电动机抗晃电技术在化工企业的应用探讨  

电动机抗晃电技术在化工企业的应用探讨  

吕海麟

云南能投硅材科技发展有限公司  云南省曲靖市  655000

摘要：随着化工企业电动机运行环境的复杂性增加，电网晃电现象引发了生产中不可忽视的问题。本文以电动机抗晃电技术为研究对象，以解决晃电引起的生产中断为目标，通过以化工企业为例的实证研究，提出了对接触器控制回路、变频器控制方式、软启动器控制方式的抗晃电策略。

关键词：电动机；晃电；控制回路；跌落；欠压

引言：电动机在化工生产中扮演着重要角色，然而，当电网发生晃电（甚至毫秒级的断电）等供电故障时，均有可能使电动机驱动的动力设备受到较大的晃动甚至停机，进而影响生产连续性。通过讨论抗晃电技术，探讨接触器控制回路、变频器控制方式、软启动器控制方式的抗晃电策略，试图解决电动机在电网晃电情况下的灵活性和稳定性问题，以实现生产的稳定运行。

一、“晃电”的概念及危害

通常人们将对生产、生活造成一定影响的电压暂降、电压短时中断俗称为“晃电”。在《电能质量电压暂降与短时中断》（GB/T 30137-2013）中，对电压暂降和电压短时中断有着相应的定义：[1]

电压暂降：电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1～0.9 pu，并在短暂持续10 ms～1 min后恢复正常的现象。

短时中断：电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1 pu以下，并在短暂持续10 ms～1 min后恢复正常的现象。

系统电压的暂降、短时中断和电压变化，对于大量应用电动机生产的化工企业，如果在电压跌落幅度超过一定值（一般在0.6-0.7pu) , 持续时间超过一个周波，就会造成接触器脱扣，变频器和软启动欠压跳闸，给企业连续性生产造成巨大的损失。

二、电动机抗晃电技术在化工企业的应用 

1.接触器控制回路的抗晃电策略应用

某化工企业使用的接触器为伊顿穆勒DILM系列、ABB ax系列、施耐德LC1D系列，在发生晃电时电压降至工作电压的75%以下时，[2] 约4-20ms接触器释放，在电压短时再次恢复时，电动机已停止运转。此时对接触器的防晃电的解决方案主要有接触器晃电保持式和晃电释放电压正常再启式两种。保持式可分为采用UPS集中供电和独立抗晃电保持装置两种。采用UPS方式，对UPS的可靠性要求较高，出现问题导致整个电源系统故障。而采用抗晃电保持装置，一个回路出现间题，不会引起整个控制电压异常，优势明显。抗晃电保持装置正常运行时，市电为接触器线圈供电，在正常停机时，装置能判断为正常停接触器，不会动作。晃电时，装置检测到主电压和控制电压同时低于设定值或无电压，装置判断为晃电，装置将通过内部后备电源（超级电容）为接触器线圈供电，保持接触器不释放。市电恢复时，装置恢复市电供电。再启动方式，在电动机停机后再次启动，如果晃电时间较短时，再次大批量启动电动机会对电网造成冲击。因此，提出了防晃电保持与分批启动相结合的方式，在较短晃电时间内，采用保持方式使接触器保持不释放，电动机主电源线路不断开；当晃电时间持续较长时，电动机已经停机，通过设定抗晃电保持装置启动时间，可以采用延时分批再启动电动机方式，避免大量电动机同时启动对电网系统造成冲击。

2、变频器控制方式的抗晃电策略应用

变频器在电压晃动时，导致变频器跳停主要有两方面，一是控制回电压跌落引起变频器启动控制信号（中间继电器释放）未保持，导致变频器跳停；另一方面，如果控制信号采用了储能释放装置，控制信号一直保持，变频器电源电压降低导致直流母线电压降低导致变频器欠压跳闸。以某化工企业使用的丹佛斯FC-302系列变频器为例，在非常短的主电源中断（压降）时，在 100% 负载和短暂压力中断下，主电源电容器上的直流电压会快速下降。对较大功率变频器来说，该直流水平只需数毫秒时间便会降至 373 V DC 左右，此时，IGBT 将截止，变频器跳闸，从而失去对电动机的控制。对此，电压晃动有如下解决方案：

①变频器借能运行：借能运行为借用系统中存在电动机和负载惯量产生的能量，变频器就会保持运行。对于短时的主电源断开，当主电源恢复时，变频器将试图在受控方式下继续运行，同时变频器自动降频率，以持续到系统电压恢复，一直到直流回路中的能量被耗尽为止。这是通过将机械能转换到直流回路从而保持对变频器和电动机的控制来实现的。根据系统的惯量，这通常可以延长受控工作的时间。对于风扇，通常为数秒；对于泵，不超过 2 秒；对于压缩机，仅为几分之一秒。许多工业应用都可以将受控工作时间延长至较长的秒数，以持续到主电源恢复。缺点是抗击低电压的时间短，只起到抗击瞬间电压降低能力，同时和负载的特性有很大关联。当主电源复原并且 IGBT 重新启动后，输出频率和电压矢量与电动机的速度/频率并不对应，因此通常会发生过压或过流，而这些情况大都会造成跳闸锁定，可以通过设置变频器主电源故障控制参数，来避免这种情况。

②变频器复位重启：当电压发生晃动，导致变频器停车时，变频器可以通过编程在非关键跳闸（比如瞬时停电或波动）后自动重新启动电动机。当电压在预定的时间内恢复，如果此时变频器的启动信号一直保持没有丢失，则变频器自启动。此功能消除了手动复位，并增强了远程控制系统的自动化操作。可以通过设置限制重新启动尝试次数以及尝试间隔时间。目前主流品牌变频器都具有此功能。该方案缺点是变频器控制回路需一直保持供电, 防止启动信号丢失。

③变频器再启动：当电压跌落到变频器跳停，待电源恢复后重新启动变频器，目前变频器基本具有瞬时停电再起动功能，但需要外部运行信号一直处于保持状态，此功能才能激活。所以变频器防晃电要得以实现，需要在晃电时一直保持变频器运行信号，再正确设置参数。此时可以采用变频器低压晃电再起动装置控制变频器再启，通过监测变频器的运行状态，及对电网进行采样检测，判断是否发生晃电。在变频器因晃电跳停时，通过自身储能元件保持变频器的启动信号，同时对变频器进行复位，待电源恢复后可实现变频器再启动。因晃电而断开的电源，如电网电压在允许的时间内恢复正常，则设备按预先设定的再起动时间起动。如电网电压没有在允许时间内恢复或有故障闭锁，则不再起动对变频器。该方案的优点是，投资小，是比较普遍使用的一种方案；缺点是，变频器在晃电时会短暂停机。

④变频器直流母线供电：以某化工企业使用的施耐德ATV930系列变频器为例，采用的是交-直-交变换模式，经三相桥式全波整后中间直流的电压值约为530~565 V DC左右。变频器直流母线供电将公用直流母线接入变频器内部直流母线，采用外供直流电压支撑的方式实现对变频器的晃电欠压的补偿。当系统侧发生晃电时，将公用直流母线接入变频器直流母线，带动负载继续工作，系统电压恢复后，关断公用直流母线。该方案优点是，支撑时间可根据直流系统容量调整。缺点是技术要求较高，需控制好外部直流电源的投入时序，投资较大，适用于对可靠性要求较高的场合。

3、软启动器控制方式的抗晃电策略应用

某化工企业使用的软启动器为丹弗斯MCD 600系列，在默认设置情况下工作电压降至设定值350V，时间持续1s后跳停。在正常运行中软启动器处于内置接触器旁路工作状态，发生晃电时，接触器释放，同时启动信号消失。MCD 600系列软启动器本机不带抗晃电功能，对此，可采用晃电再起动装置实施再启动。采用晃电再起动装置，监测母线电压和控制电压，当电压晃动导致软启动器或旁路接触器跳开时，电压在设定时间内恢复供电，装置输信号再启动软启动器，原理同变频器再启动，根据生产工艺要求，可设定延时时间实现分批启动电动机的顺序。

结束语：综上所述，随着电动机抗晃电技术的推出和在化工企业的普及，我们需要不断创新和优化，构建更为稳健的电动机抗晃电控制系统。积极探索创新和应用抗晃电措施，从而促进电动机在电网晃电时的稳定运行。

参考文献：

[1] GB/T 30137-2013 电能质量电压暂降与短时中断 [S]

[2] GB T 14048.4-2020 低压开关设备和控制设备 [S]