浅析如何解决工厂电力系统的安全可靠性

张海平

摘 要：工厂供电系统是化工企业十分重要的组成部分，随着化工企业的快速发展，技术的不断更新和提高，对电力系统也提出更高的新的要求，如何提高供电系统的安全性、可靠性、稳定性及供电系统的质量成了电力系统所面临的新挑战。基于这样一个背景，文章将重点介绍一种能够在非正常运行状态或事故状态下快速切换的装置——TPM-300（310）无扰动稳定控制装置。该装置能够实现电力系统在正常运行状态与非正常运行状态下的快速切换功能。

关键词：电力系统；可靠性；快速切换

1 文章研究的背景和基本内容

化工、煤炭、冶金、制药等是连续生产型企业，工艺和安全生产要求流程的连续性，任何电源波动要确保交流接触器不异常释放（即确保对生产和工艺流程重要的开关不异常断开）。作为企业动力的供电系统出现异常时（如：系统晃电、保护动作、失压脱扣、开关偷跳、系统联跳等），系统应迅速断开异常的供电回路，快速投入备用电源，保证母线段供电不中断（或母线不失压或极短时间失压），即确保电气设备不因供电系统异常停止运转，确保整个工艺生产流程的连续、安全运行（即整个工艺生产流程不中断），保证整个工艺生产流程过程无任何扰动，实现系统的无扰动稳定控制。文章以神华宁夏煤业集团有限公司煤炭化学工业分公司烯烃公司甲醇制丙烯项目年产50万吨聚丙烯装置为例，介绍快速切换装置——TPM-300（310）无扰动稳定控制装置在化工企业中的具体应用。

1.1 系统存在的问题

电力系统中安装有大量的继电保护、自动装置等设备，供电网络复杂，目前由于电网庞大，受自然环境影响较大；设备多，故障的概率较高，易出现供电短时间中断现象，同时我国电网优先保证电网的稳定，因此电压等级越低，出现供电短时间中断（晃电）的概率越高，对用电企业影响越大；电网的供电回路越少，对企业影响越大。化工、冶金企业中压供电系统一般为不接地系统，但是由于系统大，系统电容电流大，虽然安装消弧线圈，但是发生单相接地后，往往迅速发展为多相短路，母线电压迅速波动；同时由于生产工艺的需要，系统中装有大容量的整流变压器，产生大量的谐波，对继电保护装置、自动控制设备造成干扰，设备故障率增加，从而造成供电系统异常波动，极易造成交流接触器非正常分开，生产工艺流程将出现中断。

1.2 解决方案

由于电网供电的稳定性很难快速得到提高，以前该企业仅能从增加进线回路数来弥补，使用2路进线，其中一路进线来自蒋家南变电站，另一路进线来自徐家庄变电站。但是，从现在系统的运行情况来看，仅从增加进线电源数量上来解决供电系统的安全、可靠性，还是不能满足企业的实际要求，因此文章提出了另一种方法，能够更好地解决上述问题，即：给供电系统增加无扰动快速切换装置。其中6kV及以上电压等级使用TPM-300系列无扰动稳定控制装置，实现电源之间的无扰动切换；400V电压等级使用TPM-310系列无扰动稳定控制装置，实现多开关之间的同期切换，确保母线电压不下降，低电压保护不起动，交流接触器不脱扣，工艺流程正常、连续、平稳运行，实现系统无扰动稳定运行。

2 快切装置的概述及实际应用

2.1 主要功能

（1）根据断路器的状态自动识别是运行于双进线的方式或是双进线加母联的方式；（2）正常情况下实现母联至进线一、母联至进线二的人工切换；（3）故障情况下实现进线一、进线二与母联之间的切换；（4）低电压、高低压侧联跳、开关偷跳、保护起动等引起的切换；（5）故障切换时起动合闸对象分支后加速保护功能；（6）串联、并联、同时三种切换方式可供选择；（7）快速、同相、残压等合闸方式；（8）断线报警；（9）装置提供保护闭锁、故障闭锁、开位异常闭锁等多种闭锁功能；（10）事故记录、打印及完善的录波功能；（11）标准的通讯方式和对时功能。

2.2 切换方式

2.2.1 运行方式

神华宁夏煤业集团有限公司煤炭化学工业分公司烯烃公司甲醇制丙烯项目年产50万吨聚丙烯装置35/6kV变电站运行方式是：双进线单母线分段运行方式，即：双进线断路器均为合闸状态，母联断路器为分闸状态（热备状态），两进线分列运行，不允许三个断路器同时合闸的运行方式。

2.2.2 切换条件

TPM系列无扰动稳定控制装置的一个重要的特性是起动后，在保证系统安全的前提下，以最短的时间进行切换，而且切换中不会对用户带来任何危险。为此，装置必须对电压的幅值、频率差、相角差满足以下条件：

Ψ<Ψmax 相角差 （1）

该相角差指母线电压和备用进线电压之间的相角差。

△f<△fmax 频率差 （2）

母线电压和备用进线电压的频率差也应确定下来。

通常的界值时1Hz，

Uby>Ubymim 备用电源电压 （3）

2.2.3 就绪条件

无扰动稳定控制装置的一个特别重要的特性是连续跟踪计算同步判据的条件。当以下条件满足时，约10秒后无扰动切换装置自动进入就绪状态。

（1）双进线加母联的配置方式

进线一/二 ——→ 母联

√母线Ⅰ段（3PT）、母线Ⅱ段（4PT）电压正常；

√1DL合、3DL合、5DL分、4DL合、2DL合。

（2）双进线配置方式

进线一 ——→ 进线二

√母线（3PT/4PT）、备用进线（2PT）电压正常；

√1DL合、3DL合、5DL合、4DL分。

進线二 ——→ 进线一

√母线（3PT/4PT）、备用进线（1PT）电压正常；

√2DL合、4DL合、5DL合、3DL分。

2.2.4 切换逻辑

根据不同的起动方式，装置有串联、同时、并联三种切换逻辑。（1）串联切换：串联切换是先分后合的切换方式。（2）同时切换：同时切换是同时对两个断路器分别发分合闸命令的切换方式。（3）并联切换：并联切换是先合后分的切换方式。

2.2.5 正常切换

正常切换指系统正常工作时，人工切换进线、母联开关。

2.3 合闸原理

2.3.1 快速合闸

在切换起动瞬间，如母线残压和备用电源电压的参数在定值范围以内则可进行快速合闸，即母线残压和备用电源电压之间的相角差、频差在定值范围之内。

2.3.2 同相合闸

首先，有故障的进线断路器应立即分闸，与其相连的用电设备上的电压按其自身的特性曲线衰减。其次，存在一系列可能满足同相合闸判据的合闸时刻点。

2.3.3 残压合闸

残压合闸指当母线电压衰减到20%-40%额定电压后实现的合闸。

3 结束语

文章介绍了一种新的解决工厂供电系统安全、可靠性的方法，即：给进线电源增加无扰动快速切换装置，无论是在正常运行状态还是非正常运行状态下都能够快速、安全、可靠的在进线一、进线二和母联三者之间进行切换，这将大大地提高了供电系统的稳定性，很好地解决了由于供电系统晃点、故障等因素导致系统电压下降，最终导致装置停车的现象。从而为企业的长满优运行提供了良好条件，同时也大大提高了企业的经济效益，为企业和地方经济的良好发展提供了保障。