許多企業(yè)對生產(chǎn)連續(xù)性要求很高，特別是石化行業(yè)，許多由交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備在工藝流程上是不允許跳閘停車的，這些關(guān)鍵電動(dòng)機(jī)一旦跳閘停車，將會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)，給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。然而，在實(shí)際運(yùn)行中有很多不確定因素引起電網(wǎng)晃電，造成電動(dòng)機(jī)控制元件接觸器釋放電機(jī)停機(jī)進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)裝置停車。

為了避免晃電造成的不必要的損失就需要對電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)容易受晃電影響的環(huán)節(jié)進(jìn)行新技術(shù)應(yīng)用和改造，增強(qiáng)整個(gè)電力系統(tǒng)抵御晃電的能力。本文從晃電對接觸器的影響入手，通過部分電機(jī)防晃電改造實(shí)例詳細(xì)介紹了FS－ZDⅡ抗晃電再啟動(dòng)繼電器在接觸器防晃電方面的具體應(yīng)用。

1 防晃電設(shè)備選型

交流接觸器在低壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，占了相當(dāng)大的比例。由于工作原理的特點(diǎn)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)晃電時(shí)會(huì)造成其合閘線圈短時(shí)斷電或電壓過低，導(dǎo)致線圈對鐵芯的吸力小于釋放彈簧的彈力而使接觸器釋放。要解決晃電對交流接觸器的影響，需要采用一些具備防晃電功能的元器件對原有控制電路進(jìn)行改造。市場上防晃電產(chǎn)品有很多，結(jié)構(gòu)原理及技術(shù)特點(diǎn)各不相同，常見的有以下幾種：

1.1 節(jié)能型交流接觸器

節(jié)能型交流接觸器特點(diǎn)是有比較低的保持電壓，如CJ20J系列交流接觸器標(biāo)稱的控制電源吸合電壓范圍為85%～110% Us、釋放電壓范圍為20%～75% Us。

1.2 FS防晃電交流接觸器

FS防晃電交流接觸器接線圖和外觀見圖1， 其操作接通、分?jǐn)嗯c常規(guī)接觸器完全相同。電源正常狀態(tài)下，控制模塊處于儲(chǔ)能狀態(tài)。接觸器的啟動(dòng)與停止與常規(guī)接觸器一樣，當(dāng)有“晃電”發(fā)生使電壓降到接觸器的維持電壓以下時(shí)，控制模塊開始工作，以儲(chǔ)能釋放的形式保持接觸器繼續(xù)吸合，避免交流接觸器跳閘。當(dāng)電源電壓恢復(fù)后，控制模塊又轉(zhuǎn)入儲(chǔ)能狀態(tài) 。

FS防晃電接觸器和普通接觸器接線有區(qū)別，如圖1所示，在停止按鈕SB1斷開發(fā)出分閘指令的同時(shí)短接FS接觸器的A1和A3端子釋放儲(chǔ)能，F(xiàn)S接觸器才能迅速分閘，如果線路接錯(cuò)接觸器會(huì)出現(xiàn)分閘不成功的情況。

圖1 FS防晃電交流接觸器控制原理圖和外觀圖

1.3 FS－MD延時(shí)模塊的控制電路

FS－MD延時(shí)模塊可以通過面板設(shè)定延時(shí)時(shí)間0.3秒～6.6秒（時(shí)間等級(jí)為0.3秒），使交流接觸器按設(shè)定時(shí)間延時(shí)脫扣，抵御“晃電”。FS－MD延時(shí)模塊見外形及控制原理圖見圖2。

圖2 FS－MD延時(shí)模塊外形及控制電路

圖2中FS－MD延時(shí)模塊，＃1、3端子輸入220～V交流電源，＃5、6端子輸出100V直流電壓，實(shí)現(xiàn)交流接觸器的直流無聲運(yùn)行。延時(shí)模塊的內(nèi)部控制電路一旦監(jiān)測到＃1、3端子輸入的交流電源發(fā)生晃電，則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的延時(shí)時(shí)間維持＃5、6端子輸出的直流電壓，確保接觸器不會(huì)釋放，起到防晃電的作用。

1.4 FS－ZDⅡ抗晃電再啟動(dòng)繼電器

FS－ZDⅡ抗晃電再啟動(dòng)繼電器如圖3所示。該繼電器采用單片機(jī)控制，用于控制220V或380V交流接觸器再次啟動(dòng)的控制器，它可以通過面板設(shè)置所有參數(shù)且使其可視化并實(shí)現(xiàn)以下功能。

1.4.1 延時(shí)再啟動(dòng)設(shè)定時(shí)間：0.5秒～30秒，晃電結(jié)束電壓恢復(fù)后，按照這個(gè)時(shí)間進(jìn)行延時(shí)啟動(dòng)。

1.4.2 閉鎖不啟動(dòng)設(shè)定時(shí)間：0.5秒～30秒，當(dāng)晃電持續(xù)時(shí)間超過這個(gè)時(shí)間，將閉鎖不啟動(dòng)。

1.4.3 記錄并顯示啟動(dòng)次數(shù)和電網(wǎng)的晃電次數(shù)。

圖3 FS－ZDⅡ系列抗晃電再啟動(dòng)繼電器

圖4所示為采用FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器的三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制線路，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB2后，接觸器KM吸合，其輔助常開觸點(diǎn)閉合完成自保，主觸頭閉合電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生晃電時(shí)，接觸器KM釋放。與此同時(shí)，F(xiàn)S－ZDⅡ自啟動(dòng)繼電器通過＃8、9電源輸入端子監(jiān)測到線路發(fā)生晃電，如果電網(wǎng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，則FS－ZDⅡ自啟動(dòng)繼電器的＃5、6端子按設(shè)定的時(shí)間延時(shí)后閉合自動(dòng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

圖4 采用FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器的啟動(dòng)控制線路

筆者對以上4種防晃電產(chǎn)品的功能及技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了比較，節(jié)能型接觸器雖然可以防止相當(dāng)一部分電壓驟降型晃電造成的影響。但節(jié)能型交流接觸器對于電源短時(shí)中斷的晃電情況無能為力，顯然不符合要求。

FS－MD模塊可以適用各種類型的晃電，但是一個(gè)FS－MD模塊只能匹配一臺(tái)接觸器，而需要改造電機(jī)的控制回路都比較復(fù)雜，有很多聯(lián)鎖條件。線路中除了主接觸器外還有一些輔助的繼電器協(xié)同工作，主接觸器線圈中往往串接了這些繼電器的輔助觸點(diǎn)，因此僅僅主接觸器防晃電是不夠的，所以FS－MD模塊也不能滿足要求。

剩下的FS防晃電交流接觸器和FS－ZDⅡ系列抗晃電再啟動(dòng)繼電器雖然都可以滿足使用要求，但防晃電機(jī)理上是有區(qū)別的，防晃電再啟動(dòng)繼電器是發(fā)生晃電時(shí)先將接觸器釋放，晃電結(jié)束后再合上接觸器；抗晃電接觸器則是保持接觸器不釋放來躲過晃電。

FS防晃電交流接觸器的缺點(diǎn)是這種控制線路對原有控制回路改動(dòng)量大，圖1所示僅為簡單的示意圖，實(shí)際的電機(jī)控制電路更為復(fù)雜，不僅有停車按鈕還有DCS停車聯(lián)鎖和電氣保護(hù)聯(lián)鎖，線路改動(dòng)更復(fù)雜改造成本也更高（見圖5）。

圖5 采用FS防晃電交流接觸器的實(shí)際控制原理圖

相比之下，F(xiàn)S－ZDⅡ抗晃電自啟動(dòng)繼電器不僅功能強(qiáng)大、體積小巧，而且線路簡單對原有控制回路改動(dòng)極少改造成本低，更適合于對舊的控制線路進(jìn)行改造。

2 線路控制原理設(shè)計(jì)

圖6-1 FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器實(shí)際改造電路圖

在原有控制電路的基礎(chǔ)上，筆者對某企業(yè)MP401A/B等8臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)控制電路進(jìn)行了簡單的改造。如圖6-1所示，虛線框內(nèi)為FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器，線路防晃電再啟動(dòng)控制原理如下：電網(wǎng)發(fā)生晃電時(shí)，KA1（儀表DCS閉鎖信號(hào)）、K2F（電氣故障出口中間）、K2.1（主接觸器）中任一繼電器或接觸器受晃電影響釋放都會(huì)造成電機(jī)跳閘。

此時(shí)K79（FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器）通過8、9號(hào)端子監(jiān)控到了電網(wǎng)發(fā)生晃電，通過5、6號(hào)端子監(jiān)控到電機(jī)已經(jīng)跳閘。如果電網(wǎng)電壓在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常（3秒內(nèi)）則5、6號(hào)端子按設(shè)定的時(shí)間延時(shí)閉合，再啟動(dòng)電機(jī)；如果晃電時(shí)間超過設(shè)定的時(shí)間則閉鎖不啟動(dòng)。如果是正常停車或者儀表聯(lián)鎖、保護(hù)跳閘則由于K79（FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器）8、9號(hào)端子監(jiān)控到電網(wǎng)電壓正常，防晃電再啟動(dòng)繼電器不會(huì)誤動(dòng)作。

3 安裝及參數(shù)設(shè)置

3.1 安裝

如圖6-2所示，所有FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器安裝在MNS抽屜柜盤后二次回路外接端子處，其工作電源通過塑殼斷路器QF1直接取自母線與抽屜柜單元無關(guān)，這樣做有以下四點(diǎn)好處：

3.1.1 抽屜柜的停送電操作不影響FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)槌閷瞎竦耐Ｋ碗姴僮靼l(fā)生誤動(dòng)作。

3.1.2 所有線路改造在控制回路外接端子上完成，抽屜柜單元及現(xiàn)場操作柱線路無需改動(dòng)。

3.1.3 QF1有兩個(gè)作用，一是作為實(shí)驗(yàn)開關(guān)，通過QF1的瞬時(shí)分合能夠模擬電網(wǎng)發(fā)生晃電，以此來檢驗(yàn)FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器工作是否正常；二是當(dāng)FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器發(fā)生故障或其它特殊情況下需要將FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器退出運(yùn)行時(shí)，只要將QF1分?jǐn)嗑涂梢詫⒎捞Ｗo(hù)退出。

3.1.4 安裝在盤后方便檢修人員巡檢。

圖6-2 FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器安裝圖

3.2 參數(shù)設(shè)置

“晃電”對于系統(tǒng)的影響，取決于電源電壓的下降和持續(xù)時(shí)間。系統(tǒng)大，輸、配電線路對地存在電容，三相導(dǎo)線之間也存在著電容就大，電容作用將延緩電壓下降和上升速率。不同系統(tǒng)晃電時(shí)電壓波也不同（見圖7），絕大多數(shù)系統(tǒng)晃電持續(xù)時(shí)間都小于2秒。

圖7不同系統(tǒng)晃電后電壓下降和恢復(fù)曲線

“晃電”持續(xù)的時(shí)間不長（小于2秒），接觸器脫扣。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)速雖然開始降低，但由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用，轉(zhuǎn)速下降的并不明顯。電壓恢復(fù)后，再啟動(dòng)繼電器動(dòng)作電動(dòng)機(jī)電流從零開始上升，并有非周期分量的沖擊，然后迅速恢復(fù)到運(yùn)行值（見圖8曲線1），生產(chǎn)連續(xù)性及電網(wǎng)不受影響。

如果“晃電”持續(xù)時(shí)間繼續(xù)增加，則電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降低于額定值的30%，電壓恢復(fù)后，電動(dòng)機(jī)電流見圖8曲線2，此時(shí)非周期電流分量和啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊及對生產(chǎn)的影響就不容忽視，要考慮采取分批啟動(dòng)的方式進(jìn)行。由于本次改造涉及電機(jī)數(shù)量不多，功率也不大，即便同時(shí)啟動(dòng)對電網(wǎng)沒有影響。所以本次改造所有FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器設(shè)置都一樣，延時(shí)再啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為0.5秒；閉鎖不啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為3秒。

圖8 晃電后電流恢復(fù)曲線

4 使用效果及注意事項(xiàng)

4.1 使用效果

石化企業(yè)經(jīng)過2年半的運(yùn)行，F(xiàn)S－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器故障率為零性能可靠，在多次系統(tǒng)發(fā)生晃電時(shí)及時(shí)再啟動(dòng)避免了設(shè)備跳閘停機(jī)事故，很好地起到了晃電保護(hù)的作用。

4.2 改造中需要注意的問題

4.2.1 如果要大范圍采用FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器，就必須合理設(shè)置再啟動(dòng)時(shí)間分批啟動(dòng)，避免大量電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)對電網(wǎng)造成沖擊。

4.2.2 改造前要考慮好FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器的安裝位置，不能安裝在MNS抽屜單元內(nèi)，否則不僅不能監(jiān)控而且抽屜單元的停送電操作會(huì)被當(dāng)做晃電記錄下來。

5 結(jié)束語

對于使用普通的交流接觸器控制回路的抗晃電改造，如何既能實(shí)現(xiàn)抗晃電功能，又盡量減少對原有控制回路的改動(dòng)，使用FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器是目前比較理想的方法。

FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器通過監(jiān)測交流接觸器線圈工作電壓及其自保點(diǎn)的狀態(tài)，判斷電機(jī)在晃電過程中的狀態(tài)變化，在晃電結(jié)束后按設(shè)定的時(shí)間再啟動(dòng)被晃停的電動(dòng)機(jī)。FS－ZDⅡ防晃電再啟動(dòng)繼電器具有可靠性高，安裝方便，接線簡單等優(yōu)點(diǎn)，而且無需更改原控制柜及現(xiàn)場操作柱的接線。對于連續(xù)運(yùn)行有著嚴(yán)格要求的設(shè)備或裝置而言，這種抗晃電的模式具有一定的推廣價(jià)值。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為劉桂霞。）