石化企业电网抗“晃电”解决方案的应用(共6页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上石化企业电网抗“晃电”解决方案的应用郭文武（中海石油舟山石化机械动力部，浙江舟山）摘要 通过对舟山石化电网本身存在的薄弱环节和产生“晃电”原因的分析，提出了采用“快切装置”和低压综保再启动功能以及改造低压电动机二次回路、增加主备机之间的电气互锁等方案，解决了困扰该企业电网“晃电”导致机泵跳停的问题，满足了石化企业连续生产的需要，在同行业中具有推广价值。关键词：石化企业；电网；晃电；快切装置；低压综保；再启动1 前言舟山石化有限公司由于所处地理位置特殊，联结主电网的电力线路需要横跨海域，电力系统的稳定性受气候条件的影响较大，加上为其供电的地方变电所两条35kV进户线路为

2、老旧线路，线路上还T接其它用户，其中一条线路还穿越雷区，因此电网的可靠性较差1。该企业自2008年投产至今，由于外电网故障、雷电、台风袭击、误操作等原因导致企业内部电网“晃电”甚至局部停电达10多次，给企业安全生产带来了严重威胁，为此亟待提高该企业电网抗“晃电”的能力，确保企业连续生产的目的。2 “晃电”分析2.1 “晃电”定义“晃电”是指电网因雷击、短路、发电机组故障或其他原因造成电网短时间电压大幅度波动或短时断电的现象。2.2 “晃电”类型“晃电”一般分为电压骤降，电压骤升，短时断电，电压闪变。 电压骤降，是指电压有效值降至标称值的10%90%,且持续时间为10ms1min(典型持续时间为

3、10ms600ms)。 电压骤升，是指电压有效值上升至标称电压的110180%，持续时间10ms1min。 短时断电，是指持续时间在10ms3s的供电中断。 电压闪变，是指电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化，一般表现为人眼对电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受2。2.3 晃电的影响2.3.1 对高压电动机的影响高压电动机低电压保护定值一般设定为额定电压的65%70%，时限为0.5s。当“晃电”发生致使电压值降至保护定值以下、时限0.5s时，高压电动机就会被切除3。由于电力系统备自投或重合闸技术的局限，“晃电”发生后恢复供电时间一般在1s以后甚至更长，从而造成高压电动机停运

4、。2.3.2 对低压电动机的影响低压电动机跳闸主要是接触器线圈电压降低造成的。因为低压电动机的接触器线圈维持电压在80%110%Ue,即要维持接触器正常吸合运行，电压必须保持在80%额定电压以上，当电网“晃电”造成母线电压低于80%额定电压以下时，接触器可能会释放，导致低压电动机停运。2.3.3 对变频器的影响变频器由整流器和逆变器两部分组成，一般的变频器都具有过压、失压以及瞬间停电的保护功能4。当电网“晃电”致使电压降低到70%以下时，变频器出于自我保护防止损坏而停止运行，变频器拖动的电动机因此而停运。综上所述，由于石化企业转动设备的原动机90%以上为电动机，“晃电”对石化企业正常生产有着重

5、大影响，轻者使部分电动机、变频器跳停，造成企业生产中断，重者发生设备损坏、人身伤亡甚至火灾爆炸事故，因此，解决困扰石化企业电网“晃电”的问题，是确保石化企业连续、安全生产的基础。3 舟山石化抗“晃电”解决方案3.1 电力系统介绍如图1所示，为舟山石化供电系统一次示意图。该企业10kV主电源由设置在附近的35kV北海变电所提供，北海变电所内设有两台容量为25MVA、电压变比为35kV/10kV的变压器。企业内部供电系统配有两台自备发电机组、一座10kV总配和7座10kV装置区域用户配以及14座0.4kV低配，总用电负荷为33MW，系统接线方式均为单母分段。图1 供电系统一次接线示意图正常运行方式

6、为北海变电所35kV母线分列运行，段进线开关3001和段进线开关3002运行、母分开关3100热备用；化工装置区域10kV系统和0.4kV系统均分列运行，母分开关热备用；自备电站10kV主母线并列运行，主母段进线开关411运行和母分开关1001运行，段进线开关410热备用。#1发电机额定功率为15MW，并在自备电站10kV段母线上，通过热电411线路与总配10kV段母线并网；#2发电机额定功率为6MW，直接并在总配10kV段母线上。3.2 高压电动机抗“晃电”方案针对舟山石化电网正常运行方式为分列运行的特点，采取在10kV装置配电室安装“快切装置”的方案，解决高压电动机抗“晃电”的问题。3.2

7、.1 快切装置简介（1）母线残压的形成如图2所示供电系统图，正常运行时1DL和2DL合闸运行，3DL分闸处于热备用状态，进线1和进线2互为备用。现以进线1到进线2切换为例做说明：当进线1故障“晃电”时，快切装置将会先跳开1DL，这时母线1整段失电。由于机械惯性，电动机将会惰行，从而使得电动机转子电流磁场在定子绕组中反向感应电势，形成反馈电压。由于石化企业的特点，一般母线上连接着众多电动机，从而形成了合成反馈电压，俗称母线残压。由于电动机转子转速将会从额定值逐渐减速，那么转子感应电势也会逐渐衰减，因此母线残压的幅值将逐渐衰减。通常电动机总容量越大，母线残压幅值的衰减速度越慢5。图2：一次供电系统

8、简图（2）快切装置的应用从“母线残压的形成”可知，电网“晃电”时，石化企业母线残压的幅值不是立即降到零，而是一个逐渐衰减的过程，这样就给快切装置提供了合上备用电源的机会，从而解决了因电网“晃电”致使高压电动机跳停的问题。如图3所示，第一个机会是失电后瞬间，失电侧母线残压与备用侧母线电源电压之间的相差、角差及频差很小，满足快切装置动作设定值，此时快切装置立即合上备用电源，既保证了电动机安全连续运行，又不会使电动机转速下降太多，而且母线残压幅值还在额定电压的90%以上，这就是所谓的快速切换；第二个机会是残压与备用电源电压相角第一次重合时合上备用电源，这时母线残压仍在额定电压的80%以上，给电动机造

9、成的冲击也比较小，在电动机可以承受的安全范围之内，并仍然维持高压电动机连续运行，这就是所谓的同期捕捉功能；第三个机会是当残压基本衰减完毕，及其幅值进入无压定值（25%40%）范围后合上备用电源，此时电动机已跳停，传统的备自投就是工作在这一区域6。图3：快切装置三个切换区域示意图3.2.2 高压电动机抗“晃电”应用快切装置切换动作需要两个条件，第一，启动判据，即发生“晃电”时，需要提供给快切装置一个启动信号；第二，合上备用电源的条件，即待并的两条线路电源电压之间的相差、角差、频差满足快切装置合闸设定的条件，才能合上备用电源。在这两个条件中，启动判据最为重要，快切装置启动的越快越早为下步合上备用电

10、源抢到了时间，因此它是决定快切装置能否在“快速切换区域”合上备用电源，解决高压电动机抗“晃电”的关键。（1）选定线路光纤差动保护作为启动判据，解决内部线路“晃电”问题石化企业线路保护一般配有速断保护、过流保护、光纤差动保护等。由于光纤差动保护装置价格比较昂贵，老的石化企业较少采用，而速断保护一般又无法保护线路全线、存在死区，因此为了解决这一问题石化企业的习惯做法是采用定时限速断，由于定时限速断保护和过流保护均有一定的动作时限，一般在0.5s以上，加上开关本身4060ms的分闸时间，从而使得“低电压保护”动作时限为0.5s的高压电动机被切除，因此老石化企业传统的保护配置是抗“晃电”方面的一个薄弱

11、环节6。为了解决抗“晃电”的问题，必须要配置既能保护线路全线又无动作时限的速动保护装置即光纤差动保护来作为快切的启动判据。目前舟山石化线路均配备了线路光纤差动保护，从而解决了公司电网内部“晃电”这一问题。（2）选定电动机逆功率作为启动判据，解决外电网或外线路“晃电”问题石化企业变电所母线上一般接有大量的异步电动机，当外线路故障时电动机将会向故障点提供反馈电流，根据相关文献实测结果，厂用电母线进线入口处三相短路时反馈电流的暂态值为额定电流的5.86.9倍7。根据反馈电流的大小及反馈电流方向与正常电流方向相反的特点，便可以构成能够快速启动的逆功率启动判据，解决外电网“晃电”时快切装置的启动问题。（

12、3）选用“无流”作为启动判据，解决误操作或开关偷跳造成“晃电”的问题电气操作人员误操作拉错开关造成线路停电或者开关故障偷跳等，这类“晃电”事先没有征兆，不能通过常用的故障判断原理进行判断，因此我们必须要进行创新，通过检测进线电流“从有到无”的变化过程作为快切装置的启动判据即“无流”判据，来解决这类“晃电”的问题。综上所述，通过增加快切装置，将公司内部线路光纤差动保护作为启动判据，可以解决内部线路“晃电”的问题；利用逆功率作为启动判据，可以解决外电网或外线路“晃电”的问题；利用“无流”作为启动判据，可以解决误操作和线路开关偷跳造成“晃电”的问题，从而彻底解决了高压电动机抗“晃电”的问题。3.3

13、低压电动机抗“晃电”方案由于低压电动机的转动惯量较小，故反馈电压的衰减要比高压电动机快得多，因此即使配置了快切装置，仍有可能发生快切虽然成功动作，但母线电压已低于80%，致使低压电动机接触器释放而跳停的情况。因此低压电动机抗“晃电”不能仅仅依靠快切装置，而应结合其他综合技术措施，形成低压系统抗“晃电”综合解决方案，才能取得理想效果6。3.3.1 低压电动机抗“晃电”技术介绍低压电动机抗“晃电”技术目前在国内使用的种类很多，其主要工作原理是：第一，保持接触器在失电一定时间内而不释放；第二，使已脱扣的接触器在电压恢复后自动重合。其中属于第一类技术主要有抗“晃电”接触器、接触器延时模块、利用UPS或

14、直流电源输出给接触器线圈供电等；属于第二类技术主要有采用低压综保再起动功能和低压电动机再起动集中控制装置等。舟山石化根据实际情况和工艺需要，主要采取的抗“晃电”技术是：第一，采用低压综保再起动功能；第二，通过自主创新，对大机组辅机二次控制回路进行“增加电气互锁”技术改造。从而使低压电动机满足了工艺生产抗“晃电”的需求。3.3.2 舟山石化低压电动机抗“晃电”技术应用（1）利用低压综保再起动功能，使已脱扣的接触器待电压恢复后自动重合，达到低压电动机抗“晃电”的目的。 图4：低压电动机综保再起动二次控制原理图如图4所示，将低压综保LM的一对节点（X2:11，X2:12）引出，然后接入低压电动机控制

15、回路，构成了低压电动机再起动控制系统。同时对低压综保再起动逻辑进行编程，并设定再启动参数：再启动：ON；Ud：85%；Tm：2s；Trst：0.1s；t：0s。通过以上设置后，当系统一旦“晃电”，只要在2s内系统电压恢复到85%额定电压时，LM节点（X2:11，X2:12）即刻自动闭合，于是KM线圈得电、主回路接触器吸合致电动机再起动，达到了低压电动机抗“晃电”的目的。鉴于低压综保再起动功能无法实现电动机分批启动，它是一个群起的过程，对电网冲击较大，因此不宜设置太多，要视系统容量和工艺需求来确定最佳数量。如果因工艺原因需要设置再启动电动机的数量较大时，必须要采用低压电动机再起动集中控制装置，使

16、电动机分批启动，防止电动机群起危及电网安全稳定。表1为舟山石化低压电动机再起动设置情况表，由于数量较少，采用低压综保再起动功能就能实现这一目的。表1：舟山石化低压电动机再起动设置一览表焦化序号设备位号设备名称信号来源作用动作时状态1P1110A封油泵LM（X2:11，X2:12）P1110A再启动R3闭合2P1110B封油泵LM（X2:11，X2:12）P1110B再启动R3闭合3P6102A给水泵LM（X2:11，X2:12）P6102A再启动R3闭合4P6102A/POP6102A润滑油泵LM（X2:11，X2:12）P6102A润滑油泵再启动R3闭合5P6102B给水泵LM（X2:11，

17、X2:12）P6102B再启动R3闭合6P6102C给水泵LM（X2:11，X2:12）P6102C再启动R3闭合加氢7AC2101B反应高压空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101B再启动R3闭合8AC2101D反应高压空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101D再启动R3闭合9AC2101F反应高压空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101F再启动R3闭合10AC2101H反应高压空冷器LM（X2:11，X2:12）AC2101H再启动R3闭合11P2751A凝结水泵LM（X2:11，X2:12）P2751A再启动R3闭合12P2751B凝结水泵LM（X2:11，X2:

18、12）P2751B再启动R3闭合芳构化13P3201A重整汽液分离罐泵LM（X2:11，X2:12）P3201A再启动R3闭合14P3201B重整汽液分离罐泵LM（X2:11，X2:12）P3201B再启动R3闭合（2）对大机组辅机二次控制回路进行“增加电气互锁”技术改造，达到抗“晃电”的目的。由于大机组润滑油泵、腹水泵等辅机均配置有A/B两台，一般情况下一台运行、另一台备用，当运行电机供电系统“晃电”致使接触器释放而跳停时，大机组将会因辅机停机而联锁停机，为此我们要想办法解决大机组辅机抗“晃电”的问题。图5：大机组两台辅机之间电气互锁二次控制原理图如图5所示，将互为备用的A/B两台低压电机的

19、接触器辅助常闭触点2KM接入对方自动控制回路。正常运行时，运行电机现场操作柱上的转换开关打在“手动”位置，备用电机现场操作柱上的转换开关打在“自动”位置，当运行电机所在系统“晃电”时，如果接触器释放而跳停，则接入备用电机自动控制回路的2KM将会闭合，于是备用电机立即起动，达到抗“晃电”的目的。4 结束语针对石化企业电网及其设备运行的特点并结合高低压电动机的电磁特性，分别采取增加快切装置和运用低压综保再起动功能以及对低压电动机二次控制回路进行技术改造等综合技术措施，彻底解决了困扰石化企业“晃电”的问题，形成了一套石化企业独特的抗“晃电”综合解决方案。通过舟山石化多年来运行实践证明，此套综合解决方

20、案是有效的，能够满足石化企业连续生产的需要，在同类企业中具有借鉴意义，值得推广。参考文献1郭文武，发电机组孤网运行的解决方案J.电工技术，2016，（7）：120123.2杨金峰，白若洲，“晃电”对石化企业的影响和解决方案C.宁波：第八届全国石油和化学工业电气技术年会论文集，2007:1722.3祁 欲，炼化企业“晃电”影响分析及对策J.电气应用，2011，（3）:4447.4陈 琳，严金云，石化企业晃电影响及抗晃电措施J.电气技术，2012，（10）:7274.5金智科技股份有限公司 MFC5103工业企业电源快速切换装置技术说明书M，2011.6许洪元，石化企业抗“晃电”综合解决方案研究与应用J.电气应用，2012，（11）:4649.7高春如，大型发电机组继电保护整定计算与运行技术M，北京：中国电力出版社，2005，11.作者简介：郭文武，毕业于中南大学电气工程专业，现工作于中海石油舟山石化有限公司机械动力部，主任工程师。联系电话：，电子邮箱：。专心-专注-专业