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浅谈石油石化生产企业敏感负荷抗晃电问题的研究

 发布时间:2022-03-18 点击量:76

王兰

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要:大庆油田电网连接的石油石化、天然气等用电负荷的生产过程具有连续性,各生产环节的建立息息相关,生产工艺流程中任何一个环节出了问题都会影响或终止设备的运转。如何防止电网晃电发生和发生晃电时如何保证敏感负荷的设备正常运行是研究的主要问题。

 

1电网晃电的概念

晃电是电网电压暂降的一种表现,通常晃电时系统电压突降到额定电压的0.10.9倍,经过短时间(10ms~1min)后电压又恢复到正常数值。其产生的原因有雷击、短路和大负荷起动等情况。

1.1抗晃电与自启动的区别

1)电压暂降时间的区别。抗晃电主要针对0.5s以下的低电压、瞬时失电压和电压凹陷等短时电源瞬时故障,自起动主要针对备用电源自动投切或重合闸引发的1~10s的瞬时故障。

2)应用负荷对象的区别。抗晃电:生产连续保障型,通过对大部分电动机进行延时设定,对0.5s以下的瞬时失电压电动机可以再加速起动,确保生产连续运行。自起动:生产安全保障型,通常安装在重要电动机的负荷上,在瞬时失电压1s以上后重新起动重要负荷,保证安全生产。

3)对电网冲击的区别。抗晃电所针对的瞬时失电压时间短,一般小于0.5s,对电网的影响可忽略不计,恢复后不用检测电网进线电压的阈值。自起动针对瞬时失电压时间较长,一般在1s以上,电动机转速下降较大,一般需要考虑重启后对电网的影响。通常情况下,应计算负荷容量后再分别重启,恢复后需检测电网进线电压阈值。

1.2电网晃电对石油石化企业生产的影响

1)生产中断。正常的电网电压基本保持稳定,在晃电时电网电压明显降低。目前,大部分石油石化企业装置的电动机采用真空断路器、交流接触器等控制起动和软起动模块,设备正常运转时,电压突降导致交流接触器、变频调速器和真空断路器停止工作,设备立刻停止运转,关键设备的停机导致重要的生产单元,甚至整个生产装置停止运转,化工生产过程被迫中断,造成巨大损失。

2)设备损坏。晃电对石油石化生产设备造成巨大损害,主要集中在电动机、给水泵和锅炉等需要轴瓦润滑的设备。在晃电瞬间润滑油泵电动机接触器因欠电压释放,油泵停止运行,轴瓦容易因缺油而损坏。

3)火灾、爆炸事故。电网发生晃电时,系统电压突降产生大电流超出设备的额定电流,造成设备过热,而石油石化生产装置大部分是密闭空间,容易引发火灾或者爆炸事故。

 

2电网晃电统计分析及应对措施

2.1电网晃电统计分析


 

1国内石油石化企业晃电事件统计图

如图1所示,对国内石油石化企业1010个晃电事件进行统计采样。电压暂降到额定电压50%以上,且持续时间在0.5s以下的晃电事件有790个点,占总数的78.22%;持续时间在1s以下的有830个点,占总数的82.18%;持续时间在2s以下的有849个点,占总数的84.06%。电压暂降到额定电压50%以下,且持续时间在0.5s以下的晃电事件有152个点,占总数的15.05%;持续时间在0.5s以上的有7个点,占总数的0.7%。通过分析,可以看出:

1)绝大多数晃电事件集中在0.5s以内(约占93%),可通过抗晃电措施进行预防。

2)绝大多数晃电事件为电压暂降到50%以上的轻微晃电(约占84%),可通过成本较低的抗晃电接触器等措施减小损失。

3)电压暂降到50%以下的严重失电压情况概率较低(约占16%),其中持续时间在0.5s以上的情况更少(约占0.7%)。

2.2应对措施

1)对电压暂降到50%以上的绝大多数事件,可考虑采用抗晃电接触器或在电动机的控制回路中加装再起动控制器等方法,增加断电延时,避免电动机因短时低电压停机。

2)对电压暂降到50%以下,且持续时间在0.5s以下的事件,可考虑对重要负荷加装动态电压暂降补偿器或电压暂降综合控制器等方法,对电源电压补偿,避免电动机因失电压停机,如图2所示。

 

2动态电压暂降补偿示意图

3)对电压暂降到50%以下,且持续时间在0.5s以上的事件,主要原因是继电保护整定时间大于0.5s的相邻线路发生了短路。可考虑对相邻的长时限线路加装快速保护,减少对敏感负荷的晃电冲击。目前油田化工区负荷主要由电业局繁荣变和电力集团宏伟热电厂系统连接。110kV系统与油田接口电源除建新甲乙线、让马线外,主保护都装设了光纤纵差或横差保护,此前相关部门已决定由炼化公司投资在建新甲乙线装设光纤纵差保护。35kV相关系统兴胜一次变、龙虎泡一次变电站和电业局让变电站有10条35kV出线主保护时间为1s;6(10kV)系统马鞍山一次变电站和建新一次变电站的部分6kV出线的主保护时间为0.6s。可考虑加装快速保护,来减少对化工区生产设备的晃电冲击。

 

3有关建议

1)晃电对电压质量要求较高用户的影响巨大。大庆石油石化企业是国家能源的重要生产单位,多年来受晃电影响,应重视该问题的解决。

2)国内外对晃电制定了相应的标准,研究出治理措施,并在一些重要负荷上应用取得成效。但整体解决方案存在投入较高、改造技术复杂等难题。

3)建议结合大庆油田石油石化负荷的生产实际,对特别重要负荷加装动态电压暂降补偿器或电压暂降综合控制器,有效降低电网晃电的影响。

4)建议大庆油田电网对重要35kV和6kV线路加装快速保护,减少对石油石化企业生产设备的晃电冲击。

 

4安科瑞智能电动机保护器介绍

4.1产品介绍

智能电动机保护器(以下简称保护器),采用单片机技术,具有抗干扰、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护,并设有SOE故障事件记录功能,方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口,DC4-20mA模拟量输出,方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。

4.2技术参数

4.2.1数字式电动机保护器

技术参数

技术指标

ARD2(L)

ARD2F

ARD3

辅助电源

电压

AC85V~265V/DC100V~350V

功耗

≤7VA

≤15VA

额定工作电压

AC380V/AC660V,50Hz/60Hz

额定工作电流

1A(0.1~9999)

5A(0.1~9999)

1.6A(0.4A~1.6A)

6.3A(1.6A~6.3A)

25A(6.3A~25A)

100A(25A~100A)

250A(63A~250A)

800A(250A~800A)

继电器输出触点容量

AC250V/3A;DC30V/3A

AC250V/6A

开关量输入

2路

9路

环境

工作温度:-10ºC~55ºC

贮存温度:-20ºC~65ºC

相对湿度:5﹪~95﹪不结露

海拔高度:≤2000m

污染等级

2

防护等级

IP20

主体IP20,显示单元IP45

安装类别

III级

 

4.2.2模块式电动机保护器

技术参数

技术指标

ARD3T辅助电源

AC/DC110/220V或AC380V,功耗≤15VA

电机额定工作电压

AC380V/660V,50Hz/60Hz

电动机额定工作电流

1.6(0.40A-2.00A)

使用测量模块测量

6.3(1.6A-6.3A)

25(6.3A-25A)

100(25A-100A)

250(63A-250A)

采用外置电流互感器+测量模块

800(250A-800A)

漏电

50mA-1A

采用测量模块+漏电流互感器

3A-30A

继电器输出触点容量

阻性负载

AC250V、6A;DC24V、6A

感性负载

AC250V、2A;DC24V、2A

主体开关量输入、输出

4DI、4DO,DI可以为干节点或湿节点

开关量模块

4DI、3DO,DI可以为干节点或湿节点

温度模块

外接传感器类型:PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC

传感器路数:3路

传感器对应测量范围:

PT100/PT1000:-50°C~+500°C

Cu50:-50°C~+150°C

PTC/NTC:100Ω~30kΩ

模拟量模块

可实现:2路4~20mA输入测量,2路4~20mA变送输出4~20mA输入测量精度±0.5%4~20mA输出带载能力为≤500Ω

主体通讯

RS485:Modbus-RTU

通讯模块

RS485:双Modbus-RTU、Profibus

环境

工作温度

-10ºC~55ºC

贮存温度

-25ºC~65ºC

相对湿度

≤95﹪不结露,无腐蚀性气体

海拔

≤2000m

污染等级

3级

防护等级

主体IP20,分体显示模块IP45(安装在柜体上)

安装类别

III级

 

4.3产品选型

型号

功能

ARD2

ARD2L

ARD2F

ARD3

ARD3T

应用场合

低压0.4kv-1.14kv电动机保护

保护功能

起动超时

过载

欠载

短路

阻塞

堵转

不平衡

反馈超时





外部故障

模块结构故障





内部故障





过压



欠压



断相

相序



过功率




欠功率



tE时间



主体温度保护



主体温度传感器故障





模块温度保护





模块温度传感器故障





报警

失压重起(抗晃电)



4-20mA输入保护





剩余电流

(选一种)

接地

漏电

通讯功能

Modbus_RTU

Modbus_RTU




开关量

输入

2




6






8





4路标配4路选配

9




继电器

输出

4

2路标配

2路选配




5



2路标配

3路选配


6






7





4路标配3路选配

液位信号输入

浮球式液位传感器输入






干簧式液位传感器输入






液位变送输入






起动控制



4-20mA模拟量输出

事件记录

8条事件记录



20条事件记录




运行信息记录



逻辑功能

定时器





计数器





真值表





参数测量

三相电流

漏电流



三相电压



功率、功率因数



频率

电能




PTC/NTC



4-20mA输入





测温模块





液位高度






界面显示

LED数码管显示





LCD液晶显示


说明:"表示具备,“"表示可选。

 

5结语

综上所述,抗晃电应用技术成效显著,在煤化工领域应用价值较高,结合现状来看,实施抗晃电技术,可以助力企业安全生产,同时让企业生产保持高效。随着产业结构调整,煤

化工生产规模加大,在这样的背景下,生产连续性逐渐加强,为了避免大规模设备跳车,从源头减少晃电现象,保证生产系统连续运转,需要对新型抗晃电技术研究投入更多的精力,结合现实需求,开发新技术,减少晃电不良影响,帮助煤化工生产创造更多的价值。

 

参考文献

[1] 段新亮.石油石化生产企业敏感负荷抗晃电问题的研究

[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版