浅论提高PTA厂区重要设备抗晃电问题的处理

浅论提高PTA厂区重要设备抗晃电问题的处理

邓瑜

(江苏海伦石化有限公司江苏214444)

江苏海伦石化有限公司的PTA厂区采用的是江阴市华明电气有限公司生产的低压电气柜。自2009年投运以来的运行过程中，不断遇到电网系统中由于220KV新沟变电网波动的晃电而引起PX泵以及沈鼓大型空压机组连锁跳停，引起一、二期主装置氧化生产装置连锁停车，给安全生产造成很大影响，给公司造成了很大的经济损失，本文就大功率380V交流低压电动机（重要设备）采用软启动器或马达保护器运行后的抗晃电问题进行了长时间的跟踪、观察分析、研究对策，并多次与本部门内技术人员进行探讨，分析晃电形成的原因、软启动器和马达保护器分别单独使用的优缺点，最后共同决定了处理方案，并于2016年3月至2017年10月大检修期间逐步分项实施了技术改进措施，实施后效果良好，目前没有再发生类似问题。

“晃电”指供电电网系统遭受雷击、相间短路、单相接地短路、设备重合闸、设备起动、发电厂故障及电网其他用户原因造成的电网电压短时失压、短时大幅度波动等的电网电能质量的事件。石化企业对供电电网系统要求的可靠性较高，并且需要提供双回路电源进线供电且互为备用，和第三方保安电源或应急柴油发电机组应急供电。一旦出现供电系统晃电，会引起软启动器、低压变频器等保护设备欠压误动作保护。生产设备的意外停车，致使海伦石化PTA厂区氧化生产线停机、管道堵塞、甚至事故扩大，导致非常大的经济损失，甚至出现后续恢复生产困难等一系列问题的产生。

ES303软起动器是是江阴市东歌电气技术有限公司生产的一款基于32位ARM核微控制器开发的电机软起动器，是一种新型智能化的异步电动机起动装置。它是集起动、显示、保护、数据采集于一体的电机终端控制设备。可使用较少的元器件，就可实现较复杂的控制功能。而且中英文界面显示又使得操作更趋简便。具有限流软起动、电压指数曲线、电压线性曲线、电流指数曲线、电流线性曲线，并可在每种方式下施加可编程突跳起动转矩及起动电流限制。根据不同的负载，可以选择相应的起动曲线，达到最佳的起动效果。独特的基础算法使得电机起动、停止更加准确、平滑的特点。配有RS485通讯接口，方便用户网络连接控制，提高系统的自动化水平及可靠性。内嵌Modbus标准协议，方便组态连接。可输入4—20mA或0—20mA标准信号，并可在操作面板上进行模拟量的上、下限设定，实现对电机起、停控制及报警。还可通过软起动器进行数据(压力、温度、流量等)的传输。具有4—20mA或0—20mA标准信号输出功能。所有外部控制信号均采用光电隔离，并设置了不同的抗噪级别，适应在特殊的工业环境中使用，具有强大的抗干扰性。检测电流及负载参数，具有过流、过载、欠载、过热、断相、短路、三相电流不平衡、相序检测、漏电检测等微机保护功能。其控制回路图如下：

图a、ES303系列数显智能化软起动器控制原理图

图a所示的电动机采用ES303系列数显智能化软起动器的主回路的QF断路器用于电动机的短路保护、单相接地保护，并承担电动机过负荷保护的后备保护，作用于停机。ES303系列数显智能化软起动器用于电动机堵转、反时限过负荷、缺相等主保护，作用于停机，亦同时发信号。正常工况下，电动机能够在DCS系统远程和其机旁的现场操作柱上两地执行开、停机操作。配电柜上安装的软起动器的操作面板，用于单机调试；一旦进入正常工况，该面板上的起动操作按钮通过软件闭锁。我司选用的优化方式是电动机的电流信号通过江阴斯菲尔电气的电流变送器JD194-BS41转化成DC4-20mA信号分别送至海伦石化一、二期PTA主装置仪表DCS系统显示；电动机的开关状态信号KM、故障信号KAg均通过干接点传递到一、二期PTA主装置DCS系统显示。其缺点是：一旦遇到电网晃电，此重要设备的旁路接触器的控制电源和主回路电压短时下降，引起接触器线圈失电，同时接触器主回路触点释放，引起电机跳停，甚至引发主装置PTA氧化区域联锁停车事故。

ABBM102是厦门ABB低压电器设备有限公司生产的一款马达保护器。M102是基于电流或电压测量的智能型电机保护控制装置，是ABB的智能系统解决方案之一。是基于微处理器的产品，集丰富但标准的功能于一身。标准功能可方便维护和工厂扩建。每台电机必须配备一个M102。通过特定的参数设置，M102为每种电机的应用场合提供适当的控制、监测和保护功能。M102提供了多种通用的工业现场总线接口，比如ProfibusDP和MODBUS，使其能够方便且有效地集成进工业控制系统和工厂管理系统。通过M102可读取查询电机的实际运行参数，快速的告警或脱扣反应时间使得整个流程的实时控制成为可能。运行时间和操作次数的记录可辅助制定设备维修计划。马达保护器还可根据晃电时间长短自动选择执行“立即重起动”，“分批延时自起动”或“禁止起动”的参数设置。其控制回路图如下：

图bABBM102马达保护器直接起动方式+再启动控制原理图

图b、所示的电动机控制方式采用ABBM102马达保护器直接起动方式+再启动控制。其工作原理如下：当KA4继电器的接点作为电动机故障点，马达保护器MCU内部接点上电后处于常开状态；当出现电动机出现故障或控制电源断电后，MUC内部接点变为常闭状态，即MCU的X4:6和X4:9接点内部闭合，使得KA4继电器线圈得电，使得主接触器KM线圈失电，电动机故障停机；MCU的X4:6和X4:7接点同主接触器KM常开保持触点并联，出现晃电后MCU的X4:6和X4:7接点吸合维持控制回路处于起动状态，电压瞬间恢复后可根据马达保护器的已设定值来执行再重起功能。其缺点是：一旦遇到电网晃电，备台电动机根据设定要求自启动，但由于仪表、工艺条件已经联锁停车，也会引发主装置PTA氧化区域联锁停车事故。

图c（1）软启动器+马达保护器+UPS供电控制电源的控制原理图1

图c（2）软启动器+马达保护器+UPS供电控制电源的控制原理图2

图c.（3）软启动器+马达保护器+UPS供电控制电源的控制原理图3

图c（1）、c（2）、c（3）所示的电动机控制方式采用ABBM102马达保护器直接起动方式+再启动+UPS供控制电源的控制方式。由于海伦石化PTA厂区的罐区PX泵以及沈鼓空压机组的油泵保护方式采用的是东歌电气的软起动器ES303-160/3，若一遇到电网晃电，供电电压骤降，造成旁路接触器主电源和控制电源失电而释放，引起PX泵和油泵电机故障停车，同时引起一期、二期主装置氧化区域联锁停车，给企业造成重大的经济损失。结合上面涉及的保护控制方式，我司选用的优化方案是软起动器ES303-160/3+ABBM102马达保护器相结合，同时分别由一、二期仪表施耐德UPS160kva供相应低压柜的控制电源。在PX泵或油泵电机启动时用软启动器保护，等电机切换到旁路接触器KM后就由ABBM102马达保护器进行电机保护，目前运行到现在还未再出现由于此原因造成的停车事故。

虽然已经对海伦石化PTA装置的重要负荷的设备控制方式进行的技术改进，但在日常使用过程中还需要注重巡检和维护保养，最基本的保养工作必须做好。如：按时巡检，检查各发热点温度及主回路中各元器件是否缺相等；定期对主回路中各连接点进行清扫紧固；注重软启动器、马达保护器、UPS的使用环境，检查风扇使用情况，保障散热效果等。只有维护工作做到位，重要设备的电机才能稳定运行。

参考文献：

1、电动机保护器在化工行业抗晃电中的应用安科瑞於晓珏

2、软起动器与电动机综合保护器配合使用存在问题的处理张凡;勾成霞;朱信华;庞忠

3、ABBM102用户手册

4、东歌电气ES30系列电机软起动装置选型手册