煤制油化工裝置是連續(xù)性生產(chǎn)的高溫、高壓和高危險(xiǎn)裝置，對(duì)供電的可靠性要求極高。當(dāng)電網(wǎng)因雷擊、接地或其他原因造成電網(wǎng)單相電壓短時(shí)波動(dòng)或短時(shí)斷電時(shí)，高壓電氣設(shè)備低電壓保護(hù)、母聯(lián)備自投、失壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般都在0.5s及以上，且全具備PT斷線閉鎖功能，高壓電氣設(shè)備不易受到影響。

但單相電壓降低很容易造成交流接觸器低電壓釋放，引起重要機(jī)組低壓輔機(jī)停機(jī)，導(dǎo)致工藝指標(biāo)壓力、流量、液位、溫度等超出安全范圍，最終引起裝置工藝連鎖停車。

1 工廠電網(wǎng)系統(tǒng)概況

某煤化工公司電氣系統(tǒng)取自110kV某1#、2#線路，110kVⅠ、Ⅱ段母線環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，2臺(tái)100MW發(fā)電機(jī)變壓器組分別接在110kVⅠ、Ⅱ段母線，4臺(tái)80MVA負(fù)荷變（110/35kV）分別接在110kVⅠ、Ⅱ段母線，35kV系統(tǒng)雙母雙分段運(yùn)行，如圖1所示。廠用電6kV系統(tǒng)為單母分段運(yùn)行，低壓0.4kV系統(tǒng)為單母分段運(yùn)行。

2 事件經(jīng)過

上級(jí)變電所報(bào)某110kV 1#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)某110kV 1#線路164開關(guān)跳閘，故障發(fā)生到保護(hù)動(dòng)作切除故障約50ms，測距為4.3km處。

某煤化工公司GS01總變變電所報(bào)23:20:0.597某110kV 1#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，測距為0.18km，故障B相殘壓只有正常額定的3%，50ms后110kV 1#線路151開關(guān)跳閘故障切除。110kV單相接地短路故障錄波圖如圖2所示。

某煤化工公司立即組織電氣人員進(jìn)行巡線，發(fā)現(xiàn)在空分北側(cè)某110kV 1#線路15#桿塔上B相有放電痕跡，聯(lián)系供電公司外線人員確認(rèn)此處確為故障點(diǎn)。因公司110kV電氣系統(tǒng)為環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，因而此次晃電全廠均有影響，受晃電影響共停機(jī)311臺(tái)，其中變頻設(shè)備84臺(tái)，工頻設(shè)備227臺(tái)。

3 事件原因分析

某110kV 1#線路于2006年12月份投運(yùn)，運(yùn)行已有8年多，經(jīng)工程師現(xiàn)場分析，此次擊穿事件是由于電纜終端頭三叉口處絕緣老化導(dǎo)致的，但是此次晃電造成的電動(dòng)機(jī)停機(jī)數(shù)量較多，據(jù)統(tǒng)計(jì)6kV高壓電動(dòng)機(jī)停機(jī)4臺(tái)，原因?yàn)榈蛪狠o機(jī)接觸器釋放造成工藝連鎖停機(jī)，而其余停機(jī)設(shè)備主要為0.4kV低壓電動(dòng)機(jī)。公司以前也發(fā)生過類似晃電事故，但是經(jīng)過數(shù)次技術(shù)改造，停機(jī)數(shù)量逐年遞減。此次晃電事件低壓電動(dòng)機(jī)數(shù)量較多，主要原因分析如下：

圖1 某煤化工公司110kV、35kV系統(tǒng)圖

圖2 110kV單相接地短路故障錄波圖

某煤化工公司110kV系統(tǒng)為大電流接地系統(tǒng)，35kV系統(tǒng)為經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，當(dāng)110kV 1#線路B相發(fā)生接地故障時(shí)，B相電壓為額定電壓的3%，A、C相電壓相等，相角差近似180°，因110kV系統(tǒng)I、Ⅱ段環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，4臺(tái)110/35kV負(fù)荷變壓器接線組別為YNyn0+d，則公司110kV、35kV系統(tǒng)故障時(shí)電壓電流分布相近，B相電流增大，B相電壓降低，因零序分量不能傳變至三角形繞組外，零序分量無法傳變至35kV系統(tǒng)，所以35kV系統(tǒng)無零序分量。公司35/6.3kV變壓器接線組別為YNd11，其故障時(shí)電流和電壓的相量關(guān)系如圖3所示。

圖3 兩次電流和電壓的相量關(guān)系

由圖3可以看出，d側(cè)各相電流的分布與YN側(cè)接地短路相別有關(guān)，對(duì)應(yīng)于故障相的滯后相電流為0（B相接地短路，d側(cè)滯后相位c相），6kV系統(tǒng)A、B相電流增加（數(shù)值為高壓側(cè)B相接地電流的1/ 倍），A、B方向相反，大小相等，滯后相c相電壓最高，其余兩相電壓相等，相間電壓一般較高（ 為變壓器內(nèi)部電抗的壓降等影響）。

公司6kV/0.4kV變壓器接線組別為Dyn11，yn側(cè)各相電流規(guī)律是：與D側(cè)電流最大兩相中超前相電流最大（如D側(cè)A、B電流最大，yn側(cè)a相電流最大），其他兩相電流大小相等、方向相同，數(shù)值為a相電流的1/2，方向與最大的一相相反，計(jì)及變壓器內(nèi)部電抗的壓降等影響后，yn側(cè)與D側(cè)兩相相對(duì)應(yīng)兩相中的超前相電壓最低，等于一個(gè)較小的數(shù)值（不計(jì)內(nèi)部電抗的壓降等影響，該相電壓為0，計(jì)及后等于圖4的 ）。

圖4 接線變壓器yn側(cè)電流和電壓相量關(guān)系

經(jīng)過電氣系統(tǒng)幾級(jí)傳變分析得出，當(dāng)110kV系統(tǒng)B相接地短路故障時(shí)，35kV系統(tǒng)與110kV系統(tǒng)電壓、電流相近；6kV系統(tǒng)UAB線電壓降低、電流增大；0.4kV系統(tǒng)a相電壓降低，電流增大，調(diào)取下級(jí)變電所錄波圖，如圖5所示，驗(yàn)證0.4kV a相電壓為24V左右（正常為57.735V），跌落至正常電壓的40%。公司0.4kV電動(dòng)機(jī)交流接觸器電源為220V，取自0.4kV a相、n相，所以當(dāng)某110kV 1#線路B相接地短路故障時(shí)，會(huì)引起大量低壓電動(dòng)機(jī)接觸器釋放。

圖5 0.4kV系統(tǒng)錄波圖

4 改造方案

根據(jù)歷年晃電事件分析，電壓跌落時(shí)限一般在100ms以內(nèi)，跌落范圍為有效值降至標(biāo)稱值的10%至90%，以單相電壓跌落為主，而根據(jù)GB 14048.4—2010標(biāo)準(zhǔn)8.2.1.2.1電磁式接觸器和起動(dòng)器的動(dòng)作范圍規(guī)定：交流接觸器線圈釋放電壓是其額定控制電源電壓Un的20%～75%。因此，此次改造以保障重要機(jī)組輔機(jī)交流接觸器不釋放或釋放后自動(dòng)吸合為目標(biāo)，以輔機(jī)重要程度、分布和數(shù)量進(jìn)行分類，分別實(shí)施集中改造和分散改造等。

4.1 根據(jù)低壓電動(dòng)機(jī)重要程度及數(shù)量，對(duì)于重要程度較高、大型機(jī)組低壓輔機(jī)較多以及需要集中改造的區(qū)域，將0.4kV交流接觸控制電源改為不間斷電源（uninterruptible power supply，UPS）供電，以便保證在電壓較短時(shí)間跌落并恢復(fù)正常電壓過程中，交流接觸器不釋放，低壓電動(dòng)機(jī)不間斷持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，為工藝參數(shù)盡快恢復(fù)提供基礎(chǔ)條件。

但是，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)長時(shí)間失電時(shí)，在UPS電源充足情況下，交流接觸器也不會(huì)釋放，需要在低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器增設(shè)失壓保護(hù)40%～60%Un，動(dòng)作時(shí)限根據(jù)0.4kV進(jìn)線失壓保護(hù)時(shí)限或工藝連鎖主機(jī)失壓保護(hù)時(shí)限進(jìn)行設(shè)定。

4.2 針對(duì)部分重要低壓輔機(jī)數(shù)量較少、分布較分散以及不需集中改造的區(qū)域，采取增加和更換低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的措施，根據(jù)工藝運(yùn)行要求，分為工藝允許短時(shí)停電和工藝不允許停電兩種情況。經(jīng)過數(shù)次選型和試驗(yàn)，最終選擇上海華建LM313+系列微機(jī)型低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)監(jiān)測裝置與江蘇國網(wǎng)自控接觸器抗晃電裝置。

上海華建LM313裝置通過監(jiān)測220V裝置電源電壓，判斷系統(tǒng)短時(shí)失電再起動(dòng)，其中保護(hù)配置分為“立即再起動(dòng)”和“延時(shí)再起動(dòng)”兩種功能，立即再起動(dòng)和延時(shí)再起動(dòng)可以分別投退。

再起動(dòng)功能模塊檢測母線單相電壓，并自動(dòng)記憶電動(dòng)機(jī)的原來運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)失電前在運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓降到“跌落電壓Udr”時(shí)，“立即再起動(dòng)”和“延時(shí)再起動(dòng)”功能同時(shí)啟用。因?yàn)楸O(jiān)測電壓取自220V電源輸入，當(dāng)發(fā)生單相電壓跌落時(shí)，為使保護(hù)裝置功能動(dòng)作正確，保護(hù)裝置電源L1、N和交流接觸器KM電源L11、N應(yīng)取自低壓0.4kV母線同一相。

“立即再起動(dòng)”具有抗晃電功能，當(dāng)電壓降到“跌落電壓Udr”時(shí)，在限定的時(shí)間（0.5s）以內(nèi)，電源電壓恢復(fù)到“恢復(fù)電壓定值（Ure）”以上，LM313+系列保護(hù)裝置會(huì)立即動(dòng)作，如圖6所示，R3繼電器，此時(shí)KM接觸器線圈再次得電，保證接觸器釋放后立即吸合。

圖6 LM-313+裝置接線圖

“延時(shí)再起動(dòng)”具有分批再起動(dòng)功能，若電源恢復(fù)到“恢復(fù)電壓定值（Ure）”的時(shí)間超過0.5s，但仍在延時(shí)再起動(dòng)限定時(shí)間（trm）內(nèi)，則經(jīng)過延時(shí)時(shí)間trst+0.5s再次判斷電壓大于設(shè)定的“恢復(fù)電壓定值（Ure）”后動(dòng)作于R3繼電器。

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵電動(dòng)機(jī)容量較大且進(jìn)線的速斷、過流在保護(hù)整定時(shí)無法躲過所有電動(dòng)機(jī)同時(shí)再起動(dòng)的沖擊電流時(shí)，可通過保護(hù)裝置“再起動(dòng)延時(shí)時(shí)間（trst）”及“恢復(fù)電壓定值（Ure）”進(jìn)行分批再起動(dòng)。

江蘇國網(wǎng)自控接觸器抗晃電裝置當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)電壓跌落時(shí)，裝置迅速切斷接觸器線圈的交流電源，將內(nèi)部超級(jí)電容儲(chǔ)能的直流電壓經(jīng)過自動(dòng)控制方式輸出到接觸器線圈上，保持接觸器可靠吸合。在晃電過程結(jié)束、電源恢復(fù)正常后，裝置關(guān)斷內(nèi)部直流電壓輸出，將交流電壓切換到接觸器線圈兩側(cè)，切換速度可以達(dá)到1.67ms。

裝置晃電維持時(shí)間可以設(shè)置在0.01～5s范圍，級(jí)差為0.01s，并且可以自測量適應(yīng)各型號(hào)接觸器，無需設(shè)置接觸器電阻。此裝置可以保證電源電壓跌落時(shí)，接觸器接點(diǎn)不失電釋放，避免因電動(dòng)機(jī)失去電源或接觸器釋放接點(diǎn)而引起的工藝波動(dòng)，防止接觸器分、合時(shí)產(chǎn)生操作過電壓和沖擊電流。

4.3 對(duì)于重要程度較低、不會(huì)造成大型機(jī)組工藝連鎖停機(jī)的低壓電動(dòng)機(jī)，工藝采用A、B電動(dòng)機(jī)互為備用運(yùn)行，電氣將A、B機(jī)交流接觸器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置電源取自不同相，確保電網(wǎng)單相電壓跌落時(shí)，能具備一臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少低壓電動(dòng)機(jī)晃電停機(jī)數(shù)量。

例如，大型機(jī)組有A、B兩臺(tái)輔助潤滑油泵，A油泵交流接觸器220V電源取自0.4kVⅠ段a、n相，B油泵交流接觸器220V電源取自0.4kVⅡ段c、n相，兩泵控制回路采取電氣互鎖接線，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相電壓跌落、a相電壓減低至交流接觸器釋放電壓以下時(shí)，A泵停機(jī)切換B泵起動(dòng)。

5 結(jié)論

經(jīng)過歷年對(duì)晃電的探索和改造，已經(jīng)從增加快切裝置、調(diào)整變頻器參數(shù)、啟用再起動(dòng)系統(tǒng)、投用并聯(lián)電容器裝置等方面提升系統(tǒng)的抗晃電能力，使晃電停機(jī)數(shù)量逐年下降。此次發(fā)生的110kV系統(tǒng)單相接地短路事件，造成較多數(shù)量低壓電動(dòng)機(jī)停運(yùn)，給我們敲響警鐘。通過此次改造，公司電氣系統(tǒng)抗晃電能力得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，有效避免了晃電停機(jī)事件的發(fā)生。