化工企业晃电影响及抗晃电几种解决方案

化工企业晃电影响及抗晃电几种解决方案

李博

中国石油哈尔滨石化分公司 黑龙江哈尔滨150000

摘要：近年来，我国的化工行业有了很大进展，化工企业越来越先进。为了解决化工企业晃电问题，对晃电产生的原因进行了深入分析，提出了几种抗晃电抑制措施，最终提出了对空分事故液氧泵进行加装抗晃电控制装置的设计方案，该装置采取的是储能重合式控制方式，不仅可以快速响应，还可以准确地判断故障是否由晃电原因造成，能够有效地解决化工企业晃电问题，提高了供电系统的可靠性。本文首先对晃电介绍，其次探讨了解决晃电的常用措施，以供参考。

关键词：晃电；事故；解决方案

引言

近年来，为响应国家对 “碳达峰、碳中和 ”的部署，更多的光伏发电、风力发电及水能发电等绿色可再生能源并入电网，使得交流配电网面临着负荷多样、结构复杂及电能质量不稳定等挑战。外部电网故障或内部电网故障、异常等原因造成供电系统短时非正常停电、电压波动等俗称晃电。如今，晃电已成为影响石化企业安全生产的一个重要因素，传统的备自投装置由于自身的局限性已无法满足企业对供电系统抗晃电性能的需求。为达到晃电不停装置的目的，可借鉴电厂厂用电系统快切装置成功应用的经验，在石化供电系统中使用快切装置替代传统的备自投装置，提升石化供电系统的抗晃电能力。

1晃电

电解铝厂、氧化铝厂典型一次系统，母线上某条支路d点发生短路故障，此时在K断路器能够可靠切断短路回路的情况下，母线上其他用电负荷支路应该不受故障影响。但是由于故障点所在母线电压瞬间骤降，在断路器K切除该故障支路之前，母线上所有的负荷将一直处于低电压工况，短路故障被断路器K切除后，电压才得以恢复。一般这个低电压过程的时间为80～100ms，母线电压从骤降到恢复的供电过程，电压有效值形成一个明显凹陷;另一种情况，供电系统某个开关由于某种原因发生误跳跃(断开瞬间又合上)，造成该回路负荷瞬间供电中断，对负荷来说，这属于电源开路故障，上述两种情况有时也笼统称为晃电。然而，两种故障现象有着截然不同的表现，即供电系统的开路故障与短路故障有显著区别。发生开路故障时，没有母线电压骤降现象。同时，如果负荷系统中存在异步电动机，将转为发电状态，因为没有短路点，它的磁场衰减缓慢，表现出机端电压下降缓慢，母线电压也呈缓慢下降现象。而发生供电系统短路故障时，即使存在同步发电机，母线电压也被短路点瞬间拉得很低，近短路点的电压几乎为零。因此，电压骤降是系统短路的显著特征。

2解决晃电的常用措施

2.1工作原理

较现有机构，本设计增设了触头、灭弧室及机械保持机构。当电磁驱动通电后，触发机械保持结构动作，从而使动触头、静触头接合，实现合闸。此时断开电磁驱动机构电源，开关将通过机械保持机构一直处于合闸状态。分闸时机械保持机构在拉簧的作用下复位。

2.2接触器－防晃电模块

防晃电模块可以简单地理解成小型的UPS，可以在晃电期间延长对400V系统接触器线圈的供电，维持接触器触电吸合。电动机的实际启动过程约为0.1s，电机磁场已衰减殆尽，一旦低压电动机数量和容量过大，电压恢复时，会因电机群磁场重建形成二次冲击，引发继电保护动作，造成大面积停机，继而衍生新问题。

2.3机泵方法

机泵允许再启动容量主要控制指标为系统母线电压水平，其与电网短路容量、电动机等效启动容量和已接负载密切相关。因此研究机泵允许再启动容量，需要对机泵再启动时母线压降进行分析。通过建立电路模型，发现母线电压暂降可以采用电源侧等效阻抗和负载侧等效阻抗串联电路来进行分析。因此通过控制净化厂变电站配电母线电压水平，采用串联阻抗分压原理可以反算负载侧等效阻抗参数，进而计算净化厂机泵允许再启动容量和参与再启动机泵的总设备功率。

2.4机械保持机构

根据直流快速开关设计需求，必须保证开关分合闸的可保持状态。保持机构可在开关分合闸状态时提供保持力，防止动触头、静触头因外界因素出现误动作。文献提出了两种保持机构：一是永磁保持，即利用永磁铁实现分合闸保持，这不仅提高了成本，也加重了直流开关复杂程度；二是碟簧保持，这对碟簧要求较高，国内现今技术达不到需求。为此大量机构和学者旨在寻找一种结构简单、使用寿命长、成本低的保持装置。与现有技术相比，设计的新型直流快速开关具有以下优点。（1）采用双断口、双灭弧室，开断电路时，两个断口形成的电弧的电流方向相反，产生的自励磁场相互排斥，促使两个断口的电弧自行导入两侧的灭弧室，充分利用电流及电磁场的特性，使灭弧效果得到极大提升。（2）增设了机械保持机构，当使用脉冲电流驱动电磁驱动机构合闸后，由机械保护机构保持合闸状态，电磁驱动机构可断开电源，既大大增加了电磁驱动机构的使用寿命，又起到了节约能源的作用。（3）使用机械保持机构进行刚性合闸，消除了合闸瞬间短促颤动发生拉弧所造成的触点烧损，从而大大提高了触点的使用寿命。

2.5“两头治理”是治理晃电的策略

对于造成晃电的短路故障点，其中的d4短路点采取两头治理的办法:一头是在故障点的电源侧，即支路开关的位置，采用“母线残压保持装置”(简称“母保”)，来快速隔离故障点对母线电压的影响，保障母线对其它非故障支路的连续供电;另一头是在故障点的负荷侧，采用“快速断路器及切换控制器装置”(简称“快切”(MS－T－3))，将故障支路的负荷切离故障电源，并切换到备用段电源或电压已经被“母保”恢复的本段其它支路的电源上。这样可以将故障点彻底从系统中孤立出去，最大限度地保障对所有负荷的供电连续性。

2.6合理设置快切装置的闭锁判据

防止本级母线或下级系统发生故障时快切装置投入备用电源。如对快切装置进行双重闭锁设置，即快切装置自身的电流电压保护动作信号应闭锁快切装置，同时将本侧进线的电流电压保护动作信号也用于闭锁快切装置。

2.7“缩短晃电时间”是治理晃电的本质

事实证明大面积停机事故基本上发生在短路故障后20ms左右，治理晃电主攻方向要从提高电气设备低电压穿越能力改为缩短晃电时间，短到电压敏感类负荷来不及停机就结束晃电。换言之，晃电不可怕，可怕的是晃电的时间太长。治理晃电的本质就是以利用快速开关为主来缩短晃电时间。采用“短路电流快速判断技术”并结合“快速开关”，目前“快速开关”采用涡流驱动大容量快速开关，分闸时间≤4ms，比普通真空断路器提高了8～12倍;合闸时间≤10ms，比普通真空断路器提高了3～4倍，可将晃电时间缩短至16ms以内，那么晃电就不会对设备造成影响。采用母保和快切对短路故障点实施两头治理的措施，将故障点与系统隔离，杜绝了故障点对上下游系统的影响。

结语

在现有直流快速开关的基础上进行改进，设计出一种灭弧能力更好、开断速度更快及具有机械保持结构的新型直流快速开关。将快切装置应用于中压供电系统中可明显提高系统的抗晃电能力，在应用中还应充分考虑快切装置与系统内其他电气设备的配合。使用机械保持机构进行刚性合闸，消除了合闸瞬间短促颤动发生拉弧所造成的触点烧损，大大提高了触点的使用寿命；未来在直流系统中有很大的应用前景。

参考文献

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