失压自启动功能在石化企业中的应用及探讨

失压自启动功能在石化企业中的应用及探讨

戴志仁

广州石化建筑安装工程有限公司  510000

摘   要：通过对ABB  M102-M电机控制装置在应用中摸索实验和理论研究，本文着重介绍石化企业系统晃电时，失压自启动功能与接触器在配合控制保护上问题，做出详细的叙述。

关键词：晃电；失压自启动；接触器；

失压自启功能，在一般化工和石化工厂中都会使用来防止线路或设备短路造成电压大幅波动和电源瞬间消失，在通过自动重合闸功能，短时间内得到恢复，如果设备和系统抵抗晃电能力较差，将给生产带来损失。目前，已有的抗晃电设备主要是抗晃电交流接触器，或者在二次控制回路中使用UPS不间断电源控制交流接触器，电机群信号采集控制，这些设备在保护上可靠性不够精确，保护单一。本文所要讨论的ABB-M102M综合保护装置，具有适用范围广、整定精度高、动作时间准确等特点。

一、概述 

 石油化学工业是以石油或天然气为原料，经过化工过程而制取各种石油化工产品的工业。

   石油化学工业生产是一种高危险的行业，一旦发生火灾，爆炸事故，往往造成较大的伤亡或财产损失的后果，它是一个连续生产的过程，从原料、空分系统、气化系统和合成等系统的建立都是息息相关的，在此过程中后系统的原料往往都是前一系统的产物，因此在整个生产系统中，哪个环节出了问题都会直接或间接地影响甚至中断生产。而电网的晃电会使连续运行的设备跳车、生产中断。因此如何采取必要的措施防止电网晃电、以及在电网发生晃电时怎样保持设备正常运行将是我们所面临的问题。 

    化工生产是个连续的过程，在此过程中任何一个与生产主流程相关的设备出了问题都有可能直接或间接地影响甚至中断生产，电网晃电对生产将会造成致命的打击，因此如何避免电网晃电以及预防电网发生晃电尽可能不对生产系统造成影响，将是化工企业目前生产过程中所面临并且必须防止的重要问题。 

　　二 、晃电产生的原因及对化工生产企业的影响 

　　“晃电”系指电网出现电压大幅度下跌或短时中断数秒，致使用电设备不能正常工作的现象。其产生的原因有：雷击；短路；大负载启动等情况。 

　晃电对化工生产企业的常见影响有：电网电压波动；设备损坏；生产中断；火灾、爆炸事故等；下面将分别介绍上述晃电对化工生产企业造成事故的原因：
　　1.电网电压波动
　　正常的供电电网电压基本保持稳定，不会产生很大的波动，但是在晃电时电网电压都会有明显的降低，电网中有很多电磁类设备，当电压有明显的降低时：电动机本身的出力明显降低；接触器电磁铁因低电压释放；低压进线断路器因低电压而失压脱扣；变频器、软启动器因低电压停止运行等。
　　2.设备损坏
　　在化工企业中因晃电而造成的设备损坏事故主要是指汽轮机、发电机、高压锅炉给水泵等使用稀油站对设备轴瓦进行润滑的大型设备。由于这些设备是稀油润滑的轴瓦式设备，其润滑油一般由专门的稀油润滑站提供，在晃电瞬间稀油站的润滑油泵电机接触器因低电压释放，油泵停止运行，此时油站供油油压降低，轴瓦极容易因缺油而损坏。
　　3.生产中断
　　电动机的工作大多采用交流接触器、软启动器、变频调速器等控制启动，在晃电时交流接触器、会因低电压而释放，软启动器、变频调速器也会因为低电压而停机，工业生产中，常常因“晃电”引起许多重要的高、低压电机（设备）停机，而关键设备的停机又会导致大机组、甚至整个生产装置连锁停机，导致连续生产过程被迫中断、生产装置停车。
　　4.火灾、爆炸事故
　　晃电时电网电压大幅度下跌，同时还伴随着电网大电流的产生，由于某些设备或线路耐受电流是有一定限度的，在晃电时短时的大电流有可能挑战设备的耐流能力而将其损毁，如果电流足够大而故障又发生在有限的密闭空间，此时必然伴随着火灾、爆炸事故的发生。

三、晃电事故案例分析及改造思路

事故案例：

2015年9月02日  06：08分，中海油惠州炼化1#、2#进线招雷击导致系统晃电焦化装置域变6KV I段II段母线受影响，通过对6KV 两段进线电压故障录波分析，此次晃电6KV I段电压降为65%，时长大约为700毫秒；6KV II段电压降为55%，时长大约为900毫秒。母联、进线没有报警，2#母线段所在电机不受影响；1#母线段部分设备受影响停机，受影响设备共18台，其中有多台为重要机泵自动起动未成功，造成装置一系列生产系统连锁停车，严重影响生产，造成很大的经济损失。

2016年5月10日早上06：46左右，因中海油惠州炼化1#、2#进线招雷击导致系统晃电焦化装置域变6KV I段II段母线受影响，通过对6KV 两段进线电压故障录波分析，此次晃电6KV I段电压降为75%，时长大约为60毫秒；6KV II段电压降为68%，时长大约为70毫秒。4#变电所母联、进线没有报警，母联没有自投，1#母线所在电机不受影响，2#母线部分设备受影响停机，4变区域变受影响设备共9台自动起动未成功。

本装置采用“低压电机群信号采集控制柜”来控制电机晃电自动起动，电机二次原理图（见附件一）。

1、失压没用自动重启原因分析：

下面对“低压电机群信号采集控制柜”自动重启功能与接触器动作间配合实验如下：

抽取没有自动重启电机试验情况：

当电机主回路三相电压降至250V（65.7%）时，接触器衔铁释放（接触器线圈电压：150V），主回路断开。把三相电压瞬间再恢复至380V时，电机自启动不成功。

当电机主回路三相电压降至180V时（47.3%），接触器衔铁释放（接触器线圈电压：110V），主回路断开。把三相电压瞬间再恢复至380V时，电机自启动成功。

2、通过对这6台电机进行试验得出：

当晃电电压波动，电压降至65%额定电压左右，电压小于接触器最高释放电压，电机停机；而此时的电压却未达到综保设定的低电压脱扣值60%，所以保护装置不会触发自动重启动功能，从而电机不会自启动。也就说自动重启动功能动作电压与接触器释放电压存在保护死区，死区电压为“接触器释放电压≥晃电电压＞自动重启功能动作电压”。

每一个型号接触器的释放电压都不同，一般交流接触器在85～105%额定电压下能正常工作，线圈正常吸合。当电压低于15%～20%左右额定电压时接触器不能正常工作，可能产生抖动现象，造成跳电事故发生。而一般电压降至45—55%额定电压时，接触器将无条件释放。按低电压整定动作值范围：70%~60%与接触器正常工作额定电压有一定冲突。若低电压动作值调整80%，一旦轻微晃电，又将导致电机大面积停机自动重启，对电网冲击电流大，电压降大，造成系统崩溃。

3、改造思路

由于“低压电机群信号采集控制柜”的不稳定性造成装置一系列紧急停车，给生产和经济带来重大损失，为避免事故的再次发生，公司决定对8台重要电机的晃电自动起动进行改造，通过论证决定用ABB公司生产的M102-M来代替。

M102-M是基于电流或电压测量的智能型一对一或者一对多控制机群电机保护控制装置，是ABB的智能系统解决方案之一。

M102-M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。通过特定的参数设置，M102-M为各种电机的应用场合提供适当的控制、监测和具有热过载，堵转，断相，三相不平衡，接地，欠电压等保护功能。

热过载保护是通过对电机热容量的跟踪计算来保护电机免于因过热而缩短寿命或损坏。M102-M 模拟了电机在各种状态(运行和停机)下的热状态，以便最大限度地使用电机，确保电机安全运行，支持两种热保护模式：标准型和防爆型（EExe）。

堵转保护是防止电机驱动设备出现严重运转堵塞或因为电机超负荷运行而发热损坏电机。根据最大线电流和额定电流的比值判断是否起动堵转保护。

断相保护根据最小线电流和最大线电流（即 ILmin/ILmax）的比值判断是否起动断相保护功能。

三相不平衡保护根据最小线电流和最大线电流（即 ILmin/ILmax）的比值判断是否三相不平衡保护功能。

空载保护是防止电机在空载下运行，避免可能的生产浪费与损失。实际上空载保护与轻载保护系同一种类的保护功能，保护的起动条件也是根据最大线电流和额定电流的比值判断是否起动保护。

M101-M/M102-M 的接地故障保护是通过外接的零序互感器的测量来避免电机运行于接地故障情况。以零序电流的大小来判断是否起动接地故障保护功能。改造后低压电动机控制原理图如图：附件（二）（三）。

通过M102-M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用户制定设备维护计划。对于电动机及运行设备来说，M102-M的应用意味着：可靠的保护 ，最大限度的利用，连续的监测，高度的灵活性。本次改造主要是针对晃电重起动功能试验及灵敏度的探讨。

M102-M连续监测电机的电压,当电机处于运行状态且系统电压瞬间跌落时，M102-M可以使电机重新启动,M102-M提供两种（可选）自动重起动模式：标准型和增强型。

M102-M自动重起动功能 (标准型):

当选用标准模式时，在电压突降后，根据电压跌落时间的长短，自动重起动可以分为以下三种情形：

情形 1：电压跌落时间 < 自动重合闸时间

图 1 起动示意图

若跌落电压在自动重合闸时间之间恢复到正常电压，自动重起动将立即执行。

情形 2：自动重合闸时间 < 电压跌落时间 < 电压跌落最大时间

图 2 起动示意图

若跌落电压恢复到正常电压时间发生在自动重合闸时间之后，在电压跌落最大时间之前，M102将按电机分组顺序起动执行，自动重起动将在分组顺序起动延时时间过后开始执行。

情形 3：电压跌落时间 > 电压跌落最大时间

图 3 起动示意图

若跌落电压恢复到正常电压时间发生在电压跌落最大时间之后，M102不执行重新起动操作（电机的重新起动功能暂时关闭）。

自动重起动功能(增强型):

在对电压跌落后的重起动要求更高的场合，可以采用增强模式的自动重起动功能。在增强模式下，自动重起动方式在区分了电压跌落时间的长短的不同外，还考虑了一定时间间隔内的允许电压跌落次数。

自动重起动可以分为以下四种情形：

情形 1： 电压跌落时间 < 自动重合闸时间

同标准模式下的情形1。

情形 2： 自动重合闸时间<电压跌落时间<电压跌落最大时间

同标准模式下的情形2。

情形 3： 电压跌落时间>电压跌落最大时间

同标准模式下的情形3。

情形4： 如果1秒内发生两次电压跌落，并且每次跌落时间不超过200毫秒

图 4  重起动示意图

若两次电压跌落发生在1秒之内，并且每次电压跌落的时间不超过200毫秒，M102-M将执行电机分组顺序起动，自动重起动将在分组顺序起动延时过后开始执行。

下面为M102M参数初始整定设置如下：

图 4 参数设置

通过参数设置可以使自动重起动功能开启或关闭。当选择关闭，M102的自动重起动功能便失效。由于自动重起动保护功能与欠压保护功能相互关联，如果要使自动重起动功能有效，则必须先将欠压保护功能设成开启。整定：（复位模式：自动，脱扣值：60%，报警值：75%，复位值：75%）；电机自动重启功能：开启。即脱扣延时结束后，M102开始计算最大电压跌落时间6S，这个时间是M102是否执行操作等待电压恢复的最长时间。如果电压跌落时间满足条件：自动重合闸时间 < 电压跌落时间 < 电压跌落最大时间，电机将会在电压恢复后的顺序起动时间后重新起动。如果电压在最大电压跌落时间内还没有恢复到复位值，则M102会发出一个“欠压脱扣”信息。

本参数定义了从电压恢复到复位值以上到M102执行起动命令的时间。如果在延时时间内电压持续在复位值以上，顺序起动时间便有效。当电压恢复正常后，允许电机继续运行，避免多台电机同时起动导致系统电压下降。

通过以上改造，把热过载，堵转，断相，三相不平衡，接地，欠电压等保护功能全部应用到电机保护中，使电机使用寿命大大延长。最重要是晃电时，保证生产中电动机正常运行。

四、结语

为保障化工装置安全、稳定、长周期运行，要求供配电系统有可靠性、安全性。结合化工电气工作特点，如何正确合理利用控制保护装置，准确、合理地处理电气设备在运行中出现的异常或故障，是确保生产装置安全、稳定、长期、高效运行的关键，同时保障供电系统的安全运行，因此作为从事配电运行和检修工作人员，应不断学习专业知识，结合工作实践，认真总结经验，提高处理各类问题的应变能力。

参考文献

1、佟为明、翟国富等编著《低压电器继电器及其控制系统第二版》哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003年

2、夏天伟，秦妙华，等《新型电动机智能控制及保护装置》低压电器，1999.06期

3、王成元//夏加宽//杨俊友//孙宜标《电机现代控制技术》机械工业出版社，2006

4、赵君有，张爱军《控制电机》中国水利水电出版社。2006年

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附件一(低压电动机控制原理图)

附件二(改造后低压电动机控制原理图)

附件三(改造后低压电动机控制原理图)

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