石油化工企业抗晃电分析及解决措施李文升（青岛供电公司，山东 青岛 266002）摘摘 要：要：石油化工企业对供电系统的可靠性要求较高，但由于各种原因常常造成供电系统晃电。供 电系统晃电往往造成石油化工装置停车或局部停车，给生产造成大的损失。针对石油化工装置厂用 供电系统的特点进行抗晃电分析，提出了一些增强抗晃电能力的措施，这些措施对石油化工企业的 安全稳定运行起到了良好的作用。 关键词：关键词：石油化工企业；抗晃电；自起动电动机引言石油化工企业是以石油炼制为主的企业，具有连续性强、高温高压、易燃易爆、有毒有害的生 产性质和特点，生产所用的原料和产品全部属于易燃易爆的危险化学品，生产过程中伴有大量有毒 有害物质产生，一旦发生事故或泄漏将会对国家财产、职工生命和社会环保造成严重威胁。 所谓“晃电”是指供电系统由于雷击、短路或其他原因造成电网短时故障致使电压较大波动、 闪变甚至短时停电的一种通俗的说法。一般来讲，石油化工装置对供电系统的可靠性要求较高，但 由于各种原因常常造成供电系统晃电，致使交流接触器释放，高压电动机低电压保护跳闸。轻者造 成生产装置波动，重者造成装置停车。一旦晃电事故就会造成百万元以上巨额的经济损失。为此在 技术上尝试采用增强生产装置抗晃电能力的措施使生产装置的抗晃电能力明显增强，有效地抵御了 多起晃电事故。1 我国电网晃电造成危害的几个典型案例浙江荣盛化纤有限公司，涤纶聚酯生产线，每年进入 49 月，雷雨造成电网闪络、平均每月 23 次，由于电网闪络造成部分设备损坏、形成企业内二次闪络加大损失程度。计算下来一年平 均一条生产线损失 80200 万元，全公司八条生产线一年损失相当巨大。 山东中达化纤有限有限公司，锦纶化纤生产线，每年由支线电网造成闪络平均每月 45 次， 两个化车间 8 条生产线，每年电网闪络损失至少在 300400 万之间。 新疆乌鲁木齐石化公司炼油厂，500 万吨生产线，在冬季，有雾闪造成的直接损失几百万、每 次由于闪络，造成生产停车、从新整定设备、放流管道中的残次品等间接损失也相当重大。新疆乌 鲁木齐石化公司化肥厂、尿素生产车间、造粒喷头生产工艺、每次电网闪络、造成造粒喷头堵塞、 极大影响生产、产品合格率大大下降、直接影响农民的利益。2 晃电原因分析石化企业属于连续性生产企业，此种性质的生产企业中有大量设备在工艺流程上是不允许电动 机跳闸停机，一旦电网出现故障造成电动机跳闸停机将会造成巨大的经济损失，乃至危及人身安全， 所以石化企业对电网质量的要求很高。但在实际运行中有很多不确定因素（例如雷击、设备故障等） 对电网产生影响，使企业内的电网供电电源短时中断后又恢复供电（工厂内一般称为晃电）造成电 动机跳闸停机，这是一直困扰石化的一个技术难题。 IEEE 标准中把电网闪络(voltage sag)定义为：供电电压有效值突然下降至额定值的 10%90%，并在随后的 10ms1min 的短暂持续期后恢复正常。IEC 标准中将这一现象称之为 voltage dip，与 IEEE 标准不同之处仅在于：电网闪络中电压幅值为正常值的 1%90%。电磁式交 流接触器的动作特性：国际 IEC 标准规定、额定电压的 80%为临界可靠吸合电压。临界释放电压为 额定工作电压的 2070%，所以因“晃电”导致电磁式交流接触器不受控制而自然跳闸停机是电磁 式交流接触器原理所致。“晃电”造成跳闸停机原因：交流接触器在低压电动机控制系统中的应用非常广泛，占了相当 大的比例。由于电磁式交流接触器的工作原理特点，当电网出现晃电时，会造成电磁或交流接触器 工作线圈短时断电或电压过低，导致靠电流维持吸合的动、静铁芯吸力小于释放弹簧的弹力，使接 触器释放产生跳闸停机的重要原因。 为避免电动机跳闸停机对石化生产企业造成的严重损失，石化企业在行业标准（SH3038- 2000）中要求生产装置中设置晃电时对重要电动机的再启动装置，依靠 PLC 的逻辑判断依次重合交 流接触器投入电动机。但再启动装置有其固有的限制，具体如下：整个再启动过程花费的时间较长， 开关投切次数较多，交流接触器对所有的晃电均动作跳闸再重合，增加了控制电器的损耗。电动机 再启动的台数和启动方式（直接和分批）受变压器容量等因素制约。再启动的电动机群在启动过程 中，要求总的启动电流与其它用电设备负荷电流的总和始终不超过电源所允许的规定值，且不超过 车间配电变压器二次侧额定电流的 2 倍或事故柴油发电机额定电流的 1.1 倍。这限制了同时启动电 机的容量，需再启动的电机多时，使启动时间过长。在再启动过程中，要求母线电压不低于其他用 电设备处于正常运转的最低数值，且电动机的转矩应大于拖动机械相应转速的阻力矩。部分重荷载 电动机的重启时较困难。3 工厂外部供电系统抗晃电技术措施石化装置对供电的可靠性要求较高，其供电一般采用双电源(或多电源)供电。在进行外部供电 系统设计时最好能使两条(或多条)电源来自不同的变电站，若做到这一点有困难，至少也要使两条 (或多条)电源取自由不同变压器带的母线段，这样可以避免上级变电站一段母线出问题时造成全厂 停电。 输电线路应装设自动重合闸装置，这样瞬时性故障可以通过重合闸重合成功，使工厂停电的时 间大为缩短。 输电线路末端站应装设备用电源自投装置，并尽量缩短备投的时间，这样即使线路停电也会使 工厂停电的时间大为缩短。4 工厂内部供电系统抗晃电技术措施4.14.1 动力动力 UPSUPS 动力 UPS 的系统原理：动力 UPS（Motor Uninterruptible Power Supply），区别于市场上的 普通 UPS 系统，是基于 VVVF（变频器）及 DC-BANK（直流支撑系统）的组织架构，一套 DC-BANK 可 以同时支持多台乃至上百台电动机在电网晃电、停电时无间断工作；因此动力 UPS 是针对于低压电 动机群的理想不间断电源系统。 动力 UPS 与传统的 UPS 相比，具有众多优势，首先是设计容量更低，普通 UPS 不加变频器带电 机启动，设计容量是电机功率的 57 倍，普通 UPS 加变频器带电机起动，设计容量是电机功率的 23 倍，而动力 UPS 容量只需电机功率的 1 倍即可；其次是结构更加简单可靠，系统未用常规 UPS 向变频器提供交流电源，而动力 UPS 向变频器提供直流电源。从而减少了 AC/DC、DC/AC 两次变换， 硬件开销减少，可靠性提高。常规 UPS 整流充电器既要对电池充电，还须向逆变器提供额定直流功 率，而动力 UPS 充电器只对电池充电，其功率仅为常规 UPS 的 10%左右，成本低，可靠性高。 解决晃电灾害的成功案例：自从 1998 年为满足美国 UOP 公司和 Kellogg 公司石化生产工艺包 所需，开发第一套动力 UPS 系统以来（该系统已经连续运行 51840 多个小时，期间无任何故障）， 已为很多行业用户提供了高质量的不间断电源服务，赢得了广大客户的信赖和赞誉。巴陵石化烯烃 事业部 2007 年 10 月 15 日上午 11 点 13 分 9 秒，外部线路晃电，由于安装了动力 UPS，机组油泵 无晃停，油压无任何波动。高可靠的特性，先进的设计已经智能化的技术，使动力 UPS 系统成为工 业上电动机不间断供电保护的首选，是低压电动机群专用的不间断供电系统，特别适用于多负载连 续生产的石油化工、化纤、钢铁、玻璃等行业。4.24.2 防晃电交流接触器防晃电交流接触器 FS/E 系列防晃电交流接触器用于交流 50HZ、60HZ，额定工作电压至 1140V 的电力系统中接通 和分断电路，用于连续性生产作业线因雷击、短路重合等供电系统发生的瞬间失压、失电（俗称晃 电）保持接触器不脱扣。而操作接通.分断与常规接触器完全相同。当事故停电超过定时限时间时， 接触器脱扣，达到了躲过晃电保持连续生产不停机的目的。 FS/E 系列防晃电交流接触器不依赖辅助工作电源. 不依赖辅助工作装置，具有体积小、可靠 性高的特点。 FS/E 系列防晃电交流接触器已经在石油、化工、钢铁等企业发挥了积极作用，能有效的抵御 电源电压不稳.瞬间失压.瞬间断电，满足了高要求的连续性生产线使用。 4.34.3 永磁式延时接触器永磁式延时接触器 永磁式延时接触器工作原理： 在控制电压突然跌落到非正常工作电压时，欠压信号传输到永 磁接触器的控制电路中，控制系统对信号立即做出分析，需要延时来防止晃电事故发生时，接触器 在设定的延时时间内处于保持状态，超过设定的延时时间接触器立刻断开。 永磁式接触器解决晃电灾害的措施： 松峰永磁式延时接触器替代传统电磁接触器。通过对已 有永磁接触器的控制模块进行改进，增加相关逻辑分析电路，实现延时释放，释放时间可根据现场 要求任意设定。 解决晃电灾害的成功案例：松峰电气成功研制永磁式延时接触器，成功地解决了齐鲁石化的 “晃电”难题。 河南南阳油田采用松峰 NSFC2-45A-220V 和 NSFC2-65A-220V 断电延时 2.5s 接触器， 成功地解决了其“晃电”困难。马鞍山钢铁公司采用松峰永磁接触器 NSFC1-100、400、630 延时接 触器成功地避免了其电压不稳定造成的损失。三亚临春 110KV 变电站工程目采用松峰永磁式接触器 CJ20J-160A-220V，电压突然跌落为额定电压的 40时，跌电延时 4S，解决了其网电压波动问题。 2007 年，黄石电力采用松峰永磁接触器 NSFC2-9，DC110V，额定电压的 65可靠吸合，实现了其 低压吸合的目的。 松峰永磁式延时接触器优势。松峰永磁式接触器解决“晃电”的技术方案是在产品自身完成的， 不增设任何配件、插件等繁琐的控制装置，减少了控制电路中的故障点，提高了安全性和可靠性。 更换成本低。松峰的永磁延时接触器，是在原有接触器的控制模块中设置逻辑分析电路达到有效防 止“晃电”现象的，没有改变接触器的体积和安装尺寸。所以，客户不需要增加其它电气设备或更 改安装方式。 4.44.4 先进的应急电源切换设备先进的应急电源切换设备 美国爱默生公司的 ASCOATS 双电源自投技术的主要内容是将主风机低压两段进线断路器更新 为美国爱默生公司生产的 ASCO 双电源自动切换开关。该开关具有快速切换电源的特性，在电网某 一段晃电时，能够在 40ms 内切换至另一段。该技术和设备在主风机组的应用，打破了传统的母联 自投切换模式。“在抗晃电改造中，双电源自投技术首屈一指。 解决晃电灾害的成功案例：巴陵石化烯烃事业部 2008 年 1 月 27 日 19 时 40 分 55 秒，电网出 现晃电情形，机组油泵并未自动启动备用油泵，油压运行稳定。原因是新装的 ASCO 开关的切换速 度快，运行泵交流接触器来不及释放，应急电源已经切换并投用。主风机低压系统抗晃电功能明显 增强。该事业部针对关键电源设备没有冗余功能、主风机等三大机组抗晃电能力差、系统存在技术 和设计隐患等方面存在的问题，从 2003 年 2 月起率先在巴陵石化启动电气隐患治理工作，先后进 行 12 次抗晃电改造。关键机泵、特种电源、机组油泵、主风机低压进线、微机综合自动化系统等 方面的一系列抗晃电改造，从根本上解决了电气系统的抗晃电“瓶颈”问题。5 结语我国至今还没有电网晃电的专门标准，无论是从设备的抗干扰能力，电磁兼容，还是干扰测量 方面都是如此。在开放电力市场的背景下，电力部门和用户、用户和设备制造商之间有关电网晃电及设备抗晃电能力的合同承诺的重要性更加显著，三方均需正确认识和对待敏感度问题，建立一套 包括电网晃电的完整的电能质量标准也是非常必要的。在国内，电网晃电给电压敏感设备带来危害 的例子已时有发生，对此我们必须正确认识，未雨绸缪，防患未燃，及时开展先期理论研究和试验。 因此必须采取技术上、经济上都比较合理的措施保证这些敏感设备在发生电网晃电期间能够正常工 作以避免造成重大损失。收收稿日期：2009 年 5 月 1 日作者