防晃电技术及其在石化行业中的应用

张风平

(中国石油兰州石化公司动力厂，兰州 730060)

石化行业特殊的生产环境对供电的可靠性有很高的要求，在生产过程中不允许电动机由于供电原因而停机。但在实际生产过程中各种设备的供电系统受内外因素的影响较多，很容易发生晃电现象，致使正在运行的装置设备停机，连续生产过程被迫中断，不仅产生废料和废气，还可能引发有毒有害物质的泄漏，造成火灾爆炸及人员中毒死亡等事故；由于石化生产工艺的特殊性，装置建立稳定的生产平衡需要很长时间(一般2～5d)，给企业造成巨大损失。

在此，详细分析晃电产生的原因及其对供电回路的影响，并对5种防晃电技术进行分析比较，最后阐述防晃电技术在某石化企业的实际应用。

由于雷击、短路、大电机直接启动、某种瞬时故障或其他原因引起电网电压大幅波动甚至短时断电，致使用电设备不能正常工作的现象俗称晃电，晃电具有不可预见性[1～3]。

在石化行业，晃电发生时由接触器控制的电机回路和其他设备会自动停车，即使供电立即恢复正常电机也不会自动启动，需由人工启动电气设备，不仅浪费时间还造成连续生产过程的中断，可能引起设备损坏、爆炸及火灾等事故。

常见的晃电现象：电压骤降、骤升，持续时间0.5个周波至1min(一般电压上升或下降的幅度是额定电压的110%～180%或10%～90%)；电压闪变，一般表现为人眼对照明异常而产生的视觉感受；短时断电，持续时间0.5个周波至3s的供电中断。

2 晃电对供电回路的影响

2.1 交流接触器

交流接触器在低压电动机回路中应用非常广泛，所占比例很大，石化行业较大一部分电机都是由交流接触器控制的。当电网发生晃电现象时，由于接触器额定电压的下降或中断，致使线圈对铁芯的吸引力小于弹簧的弹力，致使接触器释放，造成一大批电机停止工作，使连续生产过程中断，晃电现象对接触器的影响如图1所示。一般情况下，交流接触器线圈电压在降到额定电压的50%时开始抖动；降到40%或30%时接触器释放；在电压低于80%或更高的情况下，一般持续几个周期后接触器也会释放。因此，一旦电网发生晃电，就会造成接触器不同程度的释放，导致很多低压电动机回路停机。

图1 晃电现象对接触器的影响

2.2 变频装置

针对石化行业的特点，一些重要装置由于启动瞬时电压大，需采用变频器回路供电。一般轻微的晃电，会由于变频器的自身特性，在欠压或断电情况下，且逆变器是电流驱动型-GTR时，就会停止向驱动电路输出信号，使电动机处在自由的制动状态，此时变频器在很短的时间内能继续工作，对装置不会造成影响。但是，在晃电较为强烈时，且逆变器为电压驱动型-IGBT时，就会导致变频器的调速电动机停止工作。因为当负载不变时，由于电网电压的下降，电动机的电流会增加，流过变频装置的电流也增加，导致变频器热量增加，影响变频器的正常运行。

一般变频器的控制电源都采用开关电源，电网电压波动不大时，控制系统能够正常运行；电网电压波动比较严重时，由于工作电流增加或工作温度升高，导致变频器热量增加[4]，导致控制系统不能正常工作、变频器损坏同时装置停机。

3 防晃电技术分析

3.1 采用断电延时时间继电器

早期的防晃电技术通常采用的是断电延时时间继电器，在整个过程中只有电压恢复正常时时间继电器的延时功能才能启动，也就是电源恢复正常后延时触点会使电动机的整个回路接通，实现电动机的重启动。时间继电器的工作原理如图2所示。

图2 时间继电器工作原理

正常运行时按下启动按钮SB1给接触器KM线圈供电，KM线圈带电，其辅助常开触头闭合使接触器形成自锁，接触器的主触头吸合，接通主回路启动电机；同时时间继电器的线圈也带电，使并联在接触器KM自锁触头两侧的延时断开的常开触头闭合。当晃电发生时，接触器的线圈失电，辅助触头和主触头恢复到常开状态，断开主回路，时间继电器的线圈也失电。但是由于时间继电器的辅助触头延时断开，而且电机由于惯性还未完全停止，如果能在整定时间内电压恢复正常，断电延时时间继电器的延时触点就不会断开，使接触器线圈重新带电，主触头被重新接通，电动机的主回路接通，电机重启动，这就有效地防止晃电的发生。当电机正常停机时，按下停止按钮SB2，使中间继电器KA线圈带电，常开触头闭合自锁中间继电器KA，并串联在启动回路中的中间继电器的常闭辅助触头断开，使接触器迅速失电，也达到了一按即停的目的。

3.2 采用FS专门的防晃电交流接触器

晃电对于系统的影响主要取决于电源电压的下降速率和持续时间[5]。电容的作用是延缓电压的下降和上升速率，FS防晃电交流接触器是由一个延时控制模块(电容)和接触器组装而成的，延时控制模块安装在接触器侧面，与接触器构成双线圈，FS交流接触器的工作原理如图3所示。

图3 FS交流接触器工作原理

电源正常状态下，控制模块A3处于储能状态，接触器的启停与常规接触器一样。当晃电发生，电压降到接触器的维持电压以下时，控制模块开始工作，以储能释放的形式保持接触器继续吸合，其辅助触头延迟发出断开的控制信号，这样就躲过了晃电发生的时间段，当电网电压恢复后控制模块又转入储能状态；如果晃电时间段超过控制模块设定的延时时间，则接触器释放，电动机停止运行；当停止按钮SB2发出正常分闸指令时，接触器的A1与A3接通(即电容短接)，所以储存的电在按下停止按钮SB2时释放了，如此即可确保迅速可靠地停机。

3.3 采用电动机保护器自带的重启功能

电动机在各行各业中应用非常广泛，为了确保电动机的安全控制和经济运行，80%的电动机回路都采用电动机综合保护器作为保护元件。但大部分的电动机综合保护器只有保护电动机的功能，没有发生晃电后重启电动机的功能。

ST500系列综合保护器具有电机重启功能，其工作原理如图4所示。电源正常状态下，综合保护器MPD的常开触点(1DO，1COM)不动作，当发生晃电，电压降到接触器的维持电压甚至以下时，接触器脱扣，电动机停止运行；如果在重启动设定的时间内电网电压恢复，综合保护器MPD的常开触点(1DO，1COM)闭合，接触器线圈带电，电机重新启动，即可实现晃电后的重启动功能。当按下SB1正常停机按钮时，综合保护器检测到主回路有电，其常开触点(1DO，1COM)不闭合，防止了正常停机时的误动作，达到了安全防晃电的目的。

图4 带重启动功能的保护器的工作原理

3.4 采用UPS技术

UPS可在电网瞬间停电或失压后，稳定地向负载提供几秒到几十分钟不等的电能。电网电压正常时，UPS的蓄电池自动充电，保证其时刻处于容量充足的状态。

UPS是利用蓄电池以在停电和电压下降时给逆变器供电的方式实现防晃电技术，其工作原理如图5所示。UPS将外部交流电转换成直流电，再通过逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出。在停电和电压下降时则使用备用直流蓄电池给逆变器供电，可有效实现防晃电而造成的电机停运现象。

图5 UPS防晃电技术工作原理

3.5 采用AIX-3B低压电机再启动控制器

AIX-3B低压电机再启动控制器可实时监测电网电压和电机的运行状态，有效实现防晃电。当电网发生瞬间晃电时，接触器的自保持触点断开，使得现场正在运行的电机因电网晃电而停机。如果电网电压在允许的时间内恢复正常，再启动控制器的辅助触点接通，对掉电释放的接触器进行再次接通，使电机重新启动；如果电网电压没有在允许的时间内恢复正常，则闭锁程序，不再启动设备。AIX-3B低压电机再启动控制器的动作时序如图6所示，其中，T为掉电时间周期，Tm为掉电响应时间上限，如果T大于Tm则再启动控制器不动作。

图6 AIX-3B低压电机再启动控制器的动作时序

AIX-3B低压电机再启动控制器的的接线如图7所示，其中2、8脚为工作电压，同时作为电压输入判断；5、6脚引自交流接触器的自保持接点信号；AIX-3B框内的A为主继电器的输出接点，其容量为10A/250V(AC)。

图7 AIX-3B低压电机再启动控制器的接线示意图

正常情况下2、8脚带电，5、6脚常开接点不动作，当出现晃电并且在允许的时间范围内电网恢复正常，5、6接点闭合，控制器按预先设定的再启动时间启动已停止的电机。现场如有多台电机需要分批再启动，只需将AIX-3B低压电机再启动控制器设定不同再启动时间，即可实现。该控制器体积小，安装、接线方便，还可以实现分批启动，避免了同时启动对电网造成的冲击。

AIX-3B低压电机再启动控制器可对异步电动机群在电网晃电失压后，按照设定的时间对被控电动机实现快速自动再启动。晃电过程中，装置实时判断电网电压是否满足设定的启动条件，当电网条件不能满足再启动要求时，装置进入等待-检测-判断的循环程序，并进行晃电时间的计算；当电网满足启动要求，且在晃电允许的时间内，装置按照设定的时间发出再启动信号。在晃电允许时间内，电网电压没有恢复正常，将闭锁程序，不再发出再启动控制命令。

另外，AIX-3B低压电机再启动控制器的抗干扰性能好、功耗又低，故在使用过程中无需专用电源。采用密封结构使其环境适应性好，实现了使用期间的免维护。并且只需将产品并接在启动按钮和控制电源两端，原有的二次接线不需要改动。

4 防晃电技术的比较

上述几种技术都不同程度地实现了防晃电功能，其性能和优缺点比较见表1。可见，采用再启动控制器作为防晃电技术，不仅经济、可靠、安装方便且线路改造简单，而且实现了分批再启动。另外，再启动控制器的体积小，在低压抽屉式开关柜中安装方便，线路改造简单，不用更换接触器，节约了成本。

表1 五种防晃电技术的性能与优缺点比较

5 防晃电技术在石化行业中的应用

目前，中国石油兰州石化公司炼油区的关键生产装置有8套，公用工程装置8套。查阅近几年的故障统计，结果表明每次电网波动均造成系统电压降低，致使部分低压接触器脱扣，导致装置生产波动。因此，采取有效的防晃电技术将电网波动对生产的影响降到最低是必要的。为了全面掌握晃电现象对装置造成的影响，更好地进行防晃电技术的实施，分别对该公司炼油区的几套关键装置进行调查，详见表2。

表2 炼油区关键装置晃电影响调查

(续表2)

(续表2)

可以看出，晃电对石化企业关键机组的影响主要是体现在进料泵、油泵、回流泵、循环泵、鼓风引、引风机、空冷器及压缩机等设备上。这些关键设备发生晃电停机后会造成不同程度的影响，机泵作用不同造成的危害和影响也不同。

经过调研，兰州石化公司已经在炼油区几套关键装置的关键机组上配置了再启动控制器，实现设备的晃电再启动，保证连续生产的顺利进行。

6 结束语

有效降低或防止因晃电现象而引发的设备损坏和因停产而导致的经济损失，一定会催生越来越多的防晃电技术。电机再启动控制器技术是对供、配电系统故障后的补救措施之一，目的是进一步提高供、配电系统对电动机供电的可靠性。通过改造原有电动机的控制回路，对关键装置关键设备的电动机回路配置再启动控制器，实现了设备的防晃电。电机再启动控制器技术的应用，进一步提高了供、配电系统供电的可靠性，减少了装置因晃电而造成的安全和环保事故。

[1] 孙玉才,何国平.防晃电技术在石油化工企业中的应用[J].电气技术,2007,(7):73～75.

[2] 王成林，林兴华.雷电引起雷达液位计屡烧保险问题的分析[J].石油化工自动化,2014,50(3):24～26.

[3] 林洪俊.炼油厂仪表供电方案研究[J].石油化工自动化,2014,50(6):8～12.

[4] 庹友林.晃电对电动机供电回路的影响对策[J].江苏科技信息,2010,(9):51～52.

[5] 孙安民.炼化厂防晃电技术的分析及对策[J].中国科技信息,2013,(18):119.