炼化企业晃电影响分析及对策

［ .］ 。 反馈电压，简称残压
! ! 通常，石化、化工行业将因为企业 内、外部电网发生故障，或因大型设备 起动等原因，造成供电电压发生瞬间较 大幅度波动，甚至短时断电的现象，形 象地称为“ 晃电” 。 高压电动机的低电压保护定值一般 设为额定电压的 $%& ’ ()& 。当“ 晃 电” 发生，电压值降至设定值以下时， 不重 要 的 高 压 电 动 机 )* % + 内 就 被 切 除，重要的 电 动 机 则 可 能 延 迟 , + 或
祁! 宇 " 中国石油化工股份有限公司济南分公司
出了包括电源快切技术在内的系统化解决 ” 可分为外部和内部“ 晃电” 两种。外部“ 晃电” 是指外电网（ 包 括 进线） 故障引起的“ 晃电” ，而内部“ 晃 电” 是 指 因 企 业 内 部 电 网 故 障 引 起 的 “ 晃电” 。 相对而言，因内部供电线路均为电缆 线路，故障几率远小于外电网，但仍不能 忽视。 ,. 异步电动机的残压和备自投 在工业企业泵、风机等旋转机械较多 的场合，备 自 投“ 合 不 上” 是 一 个 常 见 的现象。究 其 原 因，是 电 动 机 残 压 的 存 在，使得失电后母线电压不是立即消失而 是缓慢下降，迟迟达不到备自投的起动条 件和 " 或合闸条件。 当异步电动机的电源被切断后，定子 回路与电源断开，定子电流突然降为零， 但因匝链定、转子的磁通不能突变，所以 转子中必须产生瞬时感应电流，以抵消定 子电流突然消失引起的磁通变化。该感应 电流为以转子绕组时间常数衰减的直流分 量，该直流电流产生的气隙磁场以转子转 速旋转，定子绕组因切割该磁场而产生感 应电势，这就是电动机突然失电后形成的
已经释放，变频器进入自我保护状态而停止运行， ,# : $# 23，因此整个切换过程需 %## 23 左右。在
内部 线 路 配 置 纵 差 保 护 提 高 抗“ 晃 电” 效果
目前企业内部供电线路保护按照常规的中压 线路配置，即在线路始端装设一台综合保护装置， 利用其提供的三段式电流保护功能，保护线路全 长，而线路末端配置一台综合保护，用作下一级 出线或电动机等负荷的后备保护。速断保护定值
［ "］ 计算方法为按躲过电缆末端最大短路电流计算 ，
即动作电流 !" ;< = #" > ! ;， 2?@ 式中，# A > 为可靠系数，取 %B " : %B & ； ! ;， 2?@ 为电缆
炼化企业“ 晃电” 影响分析及对策
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末端三相短路电流最大值，#。 从上式可以看出，在任何时候速断保护都不 能保护线路全长。而工业企业内部的 $% & ’ () 供 电线路普遍较短，一般不超过 $ * + (,，短路电 流曲线本身比较平缓，速断保护的整定值在考虑 了可靠系数后，其保护范围很小甚至没有。因此， 一般炼化企业总降压站低压出线保护配置时不设 速断保护，只配置定时限过电流保护以保证其选 择性。这是炼化企业长期以来的习惯做法。 以上做法存在一定的问题，原因是定时限过 电流的时限定值一般在 %" - . 及以上（ 济南分公 司两个总降压站至 ’ () 各开关站的 ’ () 馈线过 电流保护的时限为 $" $ * $" / . ） ，即使以 %" - . 为 故障最快也要 %" 0 . 左右才能被切除。这样，高 压母线上低电压保护时限 %" / . 的电动机将有可 能被切除，低压电动机更将因为接触器的释放或 变频器的关断而普遍掉电。因此，在原有保护配 置下，内部故障虽然很少发生，但一旦发生，对 生产的影响就很大。 由此可见，从抗“ 晃电” 的角度看，工业企 业内部线路不应该再习惯性地采用限时过电流保 护，而应配置全线速动的光纤纵差保护，以消除 因保护动作慢而造成的“ 晃电” 影响。原先光纤 纵差保护没有大量使用的主要原因是刚开始应用 时无论是国际品牌还是国内品牌的光纤纵差保护， 大多是将电力系统应用的 $$% () 线路光纤纵差保 护装置直接照搬到工业企业的 ’ & $% () 线路，不 但功能上不完全适合工企使用的要求，且装置价 格昂贵，体积庞大，不适宜分散安装到开关柜上。 事实上，中压短线路可以采用类似于传统的导引 线纵联保护的原理
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的威胁仍然较大。例如，"##$ 年 %# 月 &% 日 %& 时 "# 分，黄台电厂 %%# ’( 黄炼线线路跳闸，重合 不成功。虽然发电机带! 降压站 ) ’( " 段负荷孤 岛运行，但因发电量减少低周保护动作，甩掉一 开关站和三开关站 " 段负荷。而 " 降压站进线低 电压跳闸，最终导致二加氢车间 " 台压缩机低油 压连锁停车。 除了两条进线，由于两个对侧电力系统变电 站配出线仍然以架空线居多，冰雪雨雾等恶劣天 气下相邻线路的故障仍时有发生。而故障一旦发 生，就会 造 成 炼 厂 供 电 系 统 的“ 晃 电” 。例 如， "##* 年 %" 月 "" 日 % 时 & 分，姚炼线系统电压波 动，!、"降压站故障录波器均起动。故障录波 显示姚炼线电压波动，%%# ’( ! 段 + 相电压均下 降至 ,$- ，. 相电压均下降至 ,#- ，) ’( ! 段 + 相电压均下降至 /,- ， . 相电压均下降至 0)- ， 1 相电压均下降至 $,- ，持续时间约 0# 23。本 次“ 晃电” 虽然持续时间很短，但因部分接触器 最终有多台炼化装置和公用装置停车。 （ % ） 快切装置的应用 为解决“ 晃电” 对生产的不利影响，济南分 公司做了大量工作。经反复研究探讨，决定采用 快切技术。考虑到!降压站 ) ’( 母线 " 段接有 " 台额定功率为 ) 45 和 %" 45 小型同步发电机这 一特殊情况，与制造厂家金智科技合作研发了适 合济南 分 公 司 系 统 接 线 的 变 电 站 电 源 快 切 装 置 461,%#&+，并于去年在!降压站和"降压站投入 使用，分别在其高压侧和低压侧配置了共 / 台快 切装置。 !降压站高压侧快切装置的主要作用是代替 原分段开关备自投装置，实现 %%# ’( 进线或进线 以外电力系统发生“ 晃电” 时进线电源的快速切 换，实现供电系统的“ 零停电” 。要实现快速切 换，首先是起动要快。对已配置光纤纵差保护的 邢炼线，进线本身故障可由纵差保护动作信号起 动快切，而对侧 %%# ’( 其他相邻线路的故障，则 根据正常运行时从电网吸收功率，“ 晃电” 时向 电网提供故障电流，两者方向相反的特点，开发 了逆功率起动判据；姚炼线因没有配置线路纵差，
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・石化电气・*+,, 年第 -+ 卷第 - 期
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击虽得以避免，但电压的波动和中断时间较长却会 对炼化生产造成停车等重大影响，有些炼化企业甚 至发生了因工艺运行人员对装置处置不当或工艺隐 患爆发而引起的连锁反应，造成爆炸和人身安全事 故。因此，非常有必要研发能克服残压的影响、快 速合上备用电源的新技术，这就是电源快速切换， 近年来已在炼化企业得到了成功应用。 图 # 所示为母线残压与备用电源电压角差变 化和残压幅值衰减示意图。研究表明，当失电刚 发生时，通过控制合闸时的频差和相角差，可以 使得电动机绕组承受的冲击电压小于电动机的允 许起动电压，即不超过机端额定电压的 #" # 倍， 从而既实现了快速合上备用电源，又避免了对电 网和设备 的 强 烈 冲 击，这 就 是 所 谓 的“ 快 速 切 换” 。适合快速切换的时机在图 # 中以区域 # 表 示。而如果能准确捕捉时间，在残压与备用电源 电压相位重合时合闸，则对电动机的冲击也不大， 电动机将很快进入稳定点，转入正常运行，这就 是所谓的“ 同期捕捉” 。适合同期捕捉的时机在
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炼化企业“ 晃电” 影响分析及对策
! ! 详细分析了炼化企业“ 晃电” 产生的原因及影响， 介绍了抗“ 晃电” 的新技术— — —工业企业电网快切的原 理及主要功能，通过 " 个 ##$ %& 降压站的应用实例，介 绍了快切装置的配置方案，提出了解决外电网“ 晃电” 的快速起动判据。提出为提高抗“ 晃电” 效果，应将全 线速动的短线路纵差保护替代定时限过电流保护作为炼化 企业内部供电线路的主保护，低压系统则应采用带欠电压 重起功能的低压综保与快切相配合。
关键词! "#$%&’() 炼化企业・ 供电系统・ 晃电・ 电源快速切换装置・
由于残压的存在，合上备用开关时就 会对母线上的电 动 机 产 生 电 流 和 力 矩 冲 击。备 用 电 源 自 动 投 入 装 置 （ 备 自 投） 都是采用“ 躲” 的 办 法，待 母 线 残 压 基 本衰减完毕时再合上备用电源，以避免对 电动机和电网的冲击。然而，电动机的冲
祁! 宇 " 工程师
- +，以等待电压恢复。由 于 备 自 投 技 术的局限，“ 晃 电” 发 生 后 恢 复 时 间 一般在 . + 左 右 甚 至 更 长，即 使 没 被 切除的重要电动机转速也已经大幅下 降，供电恢复时所有尚连接 在 母 线 上 的电动机一起加速，对电网 的 冲 击 很 大。而 低 压 交 流 接 触 器 当 电 压 低 于 /)& 便不能可靠吸附，经过 0) ’ .)) 1+ 的延迟接触 器 便 会 释 放，造 成 电 动 机 断电。 综上所述， “ 晃电” 对炼化企业的 正常运行有重大影响，轻则使部分电动 机、变频器和接触器跳闸或停止工作， 造成企业生产的中断，重则发生爆炸等 设备事故和人身安全事故。本文全面分 析了企业供电系统“ 晃电” 问 题，提