1、石化企業電網抗“晃電”解決方案的應用郭文武（中海石油舟山石化機械動力部，浙江舟山316015）摘要 通過對舟山石化電網本身存在的薄弱環節和產生“晃電”原因的分析，提出了采用“快切裝置”和低壓綜保再啟動功能以及改造低壓電動機二次回路、增加主備機之間的電氣互鎖等方案，解決了困擾該企業電網“晃電”導致機泵跳停的問題，滿足了石化企業連續生產的需要，在同行業中具有推廣價值。關鍵詞：石化企業；電網；晃電；快切裝置；低壓綜保；再啟動1 前言舟山石化有限公司由于所處地理位置特殊，聯結主電網的電力線路需要橫跨海域，電力系統的穩定性受氣候條件的影響較大，加上為其供電的地方變電所兩條35kV進戶線路為老舊線路，線路

2、上還T接其它用戶，其中一條線路還穿越雷區，因此電網的可靠性較差1。該企業自2008年投產至今，由于外電網故障、雷電、臺風襲擊、誤操作等原因導致企業內部電網“晃電”甚至局部停電達10多次，給企業安全生產帶來了嚴重威脅，為此亟待提高該企業電網抗“晃電”的能力，確保企業連續生產的目的。2 “晃電”分析2.1 “晃電”定義“晃電”是指電網因雷擊、短路、發電機組故障或其他原因造成電網短時間電壓大幅度波動或短時斷電的現象。2.2 “晃電”類型“晃電”一般分為電壓驟降，電壓驟升，短時斷電，電壓閃變。 電壓驟降，是指電壓有效值降至標稱值的10%90%,且持續時間為10ms1min(典型持續時間為10ms600

3、ms)。 電壓驟升，是指電壓有效值上升至標稱電壓的110180%，持續時間10ms1min。 短時斷電，是指持續時間在10ms3s的供電中斷。 電壓閃變，是指電壓波形包絡線呈規則的變化或電壓幅值一系列的隨機變化，一般表現為人眼對電壓波動所引起的照明異常而產生的視覺感受2。2.3 晃電的影響2.3.1 對高壓電動機的影響高壓電動機低電壓保護定值一般設定為額定電壓的65%70%，時限為0.5s。當“晃電”發生致使電壓值降至保護定值以下、時限0.5s時，高壓電動機就會被切除3。由于電力系統備自投或重合閘技術的局限，“晃電”發生后恢復供電時間一般在1s以后甚至更長，從而造成高壓電動機停運。2.3.2

4、對低壓電動機的影響低壓電動機跳閘主要是接觸器線圈電壓降低造成的。因為低壓電動機的接觸器線圈維持電壓在80%110%Ue,即要維持接觸器正常吸合運行，電壓必須保持在80%額定電壓以上，當電網“晃電”造成母線電壓低于80%額定電壓以下時，接觸器可能會釋放，導致低壓電動機停運。2.3.3 對變頻器的影響變頻器由整流器和逆變器兩部分組成，一般的變頻器都具有過壓、失壓以及瞬間停電的保護功能4。當電網“晃電”致使電壓降低到70%以下時，變頻器出于自我保護防止損壞而停止運行，變頻器拖動的電動機因此而停運。綜上所述，由于石化企業轉動設備的原動機90%以上為電動機，“晃電”對石化企業正常生產有著重大影響，輕者使

5、部分電動機、變頻器跳停，造成企業生產中斷，重者發生設備損壞、人身傷亡甚至火災爆炸事故，因此，解決困擾石化企業電網“晃電”的問題，是確保石化企業連續、安全生產的基礎。3 舟山石化抗“晃電”解決方案3.1 電力系統介紹如圖1所示，為舟山石化供電系統一次示意圖。該企業10kV主電源由設置在附近的35kV北海變電所提供，北海變電所內設有兩臺容量為25MVA、電壓變比為35kV/10kV的變壓器。企業內部供電系統配有兩臺自備發電機組、一座10kV總配和7座10kV裝置區域用戶配以及14座0.4kV低配，總用電負荷為33MW，系統接線方式均為單母分段。圖1 供電系統一次接線示意圖正常運行方式為北海變電所3

6、5kV母線分列運行，段進線開關3001和段進線開關3002運行、母分開關3100熱備用；化工裝置區域10kV系統和0.4kV系統均分列運行，母分開關熱備用；自備電站10kV主母線并列運行，主母段進線開關411運行和母分開關1001運行，段進線開關410熱備用。#1發電機額定功率為15MW，并在自備電站10kV段母線上，通過熱電411線路與總配10kV段母線并網；#2發電機額定功率為6MW，直接并在總配10kV段母線上。3.2 高壓電動機抗“晃電”方案針對舟山石化電網正常運行方式為分列運行的特點，采取在10kV裝置配電室安裝“快切裝置”的方案，解決高壓電動機抗“晃電”的問題。3.2.1 快切裝置

7、簡介（1）母線殘壓的形成如圖2所示供電系統圖，正常運行時1DL和2DL合閘運行，3DL分閘處于熱備用狀態，進線1和進線2互為備用。現以進線1到進線2切換為例做說明：當進線1故障“晃電”時，快切裝置將會先跳開1DL，這時母線1整段失電。由于機械慣性，電動機將會惰行，從而使得電動機轉子電流磁場在定子繞組中反向感應電勢，形成反饋電壓。由于石化企業的特點，一般母線上連接著眾多電動機，從而形成了合成反饋電壓，俗稱母線殘壓。由于電動機轉子轉速將會從額定值逐漸減速，那么轉子感應電勢也會逐漸衰減，因此母線殘壓的幅值將逐漸衰減。通常電動機總容量越大，母線殘壓幅值的衰減速度越慢5。圖2：一次供電系統簡圖（2）快切

8、裝置的應用從“母線殘壓的形成”可知，電網“晃電”時，石化企業母線殘壓的幅值不是立即降到零，而是一個逐漸衰減的過程，這樣就給快切裝置提供了合上備用電源的機會，從而解決了因電網“晃電”致使高壓電動機跳停的問題。如圖3所示，第一個機會是失電后瞬間，失電側母線殘壓與備用側母線電源電壓之間的相差、角差及頻差很小，滿足快切裝置動作設定值，此時快切裝置立即合上備用電源，既保證了電動機安全連續運行，又不會使電動機轉速下降太多，而且母線殘壓幅值還在額定電壓的90%以上，這就是所謂的快速切換；第二個機會是殘壓與備用電源電壓相角第一次重合時合上備用電源，這時母線殘壓仍在額定電壓的80%以上，給電動機造成的沖擊也比較

9、小，在電動機可以承受的安全范圍之內，并仍然維持高壓電動機連續運行，這就是所謂的同期捕捉功能；第三個機會是當殘壓基本衰減完畢，及其幅值進入無壓定值（25%40%）范圍后合上備用電源，此時電動機已跳停，傳統的備自投就是工作在這一區域6。圖3：快切裝置三個切換區域示意圖3.2.2 高壓電動機抗“晃電”應用快切裝置切換動作需要兩個條件，第一，啟動判據，即發生“晃電”時，需要提供給快切裝置一個啟動信號；第二，合上備用電源的條件，即待并的兩條線路電源電壓之間的相差、角差、頻差滿足快切裝置合閘設定的條件，才能合上備用電源。在這兩個條件中，啟動判據最為重要，快切裝置啟動的越快越早為下步合上備用電源搶到了時間，

10、因此它是決定快切裝置能否在“快速切換區域”合上備用電源，解決高壓電動機抗“晃電”的關鍵。（1）選定線路光纖差動保護作為啟動判據，解決內部線路“晃電”問題石化企業線路保護一般配有速斷保護、過流保護、光纖差動保護等。由于光纖差動保護裝置價格比較昂貴，老的石化企業較少采用，而速斷保護一般又無法保護線路全線、存在死區，因此為了解決這一問題石化企業的習慣做法是采用定時限速斷，由于定時限速斷保護和過流保護均有一定的動作時限，一般在0.5s以上，加上開關本身4060ms的分閘時間，從而使得“低電壓保護”動作時限為0.5s的高壓電動機被切除，因此老石化企業傳統的保護配置是抗“晃電”方面的一個薄弱環節6。為了解

11、決抗“晃電”的問題，必須要配置既能保護線路全線又無動作時限的速動保護裝置即光纖差動保護來作為快切的啟動判據。目前舟山石化線路均配備了線路光纖差動保護，從而解決了公司電網內部“晃電”這一問題。（2）選定電動機逆功率作為啟動判據，解決外電網或外線路“晃電”問題石化企業變電所母線上一般接有大量的異步電動機，當外線路故障時電動機將會向故障點提供反饋電流，根據相關文獻實測結果，廠用電母線進線入口處三相短路時反饋電流的暫態值為額定電流的5.86.9倍7。根據反饋電流的大小及反饋電流方向與正常電流方向相反的特點，便可以構成能夠快速啟動的逆功率啟動判據，解決外電網“晃電”時快切裝置的啟動問題。（3）選用“無流

12、”作為啟動判據，解決誤操作或開關偷跳造成“晃電”的問題電氣操作人員誤操作拉錯開關造成線路停電或者開關故障偷跳等，這類“晃電”事先沒有征兆，不能通過常用的故障判斷原理進行判斷，因此我們必須要進行創新，通過檢測進線電流“從有到無”的變化過程作為快切裝置的啟動判據即“無流”判據，來解決這類“晃電”的問題。綜上所述，通過增加快切裝置，將公司內部線路光纖差動保護作為啟動判據，可以解決內部線路“晃電”的問題；利用逆功率作為啟動判據，可以解決外電網或外線路“晃電”的問題；利用“無流”作為啟動判據，可以解決誤操作和線路開關偷跳造成“晃電”的問題，從而徹底解決了高壓電動機抗“晃電”的問題。3.3 低壓電動機抗“

13、晃電”方案由于低壓電動機的轉動慣量較小，故反饋電壓的衰減要比高壓電動機快得多，因此即使配置了快切裝置，仍有可能發生快切雖然成功動作，但母線電壓已低于80%，致使低壓電動機接觸器釋放而跳停的情況。因此低壓電動機抗“晃電”不能僅僅依靠快切裝置，而應結合其他綜合技術措施，形成低壓系統抗“晃電”綜合解決方案，才能取得理想效果6。 低壓電動機抗“晃電”技術介紹低壓電動機抗“晃電”技術目前在國內使用的種類很多，其主要工作原理是：第一，保持接觸器在失電一定時間內而不釋放；第二，使已脫扣的接觸器在電壓恢復后自動重合。其中屬于第一類技術主要有抗“晃電”接觸器、接觸器延時模塊、利用UPS或直流電源輸出給接觸器線圈

14、供電等；屬于第二類技術主要有采用低壓綜保再起動功能和低壓電動機再起動集中控制裝置等。舟山石化根據實際情況和工藝需要，主要采取的抗“晃電”技術是：第一，采用低壓綜保再起動功能；第二，通過自主創新，對大機組輔機二次控制回路進行“增加電氣互鎖”技術改造。從而使低壓電動機滿足了工藝生產抗“晃電”的需求。 舟山石化低壓電動機抗“晃電”技術應用（1）利用低壓綜保再起動功能，使已脫扣的接觸器待電壓恢復后自動重合，達到低壓電動機抗“晃電”的目的。 圖4：低壓電動機綜保再起動二次控制原理圖如圖4所示，將低壓綜保LM的一對節點（X2:11，X2:12）引出，然后接入低壓電動機控制回路，構成了低壓電動機再起動控制系

15、統。同時對低壓綜保再起動邏輯進行編程，并設定再啟動參數：再啟動：ON；Ud：85%；Tm：2s；Trst：0.1s；t：0s。通過以上設置后，當系統一旦“晃電”，只要在2s內系統電壓恢復到85%額定電壓時，LM節點（X2:11，X2:12）即刻自動閉合，于是KM線圈得電、主回路接觸器吸合致電動機再起動，達到了低壓電動機抗“晃電”的目的。鑒于低壓綜保再起動功能無法實現電動機分批啟動，它是一個群起的過程，對電網沖擊較大，因此不宜設置太多，要視系統容量和工藝需求來確定最佳數量。如果因工藝原因需要設置再啟動電動機的數量較大時，必須要采用低壓電動機再起動集中控制裝置，使電動機分批啟動，防止電動機群起危及

16、電網安全穩定。表1為舟山石化低壓電動機再起動設置情況表，由于數量較少，采用低壓綜保再起動功能就能實現這一目的。表1：舟山石化低壓電動機再起動設置一覽表焦化序號設備位號設備名稱信號來源作用動作時狀態1P1110A封油泵LM（X2:11，X2:12）P1110A再啟動R3閉合2P1110B封油泵LM（X2:11，X2:12）P1110B再啟動R3閉合3P6102A給水泵LM（X2:11，X2:12）P6102A再啟動R3閉合4P6102A/POP6102A潤滑油泵LM（X2:11，X2:12）P6102A潤滑油泵再啟動R3閉合5P6102B給水泵LM（X2:11，X2:12）P6102B再啟動R3

17、閉合6P6102C給水泵LM（X2:11，X2:12）P6102C再啟動R3閉合加氫7AC2101B反應高壓空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101B再啟動R3閉合8AC2101D反應高壓空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101D再啟動R3閉合9AC2101F反應高壓空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101F再啟動R3閉合10AC2101H反應高壓空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101H再啟動R3閉合11P2751A凝結水泵LM（X2:11，X2:12）P2751A再啟動R3閉合12P2751B凝結水泵LM（X2:11，X2:12）P2751B再啟動R3閉合芳

18、構化13P3201A重整汽液分離罐泵LM（X2:11，X2:12）P3201A再啟動R3閉合14P3201B重整汽液分離罐泵LM（X2:11，X2:12）P3201B再啟動R3閉合（2）對大機組輔機二次控制回路進行“增加電氣互鎖”技術改造，達到抗“晃電”的目的。由于大機組潤滑油泵、腹水泵等輔機均配置有A/B兩臺，一般情況下一臺運行、另一臺備用，當運行電機供電系統“晃電”致使接觸器釋放而跳停時，大機組將會因輔機停機而聯鎖停機，為此我們要想辦法解決大機組輔機抗“晃電”的問題。圖5：大機組兩臺輔機之間電氣互鎖二次控制原理圖如圖5所示，將互為備用的A/B兩臺低壓電機的接觸器輔助常閉觸點2KM接入對方自動控制回路。正常運行時，運行電機現場操作柱上的轉換開關打在“手動”位置，備用電機現場操作柱上的轉換開關打在“自動”位置，當運行電機所在系統