電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在化工行業(yè)抗晃電中的應(yīng)用

王志南¹   趙波²

（1. 中國(guó)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(dòng)機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)抗晃電的方法。

關(guān)鍵詞

ARD；電動(dòng)機(jī)保護(hù)器；抗晃電；JB/T 10736

0 引言

   “晃電”指的是電網(wǎng)因雷擊、對(duì)地短路、重合閘、設(shè)備起動(dòng)、發(fā)電廠(chǎng)故障及其他原因造成電網(wǎng)電壓短時(shí)失壓、電網(wǎng)電壓短時(shí)大幅度波動(dòng)、短時(shí)斷電數(shù)秒等的電能質(zhì)量事件。化工企業(yè)對(duì)系統(tǒng)供電可靠性的要求較高，一旦出現(xiàn)供電系統(tǒng)晃電，會(huì)引起保護(hù)設(shè)備欠壓誤保護(hù)、生產(chǎn)設(shè)備意外停機(jī)，致使生產(chǎn)線(xiàn)癱瘓、事故擴(kuò)大，導(dǎo)致非常大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至對(duì)操作人員的安全構(gòu)成威脅。

1常用的抗晃電的措施

1.1 UPS抗晃電系統(tǒng)

    DCS、PLC等控制系統(tǒng)的工作電源由UPS電源接入，實(shí)現(xiàn)抗晃電的目的。在線(xiàn)式UPS 工作原理如圖1 所示，電網(wǎng)正常工作時(shí)，給負(fù)載供電，同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電；當(dāng)市電欠壓或突然掉電時(shí)，UPS電源開(kāi)始工作，由儲(chǔ)能電池給負(fù)載供電。

圖1  在線(xiàn)式UPS工作原理

    系統(tǒng)發(fā)生晃電時(shí)，接觸器的線(xiàn)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(jī)停機(jī)；當(dāng)母線(xiàn)失電超過(guò)一定的時(shí)間后，根據(jù)二次控制部分設(shè)定的時(shí)間斷開(kāi)輸出，避免電壓恢復(fù)后事故的發(fā)生。其控制接線(xiàn)圖如圖2 所示。

圖2  UPS控制接線(xiàn)圖

1.2 DC-BANK 抗晃電系統(tǒng)

    變頻器抗晃電有如下方法：

   （1）取消變頻器低壓保護(hù)設(shè)置，設(shè)置快速重起動(dòng)。該方法缺點(diǎn)是關(guān)鍵電機(jī)的停止、重起會(huì)影響生產(chǎn)的連續(xù)性和造成次品增加，另外低壓往往會(huì)表現(xiàn)為變頻器的過(guò)流保護(hù)，而取消過(guò)流保護(hù)會(huì)增加變頻器本身?yè)p壞隱患，因此，這種方式在連續(xù)性生產(chǎn)要求較高的石化企業(yè)很少使用。

   （2）DC-BANK系統(tǒng)，主要應(yīng)用于變頻電機(jī)和PLC/DCS 供電系統(tǒng)。電網(wǎng)正常時(shí)變頻器由交流母線(xiàn)供電，DC-BANK 系統(tǒng)處于熱備狀態(tài)；電網(wǎng)晃電或備自投切換時(shí)，電網(wǎng)電壓下降，轉(zhuǎn)換成由DC-BANK 向變頻器的直流母線(xiàn)供電，變頻器保持正常工作。其工作模式如圖3，單臺(tái)控制邏輯圖如圖4 所示。

圖3  DC-BANK系統(tǒng)工作模式

圖4  DC-BANK系統(tǒng)單臺(tái)控制邏輯

1.3 電動(dòng)機(jī)的抗晃電措施

    交流接觸器廣泛使用于低壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，常用電機(jī)控制電路如圖5 所示，晃電發(fā)生后接觸器斷開(kāi)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

圖5  電機(jī)控制電路

    電動(dòng)機(jī)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(shí)釋放/避開(kāi)彈跳區(qū)的接觸器），晃電出現(xiàn)時(shí)接觸器不立即釋放,也不工作在臨界彈跳區(qū)，其安裝接線(xiàn)如圖6所示。

圖6  抗晃電接觸器接線(xiàn)圖

     （2）在原有的交流接觸器上增加延時(shí)模塊，控制電路如圖7 所示。

圖7  增加延時(shí)模式的控制電路

     （3）加裝再起動(dòng)控制器，起動(dòng)控制線(xiàn)路如圖8 所示。

圖8  加裝再起動(dòng)控制器的控制線(xiàn)路

    （4）使用帶有抗晃電功能的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器具有過(guò)載、斷相、不平衡、堵轉(zhuǎn)、阻塞、起動(dòng)超時(shí)、過(guò)壓、欠壓、接地、漏電等保護(hù)功能；具有電流測(cè)量、電壓測(cè)量、頻率測(cè)量、功率測(cè)量等測(cè)量功能；具有起動(dòng)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(dòng)機(jī)保護(hù)器抗晃電控制回路（保護(hù)模式）見(jiàn)圖9所示。

圖9  ARD系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器抗晃電控制回路（保護(hù)模式）

    工作原理如下：95-96接點(diǎn)作為保護(hù)接點(diǎn)，保護(hù)器上電后處于常閉狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障或輔助電源斷電后變?yōu)槌ｉ_(kāi)狀態(tài)；7-8接點(diǎn)同起動(dòng)按鈕SB2并聯(lián)，出現(xiàn)晃電后7-8吸合維持控制回路處于起動(dòng)狀態(tài)，電壓瞬間后可執(zhí)行重起功能。

    采用直接起動(dòng)方式的抗晃電控制原理如圖10所示，95-96接點(diǎn)功能同圖9，7-8接點(diǎn)為起動(dòng)控制繼電器，保護(hù)器接收到SB1發(fā)出點(diǎn)動(dòng)起動(dòng)信號(hào)后，7-8吸合并自保持，接觸器KM線(xiàn)圈得電接通電機(jī)主回路；保護(hù)器接收到SB2發(fā)出點(diǎn)動(dòng)停止信號(hào)后，7-8輸出斷開(kāi)，接觸器KM線(xiàn)圈失電，斷開(kāi)電機(jī)主回路；發(fā)生晃電后，線(xiàn)圈KM失電，電機(jī)主回路被切斷，保護(hù)器根據(jù)晃電時(shí)間長(zhǎng)短自動(dòng)選擇執(zhí)行“立即重起動(dòng)”，“分批延時(shí)自起動(dòng)”或“禁止起動(dòng)”。

圖10  采用直接起動(dòng)方式的抗晃電控制原理

    電動(dòng)機(jī)保護(hù)器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB/T 10736）中對(duì)抗晃電（失壓重起）功能描述要求：“具有欠電壓（失壓）重起動(dòng)保護(hù)功能的保護(hù)器，因主電路欠電壓故障或失壓停車(chē)，若在“立即重起動(dòng)時(shí)間”內(nèi)電壓恢復(fù)至正常（允許重起動(dòng)設(shè)定值以上）時(shí)，保護(hù)器可使電動(dòng)機(jī)立即恢復(fù)至電動(dòng)機(jī)停車(chē)前的運(yùn)行狀態(tài)（不經(jīng)過(guò)起動(dòng)延時(shí)、降壓等過(guò)程）；若超過(guò)“立即重起動(dòng)失壓時(shí)間”而在“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間”設(shè)定時(shí)間內(nèi)，電壓恢復(fù)至欠電壓（失壓）重起動(dòng)設(shè)定值以上，則電動(dòng)機(jī)按“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間”延時(shí)起動(dòng)（與正常起動(dòng)的過(guò)程相同），延時(shí)時(shí)間允許誤差為±10%；若超過(guò)“延時(shí)重起動(dòng)延時(shí)時(shí)間”后電壓恢復(fù)，則電動(dòng)機(jī)不再自動(dòng)重起動(dòng)，恢復(fù)電壓值誤差不大于±10%。”

2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器抗晃工作原理及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置

    以安科瑞ARD系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)為例。為實(shí)現(xiàn)抗晃電功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(dòng)機(jī)保護(hù)器的輔助電源輸入端，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的電壓測(cè)量信號(hào)取自接觸器上級(jí)，防止晃電時(shí)接觸器脫開(kāi)，無(wú)法測(cè)得恢復(fù)電壓。線(xiàn)路正常供電時(shí)抗晃電模塊的內(nèi)部?jī)?chǔ)能裝置處于儲(chǔ)能狀態(tài)，晃電期間由抗晃電模塊儲(chǔ)能設(shè)備向電動(dòng)機(jī)保護(hù)器供電，維持電動(dòng)機(jī)保護(hù)器正常工作。當(dāng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)到“重起動(dòng)電壓”后，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器對(duì)晃電持續(xù)時(shí)間進(jìn)行判斷，時(shí)間小于“立即重起動(dòng)失電時(shí)間”立即吸合“輸出繼電7-8起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；晃電時(shí)間長(zhǎng)于“立即重起動(dòng)失電時(shí)間”，而小于“允許失電時(shí)間”，執(zhí)行延時(shí)重起動(dòng)；晃電時(shí)間長(zhǎng)于“允許失電時(shí)間”，不執(zhí)行起動(dòng)。

    電動(dòng)機(jī)保護(hù)器可以實(shí)現(xiàn)晃電立即重起動(dòng)、失壓延時(shí)重起動(dòng)、失壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)閉鎖起動(dòng)，并且?guī)в羞^(guò)載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、過(guò)壓、欠功率等的保護(hù)功能，可以確保電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，并減少系統(tǒng)投資，在化工行業(yè)使用具有實(shí)際意義，相關(guān)參數(shù)的設(shè)置見(jiàn)表1說(shuō)明。

表1  相關(guān)參數(shù)設(shè)置

3 結(jié)束語(yǔ)

介紹了幾種常見(jiàn)的晃電處理方法，著重介紹電動(dòng)機(jī)保護(hù)器實(shí)現(xiàn)抗晃電的方法。

文章來(lái)源：《自動(dòng)化應(yīng)用》2014年第6期

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