防晃电技术在钢铁企业能源厂的应用探讨

林继承+赵晖+汪岩青

摘要本文介绍了电网系统晃电对钢铁厂能源生产的影响，探讨了380v及以下动力电源几种防晃电技术并介绍其在钢铁企业能源厂的应用，为解决晃电造成的电动机跳机提供参考。

关键词晃电；交流接触器；UPS；双电源切换

1晃电现象及其影响

钢铁企业能源厂主要担负着炼铁轧钢系统水、电、风、气等能源介质供应，其介质的持续稳定供应直接关系到钢铁生产的质量及生产安全，因此生产中许多低压电动机在工艺流程上是不允许跳闸停机的，一旦跳机，轻则介质压力降低，无法满足炼铁轧钢需求，形成废品，严重的将会造成介质断供，炼铁轧钢停产，甚至设备事故，给企业造成很大的损失。钢铁企业内部电网在运行中存在很多不稳定因素（例如大负荷设备启动冲击、设备短路事故等），很容易对系统电压产生影响，使内部电网电压降低幅度过大或短时中断后又恢复正常供电，导致能源厂大量风机、水泵等电动机跳机，水、风、气等介质系统压力降低或消失，影响正常的钢铁生产，造成生产损失。防晃电技术的应用将提高电气设备运行的稳定性。晃电一般是指电力系统在运行中，由于雷电波侵入、设备短路事故、电厂发电机故障、电网系统故障、大负荷设备直接起动等原因，造成系统电压瞬间大幅度升降或者短时断电又恢复正常的现象。对设备正常运行产生影响的晃电现象主要有以下几种：1）电压骤降、骤升，持续一般在1min之内，电压上升或下降至正常额定电压的110%～180%或10%～90%范围之内；2）电压闪变，电压幅值在短时内的随机变化；3）短时断电，一般持续时间在3s内的短时供电中断。钢铁能源厂电网系统晃电中电压骤降和电压短时中断占大部分，当工作电压短时中断或跌幅超过15%时，容易引起控制电机的交流接触器吸合电压不足而跳电，其控制的拖动电机就会跳机。同时晃电过程中如果电压降低幅度较大，可能会导致电机由于欠压运行而过电流，使电机热继电器保护动作，电机跳机。在电机运行由变频器调节的情况时，系统晃电可能使变频器由于过压、失压和瞬间停电等保护而停止运行。

2几种防晃电技术及其应用探讨

2.1应用防晃电交流接触器

防晃电交流接触器一般用于低压交流电力系统中控制生产拖动电机的运行，在供电系统电压发生晃电时可以保持接触器不脱扣，防晃电接触器一般不需要辅助工作电源或机械装置，正常的接通分断操作与传统接触器相同，系统故障时能够躲过晃电实现不停机的目的。防晃电交流接触器在构造上比常规接触器增设了一个延时控制器，系统电压正常时，控制器处于储能备用状态，此时防晃接触器的起停控制与常规接触器相同，电网系统晃电时，延时控制器立刻转入工作状态，释放内部储能在一定时间内来保持接触器持续吸合，防止交流接触器跳闸电机停止运行。防晃接触器保持不脱扣时间一般在0～3s内可以调整。防晃交流接触器接线原理图如图1所示。

FS防晃电交流接触器适合于低压水泵电机及高炉鼓风机辅助油泵等电机的控制，控制电机容量相对较大，不需断电自启动，较长时间欠压运行易造成过流过热动作。若是进行技术改造，改造费用相对不高，本人所在厂供水低压水泵电机及高炉鼓风机辅助电机进行防晃电改造后，已多次成功躲过系统晃电影响。但是防晃电交流接触器具有晃电时间限制，最长时间为3s，晃电超过限定时间电动机仍会跳机，并且改造时需改变控制电路，增加一条充放电回路。若供电系统稳定，晃电时间较短，或控制的电动机对跳机要求不很严格，防晃电交流接触器能较好的满足生产需求。

2.2采用UPS控制电源配合主回路双电源切换

UPS为不间断电源设备，一般为两相AC220V或3相AC380V，它可以在系统停电之后继续提供工作电源，同时可以消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，提供高质量的电源。UPS电源现已广泛应用于：工业、通讯、计算机业务等领域。随着自动化控制技术的日益推广，能源中心模式下的钢铁企业能源厂生产房所自动化程度不断提高，基于PLC现场控制的远程监控无人值守房所己成为一种趋势，为保障设备安全稳定运行，房所内均配置UPS为现场控制系统提供优质、可靠的控制电源。能源中心下的煤气加压站存在较多的煤气调节阀门，加压机前调节阀、加压站回流阀、混合站调节阀等，在线调节各种煤气的供应，我厂煤气调节阀操作机构使用的是一种液压操作机构“电油机”，它是由电机驱动的油泵液压系统，驱动电机一般为1.2kW。加压站母管回流阀电油机操作油压同加压站所有加压机的运行存在联锁，因此电油机电机的连续安全运行极为重要，系统晃电不能影响阀门调节。对此类负荷的防晃电可以利用房所内部现有的UPS资源，由于自动控制系统配备的UPS一般为二相，不能直接驱动负载电机，但可将电动机的控制回路改为UPS电源，这样系统晃电时不影响控制回路，电机不会跳闸。如果系统跳电，电机仍会停机，控制回路不跳，需要人為进行停机操作，否则来电时电机会自启动。为解决这个缺陷，可以提高主回路供电的可靠性，采用两路电源双电源自动切换为负载电机主回路供电，双电源切换装置后可以设馈出母线，为多台电机供电，系统接线方式如图2所示。

笔者所在能源厂煤气加压站调节阀驱动电机均进行了上述改造，生产中系统晃电时设备均能正常运行。这种防晃电方式利用现有资源，投资不高，但在房所全部停电时需要人为进行停机操作，否则来电时电机会自启动，而房所全部停电现象是极少发生的。在工作线路停电或欠压15%以上时，双电源切换动作，负载供电有一个短时断电现象，负载有波动现象，WHK双电源切换装置手动切换时间基本上100mS以内，自动切换将增加判断、延时环节切换时间为1s左右，基本不会影响阀门操作及控制连锁，若不能满足控制要求，自动控制系统还可以增加短暂连锁延时躲过波动。对于断电重启及瞬间断电要求不是很严格的电动机上述供电、控制方法是较好的防晃电方式。

2.3采用三相UPS供电

UPS稳定、可靠的电源品质已无需多说，理论上采用三相UPS供电作为防晃电手段是比较理想的，但在实际应用中还要考虑其他因素。首先三相UPS供电投资较高，而且UPS目前使用以工业DCS系统、通讯、邮电系统为主，直接为电机供电的情况不多。为避免电机启动对UPS的冲击，用UPS为电动机供电每台电动机应增加一台软启装置，且要将电动机的控制回路与主回路进行变更，增加对软启装置的控制，改造量较大。如不采用软启装置，UPS容量选取应躲开电机的启动电流，直接启动的电动机，启动电流是额定电流的7-10倍，UPS的容量将造成较大的浪费，并且长期的电机启动对UPS的冲击将影响使用性能。UPS的主要优点是在系统停电时能在一定的时间内继续为负载供电，但其对工作环境要求较高，抗过载及抗故障的能力较弱，单台UPS若为多台电动机供电，在其馈线回路中如发生短路事故，可能导致UPS停机，影响所带的其他负载运行。

3结论

本文讨论的几种防晃电措施各有特点，分别适应不同的情况，均能起到较好的防晃效果。应用时可以根据要保护的设备对防晃电技术要求进行选择，同时考虑设备在生产工艺中的重要程度，做到满足防晃电要求，减小晃电对生产稳定的影响，又要考虑合理的费用，避免过度投资。鉴于目前生产系统自动化集成越来越普遍，防晃电技术还可以同自动控制系统配合，在不影响生产、设备安全的情况下，将联锁时间控制躲过晃电过程，也可以较好的保护生产主设备连续稳定运行。