摘要:本文介紹了在日常工作中發(fā)生電網(wǎng)波動時，石油煉化企業(yè)解決晃電問題的方法。石油煉化企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際情況，為確保低壓電動機(jī)在晃電情況下能夠正常運(yùn)行，在低壓電動機(jī)控制回路安裝了自啟動模塊，來增強(qiáng)自身對抗電網(wǎng)波動的能力。

關(guān)鍵詞：抗晃電；電動機(jī)；石油煉化；啟動模塊

1、研究背景以及意義

近幾年，蘭州石油煉化公司經(jīng)常發(fā)生電網(wǎng)波動（也稱晃電）導(dǎo)致石油煉化裝置深受影響，甚至不能進(jìn)行正常的生產(chǎn)工作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。電網(wǎng)是一個復(fù)雜的工程，自造成電網(wǎng)波動的原因也很復(fù)雜，常見的有外電網(wǎng)波動，相關(guān)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部損壞導(dǎo)致電路短路，或者電路故障等。這些因素不可人為控制，無法預(yù)料。在電路系統(tǒng)中，低壓電機(jī)是低壓供電系統(tǒng)的核心設(shè)備，交流接觸器一般用來控制低壓電機(jī)的運(yùn)作。當(dāng)出現(xiàn)意外情況導(dǎo)致電網(wǎng)波動時，系統(tǒng)電壓會變得不穩(wěn)定，不符合交流接觸器的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，接觸器電磁鐵因低電壓而失壓脫扣，停止運(yùn)行，給石油煉化裝置帶來巨大的損失，嚴(yán)重的時候甚至?xí)l(fā)生工程事故以及工作人員人身事故。

一般來說，在低壓變電所都會配備一套母聯(lián)備自投，具有一定的保護(hù)功能，當(dāng)電路設(shè)備出現(xiàn)問題的時候，例如線路中某一段電源故障或失電時，母聯(lián)斷路器會實(shí)時進(jìn)入工作階段，兩段負(fù)荷會由同一段母線承擔(dān)，使得電路系統(tǒng)重新運(yùn)行。即使如此，由于母聯(lián)設(shè)備的局限性，不能立刻投入運(yùn)行，有一個反應(yīng)時間，通常為2~3s。當(dāng)電路問題較為嚴(yán)重的時候，2~3s的時間足以使得電氣設(shè)備失常，電流紊亂，會導(dǎo)致接觸器接收到不穩(wěn)定電壓，釋放出線圈，從而使得機(jī)泵不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。綜上所述，當(dāng)電路系統(tǒng)遇到電線短路或者電壓不穩(wěn)定時，當(dāng)前的高低壓設(shè)備的保護(hù)功能不能實(shí)時發(fā)揮作用，無法有效地保護(hù)電路系統(tǒng)，進(jìn)而對整個石油煉化裝置產(chǎn)生很大的損壞，分別體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）當(dāng)母線發(fā)生異常或者電壓不穩(wěn)定時，即使備用自投設(shè)備能迅速投入使用，但由于啟用裝置以及開關(guān)進(jìn)入工作狀態(tài)均需一定的時間，因此還是會導(dǎo)致一些高低壓的電動機(jī)故障甚至停止工作，從而影響整個裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）當(dāng)受外部因素影響，線路電壓不穩(wěn)定時，只是瞬間電壓低于標(biāo)準(zhǔn)電壓的70%以下，就會立刻觸發(fā)低壓接觸器，導(dǎo)致大部分低壓電動機(jī)停止工作，從而造成生產(chǎn)中斷。此外，在蘭州石化公司，當(dāng)因?yàn)槟承┰驅(qū)е码妷夯蝿又?，如果僅依靠人工去操控電機(jī)，修復(fù)故障，這種方式在新形勢下顯然是不可取的。

2、一般的低壓電機(jī)抗晃電措施

2.1晃電后電壓恢復(fù)正常時直接自啟動

在電路系統(tǒng)中，有部分負(fù)荷要求比較高，在晃電解決之后，須立即投入使用，具有代表性的有A類負(fù)荷，包括裝置核心機(jī)組，具體運(yùn)作路徑如圖1所示：

圖1 晃電后低壓電機(jī)直接啟動控制回路圖

由圖1可見，N是整個電路系統(tǒng)右端的控制器，TA是常閉開關(guān)，而QA是常開開關(guān)，KM是電動機(jī)主回路的接觸器，KT則是斷電延時性時間繼電器，反應(yīng)時間是3s。整個回路的工作原理是：當(dāng)電路系統(tǒng)發(fā)生電網(wǎng)波動時，由于斷電延時性時間繼電器線圈低于正常電壓，其斷開與電路的接觸點(diǎn)，導(dǎo)致主電路斷開，從而電動機(jī)停止運(yùn)作。當(dāng)電網(wǎng)電壓在3s之內(nèi)變?yōu)檎ｋ妷?，斷電延時性時間繼電器的常開開關(guān)則處于閉合狀態(tài)，可以與接觸器線圈相連接，接通電路，使得電動機(jī)進(jìn)入通電階段，繼續(xù)工作。

2.2晃電后電壓恢復(fù)正常時延時自啟動

相比較A類負(fù)荷，另一類負(fù)荷不要求立刻啟動，會在電壓正常之后的一段時間內(nèi)，進(jìn)入工作，稱為B類負(fù)荷，主要是裝置重要機(jī)組，在電網(wǎng)波動后的4s，再次進(jìn)入工作階段。

B類負(fù)荷的運(yùn)行過程如圖2所示，與A類負(fù)荷電路圖不同的是，圖2中的回路多了一個KT2，也就是得電延時型時間繼電器。B類負(fù)荷的回路流程主要是：當(dāng)晃電發(fā)生時，由于電動機(jī)主回路的接觸器低于吸合電壓，其節(jié)點(diǎn)與線路斷開，導(dǎo)致主回路停止工作，從而電動機(jī)失效。當(dāng)晃電結(jié)束之后，由于斷電延時性時間繼電器的常開開關(guān)處于閉合狀態(tài)，所以斷電延時性時間繼電器與得電延時型時間繼電器均處于通電階段，電動機(jī)主回路的接觸器便處于得電狀態(tài)，構(gòu)成回路，電動機(jī)重新進(jìn)入工作。

圖2 晃電后低壓電機(jī)延時啟動控制回路圖

2.3加裝自啟動模塊令低壓電機(jī)自啟動

隨著科技的發(fā)展，加裝自啟動模塊的低壓抗晃電技術(shù)日漸成熟，并成為眾多企業(yè)使用的一種抗晃電措施。低壓電機(jī)裝上自啟動模塊之后，會在晃電發(fā)生的同時，瞬間啟動成功，使得電回路正常工作。

本文以常見的自啟動設(shè)備AIX-38作為分析對象，AIX-38設(shè)備不僅安全性高，而且安裝方便，工作量小，并且十分可靠。同時，AIX-38的體積比較小，不占用太多空間，也適用于低壓控制箱較為緊湊小巧的情況，不影響其他元件的安裝使用，AIX-38的控制原理如圖3所示：

圖3 AIX-38的控制原理示意圖

由圖3可知，AIX-38的2號節(jié)點(diǎn)為工作電壓，也擔(dān)任電路電壓輸入的判斷依據(jù)，同理，8號節(jié)點(diǎn)也是如此。而5號節(jié)點(diǎn)則是交流接觸器的自保持節(jié)點(diǎn)信號，6號節(jié)點(diǎn)與5號節(jié)點(diǎn)一樣。由這四個節(jié)點(diǎn)圍成的A部則是主繼電器的輸出部分。

在正常工作的時候，電動機(jī)主回路的接觸器的節(jié)點(diǎn)會鎖閉，持續(xù)接通機(jī)泵。當(dāng)電網(wǎng)波動的時候，若電網(wǎng)的電壓在可控時間內(nèi)穩(wěn)定下來，A部會接通節(jié)點(diǎn)，使得電機(jī)繼續(xù)工作。而電壓沒有在合理的范圍內(nèi)穩(wěn)定的話，控制系統(tǒng)會處于鎖閉狀態(tài)，不再運(yùn)作。AIX-38的工作原理是：一般而言，大部分自啟動設(shè)備包含四個變量因素，分別是UF（低電壓設(shè)定值176 V,AF（晃電允許時間10 S),DA（主繼電器再啟動時間5 s）以及UH（恢復(fù)電壓設(shè)定值220V)。

當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備正常停工的時候，電壓會變?yōu)榱?，?0 s的時間內(nèi)，重新通電，同時，此時的電壓值是一個重要參數(shù)，控制電源電壓大于176 V，則控制器不會發(fā)生變動，一般的停送電不會重啟電動機(jī)。AIX-38自啟動設(shè)備有以下幾種特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)電路中的電壓值和電動機(jī)的工作情況可以被自啟動設(shè)備監(jiān)測；

（2）如果正常運(yùn)行的電動機(jī)因?yàn)殡娋W(wǎng)波動而罷機(jī)，當(dāng)電壓可以在規(guī)定時間內(nèi)穩(wěn)定下來，電動機(jī)可以在設(shè)定好的時機(jī)內(nèi)重新啟動投入使用。

（3）在發(fā)生電網(wǎng)波動后，并沒有能夠在規(guī)定時間內(nèi)回復(fù)正常，則控制設(shè)備不會重新啟動。

加裝自啟動模塊之后，能夠讓生產(chǎn)設(shè)備在遇到晃電的時候，可以及時重新進(jìn)入工作狀態(tài)，在一定程度上，減少了因?yàn)殡娋W(wǎng)波動帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

3、安科瑞ARD3電動機(jī)保護(hù)器（帶晃電功能）的介紹

ARD3智能型電動機(jī)保護(hù)器（以下簡稱ARD3），適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動機(jī)。產(chǎn)品體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用，提高了控制回路的可靠性和自動化水平。

ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據(jù)需要選配ARD3的其他功能模塊或附件，與接觸器、電動機(jī)起動器等電器元件構(gòu)成電動機(jī)控制保護(hù)單元，有遠(yuǎn)程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領(lǐng)域。詳見圖4-圖5。

圖4 智能電動機(jī)保護(hù)器動作示意圖

圖5 過載特性曲線圖

安科瑞ARD3系列電動機(jī)保護(hù)器的功能如下：

（1）輔助電源支持AC85V～265V/DC110V～350或AC380V±10%(需另配380V電源模塊)。

（2）測量功能分為基本測量(電流參數(shù))和增選測量(電壓、功率、相序、剩余電流(漏電流))。

（3）具有起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、斷相、不平衡、剩余電流(接地/漏電)、溫度、外部故障、相序、

（4）過壓、欠壓、欠功率、過功率、tE時間等電動機(jī)綜合保護(hù)功能。

（5）9路DI無源干節(jié)點(diǎn)輸入，信號電源采用內(nèi)置DC24V電源。

（6）5路DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，軟起動等多種起動方式，通過通訊總線可實(shí)現(xiàn)。

（7）遠(yuǎn)程主站對電動機(jī)進(jìn)行實(shí)時遙控“起/停”操作。

（8）抗晃電確保電動機(jī)運(yùn)行不間斷，重起動功能在短時欠壓、失壓時用于電動機(jī)分批重起。

（9）具有標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口，采用Modbus_RTU、Profibus_DP通訊協(xié)議，保證了上位機(jī)通訊的快速可靠。

（10）具有DC4-20mA模擬量輸出接口，直接與DCS系統(tǒng)相接，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。

（11）具有系統(tǒng)時鐘和20次故障記錄功能，系統(tǒng)時鐘記錄當(dāng)前時間(日、時、分、秒)，故障記錄功能記錄故障原因。

（12）顯示部分采用全中文液晶顯示。

可以替代各種電量表、信號燈、熱繼電器、電量變送器等常規(guī)元件，減少了柜內(nèi)電纜連接及現(xiàn)場施工量，可靠性和綜合性價比遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方案。

4、結(jié)語

前些年蘭州石油煉化公司為了使煉油區(qū)供電設(shè)備的電量得到有效的保證，投資重金為大部分0.4 kV低壓電機(jī)共安裝了300多個自啟動元件。事實(shí)證明，在后來的幾次突發(fā)電網(wǎng)波動事件中，低壓電機(jī)的自啟動元件很好地完成了預(yù)計的任務(wù)，阻止了裝置低壓電機(jī)進(jìn)一步發(fā)生晃電現(xiàn)象，降低了蘭州石油煉化企業(yè)的損失，保證了企業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定，為石油煉化裝置安全工作保駕護(hù)航，成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)防晃電的目標(biāo)。