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電動機保護器在化工行業抗晃電中的應用

  2015-01-24

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  王志南1 趙波2

  (1. 中國寰球工程公司遼寧分公司,遼寧 撫順 113006)

  (2.安科瑞電氣股份有限公司,上海 201801)

  摘要

  介紹目前常用的抗晃電措施,著重介紹使用電動機保護實現抗晃電的方法。

  關鍵詞

  ARD;電動機保護器;抗晃電;JB/T 10736

  0 引言

  “晃電”指的是電網因雷擊、對地短路、重合閘、設備起動、發電廠故障及其他原因造成電網電壓短時失壓、電網電壓短時大幅度波動、短時斷電數秒等的電能質量事件。化工企業對系統供電可靠性的要求較高,一旦出現供電系統晃電,會引起保護設備欠壓誤保護、生產設備意外停機,致使生產線癱瘓、事故擴大,導致非常大的經濟損失,甚至對操作人員的安全構成威脅。

  1常用的抗晃電的措施

  1.1 UPS抗晃電系統

  DCS、PLC等控制系統的工作電源由UPS電源接入,實現抗晃電的目的。在線式UPS 工作原理如圖1 所示,電網正常工作時,給負載供電,同時給儲能電池充電;當市電欠壓或突然掉電時,UPS電源開始工作,由儲能電池給負載供電。

  圖1 在線式UPS工作原理

  系統發生晃電時,接觸器的線圈依靠UPS供電正常工作,保持主觸頭的吸合,避免晃電造成電機停機;當母線失電超過一定的時間后,根據二次控制部分設定的時間斷開輸出,避免電壓恢復后事故的發生。其控制接線圖如圖2 所示。

  圖2 UPS控制接線圖

  1.2 DC-BANK 抗晃電系統

  變頻器抗晃電有如下方法:

  (1)取消變頻器低壓保護設置,設置快速重起動。該方法缺點是關鍵電機的停止、重起會影響生產的連續性和造成次品增加,另外低壓往往會表現為變頻器的過流保護,而取消過流保護會增加變頻器本身損壞隱患,因此,這種方式在連續性生產要求較高的石化企業很少使用。

  (2)DC-BANK系統,主要應用于變頻電機和PLC/DCS 供電系統。電網正常時變頻器由交流母線供電,DC-BANK 系統處于熱備狀態;電網晃電或備自投切換時,電網電壓下降,轉換成由DC-BANK 向變頻器的直流母線供電,變頻器保持正常工作。其工作模式如圖3,單臺控制邏輯圖如圖4 所示。

  圖3 DC-BANK系統工作模式

  圖4 DC-BANK系統單臺控制邏輯

  1.3 電動機的抗晃電措施

  交流接觸器廣泛使用于低壓電動機控制系統中,常用電機控制電路如圖5 所示,晃電發生后接觸器斷開,會使電動機停轉。

  圖5 電機控制電路

  電動機抗晃電主要為接觸器抗晃電,交流接觸器的抗晃電方法:

  (1)采用抗晃電接觸器(具有延時釋放/避開彈跳區的接觸器),晃電出現時接觸器不立即釋放,也不工作在臨界彈跳區,其安裝接線如圖6所示。

  圖6 抗晃電接觸器接線圖

  (2)在原有的交流接觸器上增加延時模塊,控制電路如圖7 所示。

  圖7 增加延時模式的控制電路

  (3)加裝再起動控制器,起動控制線路如圖8 所示。

  圖8 加裝再起動控制器的控制線路

  (4)使用帶有抗晃電功能的電動機保護器。電動機保護器具有過載、斷相、不平衡、堵轉、阻塞、起動超時、過壓、欠壓、接地、漏電等保護功能;具有電流測量、電壓測量、頻率測量、功率測量等測量功能;具有起動控制、抗晃電功能、失壓重起等控制功能;具有4-20mA DC變送輸出,MODBUS、PROFIBUS通訊功能。安科瑞ARD系列電動機保護器抗晃電控制回路(保護模式)見圖9所示。

  圖9 ARD系列電動機保護器抗晃電控制回路(保護模式)

  工作原理如下:95-96接點作為保護接點,保護器上電后處于常閉狀態,當出現故障或輔助電源斷電后變為常開狀態;7-8接點同起動按鈕SB2并聯,出現晃電后7-8吸合維持控制回路處于起動狀態,電壓瞬間后可執行重起功能。

  采用直接起動方式的抗晃電控制原理如圖10所示,95-96接點功能同圖9,7-8接點為起動控制繼電器,保護器接收到SB1發出點動起動信號后,7-8吸合并自保持,接觸器KM線圈得電接通電機主回路;保護器接收到SB2發出點動停止信號后,7-8輸出斷開,接觸器KM線圈失電,斷開電機主回路;發生晃電后,線圈KM失電,電機主回路被切斷,保護器根據晃電時間長短自動選擇執行“立即重起動”,“分批延時自起動”或“禁止起動”。

  

  圖10 采用直接起動方式的抗晃電控制原理

  電動機保護器行業標準(JB/T 10736)中對抗晃電(失壓重起)功能描述要求:“具有欠電壓(失壓)重起動保護功能的保護器,因主電路欠電壓故障或失壓停車,若在“立即重起動時間”內電壓恢復至正常(允許重起動設定值以上)時,保護器可使電動機立即恢復至電動機停車前的運行狀態(不經過起動延時、降壓等過程);若超過“立即重起動失壓時間”而在“延時重起動延時時間”設定時間內,電壓恢復至欠電壓(失壓)重起動設定值以上,則電動機按“延時重起動延時時間”延時起動(與正常起動的過程相同),延時時間允許誤差為±10%;若超過“延時重起動延時時間”后電壓恢復,則電動機不再自動重起動,恢復電壓值誤差不大于±10%。”

  2 電動機保護器抗晃工作原理及相關參數的設置

  以安科瑞ARD系列電動機保護為例。為實現抗晃電功能,電動機保護器需帶有抗晃電模塊,將交流電輸入接在抗晃電模塊的輸入端,抗晃電模塊的輸出接到電動機保護器的輔助電源輸入端,電動機保護器的電壓測量信號取自接觸器上級,防止晃電時接觸器脫開,無法測得恢復電壓。線路正常供電時抗晃電模塊的內部儲能裝置處于儲能狀態,晃電期間由抗晃電模塊儲能設備向電動機保護器供電,維持電動機保護器正常工作。當系統電壓恢復到“重起動電壓”后,電動機保護器對晃電持續時間進行判斷,時間小于“立即重起動失電時間”立即吸合“輸出繼電7-8起動電動機;晃電時間長于“立即重起動失電時間”,而小于“允許失電時間”,執行延時重起動;晃電時間長于“允許失電時間”,不執行起動。

  電動機保護器可以實現晃電立即重起動、失壓延時重起動、失壓時間過長閉鎖起動,并且帶有過載、斷相、堵轉、阻塞、過壓、欠功率等全面的保護功能,可以確保電動機的平穩運行,并減少系統投資,在化工行業使用具有實際意義,相關參數的設置見表1說明。

  表1 相關參數設置
 

參數

范圍

說明

重起動電壓

(75%-95%)Ue

Ue為系統額定電壓。系統電壓恢復到此設定值后認為晃電結束電壓恢復。

立即重起失電時間

(0.1-0.5)s

通常說的晃電時間,晃電時間短,恢復后可立即重起。

允許失電時間

(0.5-10)s

最大失電/失壓時間,超出此時間不執行起動,大于立即“重起失電時間”小于此時間執行分批重起動,防止電機同時造成電網沖擊。

重起延時

(1-60)s

分批重起延時時間,不同電機設定不同延時時間防止電機同時重起,沖擊電網。

  3 結束語

  介紹了幾種常見的晃電處理方法,著重介紹電動機保護器實現抗晃電的方法。

  文章來源:《自動化應用》2014年第6期

  參考文獻:

  [1]陳琳,嚴金云.石化企業抗晃電影響及抗晃電措施[J].電氣技術,2012(10):72~74.

  [2]孫偉森.石化化工裝置抗晃電措施的探討[J].電工技術,2003(9):82~84.

  [3]梁永勝.抗“晃電”措施在石化企業中的應用[J].電氣時代,2007(11):78~80.

  [4]周立宏.低壓電動機在再起動裝置的改進[J].電氣時代,2004(9):126~127.

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