基于DCS的电动机抗“晃电”技术研究与应用

甘本德 张季萌 李永飚

基于DCS的电动机抗“晃电”技术研究与应用

甘本德1张季萌2李永飚2

(1.中国联合水泥集团公司南阳分公司 河南南阳474250；2. 河南工业职业技术学院 河南南阳473009)

随着水泥生产线的规模越来越大，晃电对生产的影响也越来越大。晃电会导致连续生产过程发生紊乱，并有可能造成严重的生产及设备事故。针对“抗晃电”技术在水泥生产中未见报道，目前水泥生产线的电控系统对“晃电”造成生产中断应对措施考虑不多的现状，介绍了在国内外的其他连续性生产行业中普遍采用专门的抗晃电继电器和抗晃电交流接触器来解决晃电问题，并对电动机晃电时的各种参数和晃电故障类型进行了分析。通过对现场电动机控制线路的分析，针对不同的控制线路，在修改了相应的DCS控制程序之后，实现了电动机“晃电”后自起动，从而避免了因“晃电”引起熟料生产的中断，找到了一种解决新型干法水泥生产线“抗晃电”经济可靠的方案。

集散控制 抗晃电 技术研究 应用

电源“晃电”是指电网电压瞬时跌落、在1.5 s时间之内又恢复正常的现象。“晃电”一般是由于电网遭受雷击、对地短路、发电厂故障及其它内外部故障原因造成的电网短时故障，引起电网电压短时间内大幅度波动，甚至产生短时间断电的现象[1-3]。

“晃电”虽然持续时间比较短，但是仍会引起连续生产的中断。以干法水泥生产系统为例，现在的水泥生产系统大多采用集散控制系统(DCS)，生产装置的规模越来越大，连锁要求越来越高，临停一次损失很大，而且恢复正常生产时间较长，对生产质量、能耗和安全生产造成较大的不利影响。因此，生产线应尽量减少和消除“晃电”的影响就显得十分必要，而现在水泥生产线的电控系统对“晃电”造成生产中断考虑不多。由于“晃电”引起的临停时有发生，针对生产实际面临的情况探索了一种“抗晃电”的方法[4-7]。

1 电气控制系统简述和晃电引起的临停分析

1.1 水泥生产线的电动机控制类型

水泥生产线的电动机控制一般有直接启动、软启动、变频控制、绕线电动机转子回路串电阻启动等几大类。设有机旁、控制柜、中控控制方式，在正常生产时，一般用中控控制；主回路采用交流接触器或断路器控制。交流接触器依靠电磁力吸合，其吸合保持大致的要求是：电压不小于额定电压的45％，或者失压时间不大于60 ms；断路器依靠合闸命令和分闸命令控制，一般采用机械保持。

1.2 晃电时电动机参数分析

根据电动机实际运行情况分析，假设电网容量不变，晃电故障持续时间分别为0.5～2 s，各参数随晃电故障持续时间变化而变化的情况如图1所示。在图1中，为晃电故障持续时间；为电动机由晃电发生到重新稳定运转时间；Δd1为晃电故障发生电动机转速变化的幅度；Δd2为晃电故障结束时电动机转速突然变化的幅度[8]。经过分析，各参数变化见表1。

图1 各参数随晃电故障持续时间变化情况

表1 参数变化表

晃电持续时间相关参数 Δnd1Δnd2T t ↑—↑↑

1.3DCS系统中的电动机控制

中控控制回路一般如图2所示。在图2中，RD为备妥信号，表示设备处于中控控制状态，DCS可以启动；RUN为运行信号，表示设备的运行状态；CMD为驱动信号，是DCS系统发出控制电动机运行或停止的驱动命令。

图2 DCS系统中的电动机控制示意图

DCS系统监控和控制设备需要通过采集设备信号，根据程序及操作员指令执行相关的动作[9]。电动机(风机)DCS控制流程如图3所示。

图3 电动机(风机)DCS控制流程图

2 “抗晃电”技术分析

根据交流电动机的运行特性分析，短时断电对电动机转速影响非常小。在电网电压恢复正常后，立即恢复电动机运行是完全可行的，而且启动的冲击电流较小(接近额定电流)，从而保障了重要动力负荷运行的安全性和连续性。

水泥熟料生产线采用的DCS控制系统都配备了UPS电源。利用DCS系统已有硬件和丰富的软件指令，结合具体的电动机控制回路，利用电动机自启动技术通过程序屏蔽掉由于“晃电”引起的备妥、运行信号丢失，或由于“晃电”引起的接触器脱扣后能自动吸合，从而有选择地实现在“晃电”后关键设备的自启动(修改后的电动机(风机)DCS控制流程如图4所示)。即电网电压超低和断电时间小于整定时间时，只要电网电压恢复正常，电动机将自动恢复原运转状态。断电超过整定时间时，电动机不能自动恢复运行，需按常规进行人工重新启动。从而保障了重要动力负荷运行的连续性和安全性。

3 “抗晃电”的实施

根据上面的技术思路，结合水泥熟料生产线的工艺特点和具体控制回路，对生产线中的电动机控制系统进行改造。

3.1 关键工艺设备选择

根据对工艺和电动机控制特点分析，选择高温风机、尾排风机、分解炉流态化风机、窑尾供料系统、分解炉煤粉供给系统、蓖冷机充气凉风机、鱼骨供风风机、HE组件风机和一室风机控制系统作为重点改进设备。

3.2 具体实施

3.2.1 中压电动机DCS程序分析

对于起停信号为脉冲信号的中压电动机(高温风机、尾排风机)，主回路采用了断路器。当“晃电”发生时，只要保证在设定的时间内DCS系统不发驱停命令，低电压跳闸时间大于允许晃电持续时间，同时适当调整过流二段时间。对DCS程序进行修改：屏蔽掉由于晃电发生引起的备妥和运行信号丢失而引起的DCS发出停止命令即可。

3.2.2 低压电动机软启动类DCS程序分析

起停信号为脉冲信号低压软启动类电动机，如分解炉流态化风机、分解炉喂煤罗茨风机、HE组件风机、一室风机，控制原理同中压电动机，需屏蔽掉由于“晃电”发生引起备妥、运行信号丢失而引起的DCS发出驱停命令，同时把驱开命令改为常驱命令信号。当“晃电”引起低压接触器释放，短时间电压恢复正常，而负载(风机类）没有完全停止运行。由于DCS驱动命令一直存在，接触器自动吸合，实现电动机自启动[10]。

3.2.3 低压电动机直接启动类DCS程序分析

启动信号为长驱的低压电动机直接启动类(喂料系统、煤粉计量系统、充气梁风机、鱼骨风机)。当“晃电”发生时，低压接触器脱扣，只要屏蔽掉“晃电”引起的备妥、运行信号丢失而引起撤销启动命令即可。这样当电压恢复正常时，由于合闸回路常通，接触器就自动吸合，实现电动机自启动。程序修改部分基本和中压电动机控制相同，只是把备妥、运行加延时处理即可。

3.2.4 其他措施

对窑尾、窑头配电系统车间的低压出口断路器失压回路拆除，以防止“晃电”时低压断路器跳闸，保证窑系统的低压电源不会有大的间断。同时，要保证其余非关键设备能在晃电发生时及时切除，保证关键设备自启动时不至于冲跳上级供电系统。

4 结语

在上述方案实施之后，经过近两年的运行，3 000 t/d熟料生产线没有发生一次因“晃电”而引起的生产过程中的断电，达到了预期效果。利用该方案对原控制系统不需要进行大量的硬件改造，利用目前的DCS系统灵活的软件控制功能即可实现，进行有选择性的电动机自启动，这是一种经济可行的“抗晃电”技术方案。同时，通过采用该方案，可以有效地避免由于干扰或中间继电器接触不良引起的备妥和运行信号丢失而造成设备的误跳。

[1] GB/T 12325-2003供电电压允许偏差[S].

[2] GB/T18481-2001暂时过电压和瞬态过电压[S].

[3] GB/Z17625.3-2000对额定电流大于16 A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制[S].

[4] FranciscoC.De.La.Rosa(美).电力系统谐波[M].北京:机械工业出版社,2009.

[5] Christophe Preve(法).电网保护[M].北京:机械工业出版社,2010.

[6] Alexander Kusko,Marc T.Thompson.电力系统电能质量[M].北京:科学出版社,2009.

[7] 王显平.电力系统故障分析[M].北京:中国电力出版社,2009.

[8] 林抒毅,许志红.基于的晃电故障分析[J].低压电器,2010(10):43-47.

[9] 方康玲.过程控制与集散控制系统[M].北京:电子工业出版社,2009.

[10] 赵众,冯晓东,孙康.集散控制系统原理及其应用[M].北京:电子工业出版社 ,2007.