防晃電技術在鋼鐵企業能源廠的應用探討

林繼承+趙暉+汪巖青

摘要本文介紹了電網系統晃電對鋼鐵廠能源生產的影響，探討了380v及以下動力電源幾種防晃電技術并介紹其在鋼鐵企業能源廠的應用，為解決晃電造成的電動機跳機提供參考。

關鍵詞晃電；交流接觸器；UPS；雙電源切換

1晃電現象及其影響

鋼鐵企業能源廠主要擔負著煉鐵軋鋼系統水、電、風、氣等能源介質供應，其介質的持續穩定供應直接關系到鋼鐵生產的質量及生產安全，因此生產中許多低壓電動機在工藝流程上是不允許跳閘停機的，一旦跳機，輕則介質壓力降低，無法滿足煉鐵軋鋼需求，形成廢品，嚴重的將會造成介質斷供，煉鐵軋鋼停產，甚至設備事故，給企業造成很大的損失。鋼鐵企業內部電網在運行中存在很多不穩定因素（例如大負荷設備啟動沖擊、設備短路事故等），很容易對系統電壓產生影響，使內部電網電壓降低幅度過大或短時中斷后又恢復正常供電，導致能源廠大量風機、水泵等電動機跳機，水、風、氣等介質系統壓力降低或消失，影響正常的鋼鐵生產，造成生產損失。防晃電技術的應用將提高電氣設備運行的穩定性?；坞娨话闶侵鸽娏ο到y在運行中，由于雷電波侵入、設備短路事故、電廠發電機故障、電網系統故障、大負荷設備直接起動等原因，造成系統電壓瞬間大幅度升降或者短時斷電又恢復正常的現象。對設備正常運行產生影響的晃電現象主要有以下幾種：1）電壓驟降、驟升，持續一般在1min之內，電壓上升或下降至正常額定電壓的110%～180%或10%～90%范圍之內；2）電壓閃變，電壓幅值在短時內的隨機變化；3）短時斷電，一般持續時間在3s內的短時供電中斷。鋼鐵能源廠電網系統晃電中電壓驟降和電壓短時中斷占大部分，當工作電壓短時中斷或跌幅超過15%時，容易引起控制電機的交流接觸器吸合電壓不足而跳電，其控制的拖動電機就會跳機。同時晃電過程中如果電壓降低幅度較大，可能會導致電機由于欠壓運行而過電流，使電機熱繼電器保護動作，電機跳機。在電機運行由變頻器調節的情況時，系統晃電可能使變頻器由于過壓、失壓和瞬間停電等保護而停止運行。

2幾種防晃電技術及其應用探討

2.1應用防晃電交流接觸器

防晃電交流接觸器一般用于低壓交流電力系統中控制生產拖動電機的運行，在供電系統電壓發生晃電時可以保持接觸器不脫扣，防晃電接觸器一般不需要輔助工作電源或機械裝置，正常的接通分斷操作與傳統接觸器相同，系統故障時能夠躲過晃電實現不停機的目的。防晃電交流接觸器在構造上比常規接觸器增設了一個延時控制器，系統電壓正常時，控制器處于儲能備用狀態，此時防晃接觸器的起?？刂婆c常規接觸器相同，電網系統晃電時，延時控制器立刻轉入工作狀態，釋放內部儲能在一定時間內來保持接觸器持續吸合，防止交流接觸器跳閘電機停止運行。防晃接觸器保持不脫扣時間一般在0～3s內可以調整。防晃交流接觸器接線原理圖如圖1所示。

FS防晃電交流接觸器適合于低壓水泵電機及高爐鼓風機輔助油泵等電機的控制，控制電機容量相對較大，不需斷電自啟動，較長時間欠壓運行易造成過流過熱動作。若是進行技術改造，改造費用相對不高，本人所在廠供水低壓水泵電機及高爐鼓風機輔助電機進行防晃電改造后，已多次成功躲過系統晃電影響。但是防晃電交流接觸器具有晃電時間限制，最長時間為3s，晃電超過限定時間電動機仍會跳機，并且改造時需改變控制電路，增加一條充放電回路。若供電系統穩定，晃電時間較短，或控制的電動機對跳機要求不很嚴格，防晃電交流接觸器能較好的滿足生產需求。

2.2采用UPS控制電源配合主回路雙電源切換

UPS為不間斷電源設備，一般為兩相AC220V或3相AC380V，它可以在系統停電之后繼續提供工作電源，同時可以消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質量，提供高質量的電源。UPS電源現已廣泛應用于：工業、通訊、計算機業務等領域。隨著自動化控制技術的日益推廣，能源中心模式下的鋼鐵企業能源廠生產房所自動化程度不斷提高，基于PLC現場控制的遠程監控無人值守房所己成為一種趨勢，為保障設備安全穩定運行，房所內均配置UPS為現場控制系統提供優質、可靠的控制電源。能源中心下的煤氣加壓站存在較多的煤氣調節閥門，加壓機前調節閥、加壓站回流閥、混合站調節閥等，在線調節各種煤氣的供應，我廠煤氣調節閥操作機構使用的是一種液壓操作機構“電油機”，它是由電機驅動的油泵液壓系統，驅動電機一般為1.2kW。加壓站母管回流閥電油機操作油壓同加壓站所有加壓機的運行存在聯鎖，因此電油機電機的連續安全運行極為重要，系統晃電不能影響閥門調節。對此類負荷的防晃電可以利用房所內部現有的UPS資源，由于自動控制系統配備的UPS一般為二相，不能直接驅動負載電機，但可將電動機的控制回路改為UPS電源，這樣系統晃電時不影響控制回路，電機不會跳閘。如果系統跳電，電機仍會停機，控制回路不跳，需要人為進行停機操作，否則來電時電機會自啟動。為解決這個缺陷，可以提高主回路供電的可靠性，采用兩路電源雙電源自動切換為負載電機主回路供電，雙電源切換裝置后可以設饋出母線，為多臺電機供電，系統接線方式如圖2所示。

筆者所在能源廠煤氣加壓站調節閥驅動電機均進行了上述改造，生產中系統晃電時設備均能正常運行。這種防晃電方式利用現有資源，投資不高，但在房所全部停電時需要人為進行停機操作，否則來電時電機會自啟動，而房所全部停電現象是極少發生的。在工作線路停電或欠壓15%以上時，雙電源切換動作，負載供電有一個短時斷電現象，負載有波動現象，WHK雙電源切換裝置手動切換時間基本上100mS以內，自動切換將增加判斷、延時環節切換時間為1s左右，基本不會影響閥門操作及控制連鎖，若不能滿足控制要求，自動控制系統還可以增加短暫連鎖延時躲過波動。對于斷電重啟及瞬間斷電要求不是很嚴格的電動機上述供電、控制方法是較好的防晃電方式。

2.3采用三相UPS供電

UPS穩定、可靠的電源品質已無需多說，理論上采用三相UPS供電作為防晃電手段是比較理想的，但在實際應用中還要考慮其他因素。首先三相UPS供電投資較高，而且UPS目前使用以工業DCS系統、通訊、郵電系統為主，直接為電機供電的情況不多。為避免電機啟動對UPS的沖擊，用UPS為電動機供電每臺電動機應增加一臺軟啟裝置，且要將電動機的控制回路與主回路進行變更，增加對軟啟裝置的控制，改造量較大。如不采用軟啟裝置，UPS容量選取應躲開電機的啟動電流，直接啟動的電動機，啟動電流是額定電流的7-10倍，UPS的容量將造成較大的浪費，并且長期的電機啟動對UPS的沖擊將影響使用性能。UPS的主要優點是在系統停電時能在一定的時間內繼續為負載供電，但其對工作環境要求較高，抗過載及抗故障的能力較弱，單臺UPS若為多臺電動機供電，在其饋線回路中如發生短路事故，可能導致UPS停機，影響所帶的其他負載運行。

3結論

本文討論的幾種防晃電措施各有特點，分別適應不同的情況，均能起到較好的防晃效果。應用時可以根據要保護的設備對防晃電技術要求進行選擇，同時考慮設備在生產工藝中的重要程度，做到滿足防晃電要求，減小晃電對生產穩定的影響，又要考慮合理的費用，避免過度投資。鑒于目前生產系統自動化集成越來越普遍，防晃電技術還可以同自動控制系統配合，在不影響生產、設備安全的情況下，將聯鎖時間控制躲過晃電過程，也可以較好的保護生產主設備連續穩定運行。