“晃电”对石化企业生产的影响及应对措施

“晃电”是指由于雷击、短路或其他原因造成电 短时电压波动或短时断电的现象。石化企业生产中，常常因“晃电”引起许多重要的低压电机停机，进而导致连续生产过程紊乱，给企业造成巨大经济损失。

2008年7月23日17点38分，清江石化炼油厂35KV I段进线关石349线发生晃电，由于防晃电措施做的不到位，造成生产装置上许多低压电动机停机，影响了企业生产、造成较大经济损失。因此，如何降低“晃电”给企业生产带来的影响，减少因“晃电”给企业带来的经济损失是我们目前迫切需要解决的问题。

预防外电 晃电的措施

常用的防晃电措施主要有以下几种

1 采用抗晃电带延时脱扣功能的接触器（FS系列接触器）

图1是FS系列抗“晃电”交流接触器控制的电动机直接起动电气原理图，正常情况下，控制模块处于储能状态，接触器的起动与停止与常规接触器一样，但当“晃电”发生时，KM接触器线圈由于储能延迟释放，其辅助触头延迟发出断开的控制信 ，由此来躲过“晃电”的时间；当电源电压恢复后，控制模块又转入储能状态。

如果“晃电”的时间超过控制模块设定的延时时间，则KM释放，电动机跳闸。当停止按钮发出正常分闸指令时，FS抗“晃电”交流接触器能正确区分出来，及时分闸。

图1 FS抗“晃电”交流接触器控制原理图

2 在每个电动机控制回路中安装一个再起动继电器

该技术接线很简单，可实现可控式再起动方法，但由于再起动继电器仅安装在各电动机控制回路，各控制回路间无任何联系，只能采用时差控制式的再起动方法。以前常采用时间继电器来实现延时，由于时间继电器长期通电经常发生线圈崩烧现象，再起动可靠性较低。

3 采用分批自启动柜来实现自启动

按电动机再起动的过程中是否可以控制，再起动方法分为无控式与可控式两种。

3.1 无控式再起动方法

在供配电系统故障后电压恢复瞬时，按电动机的运行信息，立即将所有参加再起动的电动机全部同时再起动既为无控式再起动方法。该方法电路简单，使用电器元件很少，费用低，但存在如下缺点：受到供配电系统容量的限制不能完成全部运行电动机均参加再起动。

可因电动机残余电压而产生电流及转矩冲击。由于多台电动机同时起动会产生很大的非周期冲击电流，可能造成变压器跳闸，同时也会造成电动机端电压显著下降，电动机最大转矩低于负载转矩，使再起动失败。

3.2 可控式再起动方法

供配电系统故障时，将电动机的运行信息做瞬时的记录，供配电系统电压恢复后，利用各种控制方法按电动机的运行信息，逐步将全部停运的电动机分期分批地再起动既为可控式再起动方法。

1）时差控制法

时差控制式电动机群分批再起动方法是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的多个批次，每台电动机固定在一个批次中，每批再起动电动机固定一个再起动时间，各批次再起动时间有一个时差，而且再起动时间越长时差越大。

时差控制法的优点是控制方法简单，缺点是时差难以选择。时差选大了会使再起动过程拖延很长时间，最后一批电动机几乎在完全停转的情况下满载起动，这使许多电动机因过流保护跳闸；时差选小了会出现相邻批次的再起动电流叠加，会造成母线电压下降。

由于电动机的转矩是随着端电压的平方成正比而变化的，电动机的起动转矩也会大幅度的下降，再起动的时间也随之更加延长，以至多批次再起动电流叠加，直至变压器过流保护动作，再起动失败。

在石油化工企业，很多机泵是一用一备的，每段母线运行的电动机台数也是根据生产和设备的需要而变化的，电动机的运行状态是随即的，一般在装机容量的30%～80%之间，特殊情况可达10%～100%，但该控制方法只能按100%再起动装机容量来安排批次和时差，如某批次内没有运行电动机，该控制方法只能空等一个时差。

2）电压与电流控制法

该方法也是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的许多批次，每台电动机也固定在一个批次中。正常运行时监测电动机群的母线电压，而在故障后电压恢复时是用再起动电动机群的母线电压与母线总电流共同控制各批电动机完成再起动任务的。

在再起动过程中始终检测母线电压和母线总电流，如母线电压和母线总电流满足了再起动要求就立即起动下一批电动机，直至再起动完成。

电压与电流控制法的优点有：

①再起动速度快，再起动时间是与负载成正比，与恢复电压平方成反比，即负载越大再起动时间越长，恢复电压越高再起动时间越短。而此法是在保证母线电压的情况下完成再起动的，因此再起动是在高起动电压条件下执行的，从而使再起动时间减少。

②可控再起动电流，事先对各个批次的再起动电流进行估算，得到单个批次的最大再起动电流，用母线最大允许工作电流减去单个批次最大再起动电流得到的差值作为母线的允许再起动电流，即可保证母线电流始终在最大允许工作电流之下，降低了因过流保护动作造成变压器跳闸的风险。

但是由于批次间没有时差，该法控制的再起动过程使母线电流始终保持在最大允许工作电流附近，就一段母线、一台厂用变来说没有什么问题，但就整个工厂来说，会出现很多台厂用变同时过负荷的情况出现，这些过负荷电流的叠加，可能会造成电源开关因大电流冲击保护动作而跳闸。

3）时差、电压与电流控制法

将时差控制法与电流、电压控制法结合起来，预先将需要参加自起动的电动机分为固定的几个批次，其中第一批为躲过电动机残余电压的影响，需设置一定的延迟，其后各个批次间设置固定的时差，但时差间隔相对较短。在再起动过程中始终检测母线电压和母线总电流，即若要再起动某个批次的电机，首先要等到该批次的时差耗尽，然后检测母线电压和母线总电流是否满足再起动要求，若满足就立即起动该批次电动机，否则延时等待。

此法具备了再起动速度快，可控再起动电流的优点，同时又避免了多台厂用变同时过负荷的情况出现，由于时差间隔相对较短，在一定程度上弥补了空等时差造成的影响，通过损失一些再起动效率，换来整个系统的稳定。图2是时差控制法、电压与电流控制法相结合的程序流程图。

图2 时差、电压与电流控制法程序流程图

基于时差、电流与电压控制法参数的确定

确定采用时差、电流与电压控制法，进而要确定相关的参数。

1 允许再起动电流、电压的确定

该系统以电流和电压作为判据，即当母线电压或母线电流不满足再起动要求时延时等待，当母线电压大于U再起动允许电压且母线电流小于I再起动允许电流时，发出再起动信 ，但是该系统并不能确定将要起动的这批电动机会产生多大的再起动电流，为了保证母线的电流和电压不超过允许的范围，需满足下式：U再起动允许电压-U第N批再起动压降>U母线允许最低工作电压、I再起动允许电流+I第N批再起动电流<I母线允许最大工作电流

由上式可以看出，先要确定单个批次的最大再起动压降以及再起动电流，以此计算出母线的再起动允许电压及再起动允许电流。例如：假设母线允许最大工作电流为6000A，单个批次的最大再起动电流为4000A即可计算出再起动允许电流为2000A而母线允许最低工作电压要以满足电动机起动为标准，参照《工业与民用配电设计手册》，一般不应低于额定电压的80%。即U母线允许最低工作电压 =400×80% = 320(V)

2 批次间隔时间的确定

由于电动机的起动电流与时间的变化关系牵涉到负载类型，惯性时间常数等参数，定量计算复杂，这里使用ETAP软件进行仿真，仿真图形如下：

图3 电压跌落到额定值的30%，持续时间0.1秒电机再起动电流波形

图4 电压跌落到额定值的30%，持续时间0.5秒电机再起动电流波形

图5 电压跌落到额定值的30%，持续时间1秒电机再起动电流波形

从图中可以看出，电压跌落时间越长，再起动时间越长。这说明如果失压时间较长的情况下执行自起动，各个批次电动机的再起动时间会延长，可能超过批次的间隔时间，从而引起再起动电流叠加，导致变压器过流保护动作跳闸；另一方面，可能会使最后批次的电动机在完全停转的情况下满载起动，损坏电动机。

因此，为了保证再起动过程的安全，需设置失压的允许时间，当失压时间大于允许时间时，闭锁自起动。经试验分析，失压允许时间设置为2～3秒较合理。

从图中还可以看出，当失压时间非常短时，电动机的再起动电流很小，因此可考虑一次性起动全部因晃电停机的电动机。生产装置中每台电动机的起动时间由于自身参数及负载类型的不同，起动时间也不尽相同，取5.5秒作为均值。

常规起动时间为5.5秒的电动机：当失压时间为1秒时，电压恢复时的再起动时间大约为1.5秒左右；当失压时间为2秒时，电压恢复时的再起动时间大约为2.3秒左右。当失压时间为3秒时，电压恢复时的再起动时间大约为3.2秒左右。

按最不利的情况考虑，即失压时间为3秒，为了避免再起动电流的叠加，就单纯的时差控制法的自起动设备来说，时间间隔设置应设置为3.2秒。由于ETAP仿真是按100%装机再起动容量来统计各个批次的再起动电流的。

例如母线允许最大工作电流为6000A，第一批电动机的再起动电流为4000A，第二批电动机的再起动电流为5000A，为了避免两个批次的再起动电流叠加，间隔时间需设定大于3.2秒，但实际第一批次的电动机可能只有60%正在运行，即再起动电流为2400A，第二批有70%正在运行，即再起动电流为3500A，两个批次同时再起动都不会超过母线允许的最大工作电流，因此可以把时差间隔缩短，调整到ETAP仿真值的二分之一，即1.6秒，即使两个批次允许的再起动电机的容量大于50%，

第二批电动机时限到达时，由于母线电流电压不能满足要求，自起动系统仍会延时等待，不会导致再起动电流叠加的情况出现，保证系统安全可靠运行。

结束语

采用了上述介绍的几种抗外电 晃电的措施，在一定程度上减少了外电 对生产装置的影响，但并不能保重在外电 晃电后对生产装置一点影响都没有，因为自启动安装的容量与许多因素有关；电 的系统容量；变压器、进线开关的容量；继电保护的定值配合；外电 保护定值的配合。

如果自启动容量及批次选择不当，都有可能导致整个电 瘫痪。因此我们在配置自启动容量时，必须按照生产工艺的要求，来确定自启动的容量及批次。同时可通过一些检测手段如每次发生晃电后的故障录波，对发生晃电时母线的电压跌落幅度、晃电持续时间、母线的最大运行电流进行分析，来完善自启动容量及批次的设定。