生产中应对电网闪络的措施

吴 征,傅志军,喻支乾,王 东,沈明昌

(中国石化催化剂齐鲁分公司,山东 淄博 255300)

1 选题理由

电网闪络一直以来是电网运行的一个顽疾，影响企业安全生产的一大隐患，特别是对以高温高压、易燃易爆、连续性非常强为特点的化工生产来说更是一个不定时的“炸弹”。

中石化催化剂齐鲁分公司是一家炼油催化剂专业生产基地，多年来深受电网闪络之害。闪络发生时，虽然时间非常短暂，只有几十毫秒到几秒的时间，但是不但造成了供电中断、设备停运、全厂停产，而且对焙烧炉、空压机等重特大设备造成的损失将是无法挽回的。因此选择了《生产中应对电网闪络的措施》这一题目，结合公司的实际，进行技术攻关，提出并实施了几项应对措施，在实际生产工作中取得了较好的成效，把电网闪络造成的损失降到了最低。

2 电网闪络的概念

电网闪络，亦称为"电网晃电"，广义上讲就是电网电压的幅值在某一时刻突然偏离正常工作范围，但经过很短的一段时间又恢复到正常水平的现象。

目前，多数文献都用电压下降的幅值和持续的时间作为描述电网闪络的特征量，但对幅值大小和持续时间的界定范围还没有形成统一的标准。例如，在IEEE(美国电气与电子工程师协会)电能质量标准中对电网闪络时电压下降的幅值特征量的界定范围是幅值标幺值在0.1～0.9之间，持续的时间为半个周期到六十秒；而IEC(国际电工委员会)标准则用闪络前后电压的差值与正常电压的百分比来描述电压下降的深度，持续的时间限定为半个周期到几十秒。

此外，有的文献把电压相位偏移角和发生频率也作为描述电网闪络的特征量。

3 电网发生闪络的原因分析

3.1 电网自身故障引发闪络

发电厂故障、变压器故障、系统接地故障、变电站故障等等，电网系统组成部分的每一个环节发生严重的故障，都会造成电网瞬间失压而发生闪络。

这个原因在电网闪络中所占的比例相当大，因此，只有提高电网系统整体运行的可靠性和运行质量，才能在一定程度上遏制闪络现象的发生。

3.2 天气原因引发闪络

雷雨天气，线路落雷，造成雷击；大雾天气，湿度太大，绝缘子会因污尘太多而发生对地放电造成污闪；冰冻灾害，造成绝缘子结冰而形成冰闪；暴风骤雨更容易造成线路放电、短路等事故的发生。据统计，天气原因造成的闪络持续时间长、发生的频率高、造成的破坏大，是闪络发生的又一重要原因。

3.3 大负荷启动引发闪络

在电网容量和变压器容量没有足够大时，大功率异步电动机、大容量炼钢电弧炉等的突然启动时，伴随着电流的严重畸变也会导致该负荷所连接母线的电压发生突然下降而引发闪络。

3.4 人为因素引发闪络

因操作不当、违章作业，带负载拉合负荷开关或开关小车造成弧光短路，操作设备错误触及带电体造成的线路接地或短路故障等而引发的闪络[1]。

4 电网闪络对公司生产造成的危害

针对我公司的设备状况，电网闪络造成的危害主要有以下几个方面：

(1)发生电网闪络后，400V低压系统因空气断路器失压保护动作而造成全部低压配电室停电，全公司停电停产，整个配电系统和生产系统恢复所用的时间比较长，造成的损失非常大。

(2) 用于分子筛、催化剂制造的转筒式焙烧炉，是公司的关键设备，一旦在正常运转时突然停电，如果盘车不及时，转筒就会因高温而变形弯曲，导致整座焙烧炉的报废。目前，公司在运的造价上千万元的焙烧炉有十几条。

(3) 提供仪表风、生产风的空气压缩机对冷却水的要求非常高，不用说停水，就是压力低于某一定值就会停车。电网闪络会造成冷却水泵停运，冷却水供应中断，其连锁反应就是空气压缩机停车，全公司停产。

5 应对电网闪络的具体措施

电网闪络的一大特点就是持续的时间一般比较短，只有几十毫秒到几秒，那么就可以考虑采取一定的措施，让空气断路器、接触器、变频器等电气设备在闪络发生时不跳闸，或者是即使在闪络发生时跳闸了，但在电压恢复后这些设备能够自行恢复运行，对现有的电器设备进行技术改造，使其具有防闪络的功能，包括：

5.1 解除空气断路器的欠压脱扣器

正常运行时，欠压脱扣器由于它的电磁线圈是并联在主回路上的，在规定的正常电压范围内使衔铁吸合，同时克服弹簧的拉力。当电路出现故障，电压降低时(通常为额定电压的70%以下)吸力减小，衔铁被弹簧拉开并撞击脱口杠杆，使锁扣脱口，主触头在蓄能弹簧的作用下迅速分断电路。

电网闪络时，电网电压迅速降低，欠压脱扣器动作，空气断路器跳闸，线路失电。

公司各配电室的进线断路器、对各分支配电室供电的出线断路器，现在新老型号都有，包括DW15、DW17、NA1等型号，它们都具有欠压脱扣保护功能。电网闪络时此保护功能立即执行，造成公司整个400V低压配电系统全部掉电的情况发生过多次。

为此，对此做了专门的论证，结论是：公司6kV供电系统有完备的短路、对地、缺相、过载等保护功能，这些保护功能完全可以保护到400V低压系统。而400V低压系统上的欠电压保护功能的实际作用并不大，而且在发生电网闪络故障时还会起到相反的作用——不该分断电路的时候把电路分断了，造成整个低压系统失电。鉴于此解除空气断路器的欠压脱扣器是非常必要的。

需要解除欠压脱扣器的空气断路器包括：各配电室的进线断路器、给各分支配电室供电的出线断路器。以此防止电网闪络时断路器动作，从而保证各低压配电室的正常供电。另外，在新配电室的设计和建造时直接使用不带欠压脱扣装置的空气断路器。

采取这项措施后，虽然近几年来又发生了多次闪络故障，但各配电室均保持了正常供电，电网闪络对400V低压配电系统的影响基本得到了解决。

5.2 利用变频器的来电再起动功能防止焙烧炉等重要设备因闪络而停车

公司所有的焙烧炉转筒电机均采用变频器控制。

在正常运行的状况下，发生瞬间失压或欠压时变频器会立即停止输出，欠压保护动作。不管时间长短，即使只有几十毫秒的时间，要重新开车，必须首先对变频器进行手动复位，在现实情况下，这需要很长时间，对焙烧炉这样重要设备的影响是非常大的。

解决这一问题的方法就是设定变频器的来电在起动功能(亦称为瞬时停电再起动功能)，瞬时停电后，该功能维持，当电源恢复时，该功能与电流限制功能同时作用，使所带异步电动机平滑加速再起动。

例如：明电舍VT230S系列变频器需要将功能码C08-0设定为3；日本亚库都电机工业株式会社生产的德林森MDLS230系列变频器，应将功能码P1.13设定为1。

采取这项措施后，在近几年来发生的多次闪络故障中，焙烧炉、风机、成胶釜、泵等用变频器控制的设备没有停运，达到了预期的效果。

5.3.1 采用带空气延时头的接触器

原理是，空气延时头上的延时断开触点并联在接触器自保触点上，当电源发生闪络时，接触器线圈首先因失压而释放，空气延时头开始工作，在延时没有完成之前电源恢复供电，并联在接触器自保触点上的延时断开触点会自动起动接触器，从而使所带的异步电动机恢复运行状态。

例如，正泰公司生产的NC1、NC2系列低压接触器就可以采用积木式安装方式加装空气延时头。

但是，采用这种方式带来的问题就是，正常停车时，需要长时间按停止按钮，以躲过延时时间。因此，空气延时头设定的时间不宜过长，可以设为3秒左右，但最多不要超过5秒，否则会给停车操作带来很大的不便。

公司首先在催化剂一车间的六台喂料泵上应用了该系列接触器。同样在安装后发生的几次电网闪络后，喂料泵没有停止运行，取得的效果还是比较好的。

5.3.2 采用FS/E防晃电接触器

FS/E系列防晃交流电接触器用于交流50～60HZ，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时供电系统发生晃电而保持接触器不脱扣。当事故停电时间超过设定时间时，接触器脱扣。0～3.0秒间调整接触器的延时脱扣时间，出厂默认时间为1.5秒。

FS/E接触器的电气接线应按照 图1进行，当出现接线错误，晃电保护将不能正常工作。(A2必须接零线)

图1 FS/E接触器的电气接线

其工作原理是：FS/E接触器是一个双线圈结构，电源正常状态下，控制模块处于储能状态，接触器的启动和停止与常规接触器一样，当有“晃电”发生，使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。当电源电压恢复后，控制模块又转入储能状态。

FS/E防晃电接触器用于公司二级泵房冷却水泵和工业水泵的控制后，再没有因电网闪络而停运过，从而保证了空压机的冷却水供应和工业用水供应，确保了生产装置的正常运行。

5.4 及时更新DCS控制系统的UPS电源

随着科技发展，技术进步，DCS在自动化生产中起到了至关重要的作用，为保证DCS在电网闪络时运行正常，UPS电源及时在线供电是关键，因此要及时更新UPS电源的控制系统和蓄电池，保证其具有高可靠性，从而确保DCS控制系统的安全运行。

6 结束语

同一设备对于不同类型的电网闪络的反应是不尽相同的，以上所列的应对电网闪络的措施，只是针对我们企业的实际情况提出的。不同的企业因所处的电网不同、所用的生产装置不同、在运的电气设备不同，其应对电网闪络的措施也应当是不同的，要因地制宜的制定出适合本企业的应对措施。

用电企业只能是在自己的设备上采取一些措施，应对电网闪络。要预防电网闪络的发生，则需要发、供电单位采取积极的措施，从源头上预防和减少发、供电环节上事故的发生，提高电网系统整体运行的可靠性。