以上时,会导致线圈释放而主触头断开,使电动机失压停止运行。从大量实际运行情况看,即使在母线残压衰减较慢的理想情况下,快切装置也不能保证全部电动机不失压而连续运行。备自投装置由于其切换条件及判断逻辑导致其切换时间更长,更难满足连续供电的要求。

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对此可以将常规的接触器替换为智能防晃电接触器,当晃电发生时,接触器主触头在预先设定好的延时时间范围内保持不脱扣,超出设定的延时时间立即脱扣。正常工作时接触器的启动和停止与常规接触器一样。

动作特性:吸合电压:85%-110%,释放电压:20%-75%

抗晃电交流接触器在电源正常状态下,控制模块处于储能状态,接触器的启动和停止与常规接触器一样,当有晃电发生使电压降到接触器的维持电压以下时,控制模块开始工作,以储能释放的形式保持接触器继续吸合。当电源电压回复后,控制模块又继续转入储能状态。

由于控制模块使用了特殊的部件,使得接触器的体积和安装保持了原有的特征,另外它不依赖辅助工作电源和辅助机械装置,因而达到节能效果,而体积小,可靠性高。

 

2.2 智能防晃电装置的运用

变频器的特点:变频器对电压的变动极其敏感,系统中由于短时的过压、失压、瞬间晃电等都可能造成变频器整流装置部分直流报电压故障而停车。而一般在化工企业中,像化工企业液氧泵和高压煤浆泵等属于特别重要设备,短时停车会使整个工艺中断,损失巨大。在实际工业应用中,采用UPS供电及给变频器加装直流支撑技术已很成熟,但价格昂贵,对企业来说成本过高,性价比有待考究。

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变频器晃电再启动技术:再启动时间可以控制在5 s以内的任意时间,且此时间需电气和工艺人员进行设备实际带负荷试验,确定出最合适的保证连续生产的控制时间,即设定时间必须控制在工艺条件允许的最大时间内。若时间过长,工艺条件由于设备转速的下降会达到联锁动作值,此时再启动是毫无意义的。具体措施是在变频器回路加装智能防晃电装置,该装置是为解决设备在连续生产过程中由于电网电压不稳定造成停机事故而研发的一种专用控制器,它能够实时检测设备运行中的电压状态,如果电网电压突然发生晃电现象,在设定的时间内电网电压又快速恢复正常,该控制器可以重新启动设备,使设备恢复运转,避免生产事故的发生。

晃电时间控制范围0.5~4

重启时间变频器方式小于1秒,交流接触器0.3秒。

 

3 结语

在一般电气设计中,解决晃电造成的影响并不在设计的范畴,也不是供电部门的义务,且国家业务也无相关强制标准。晃电产生的原因包括企业内部原因、外部原因、自然原因等,造成的严重程度也各不相同。对于企业来说,如何在系统晃电时保证供电系统的正常平稳、保证电气设备连续运行是必须要面对的问题。结合上述措施,可以看出防晃电装置和无扰动快切装置组合在低压供电系统中的应用效果显著,基本可以避免电力系统晃电时接触器的释放引起的装置被迫停车现象。

上海求所是专业治理晃电的企业,各类防晃电产品型号齐全,本文中所讲述的型号均有,在火电、化工、煤矿、钢铁企业等大型企业均可适用。