1、天然气处理装置防电网波动技术的应用摘要：从断路器欠压保护、整定时间以及电网恢复正常后设备重启等几个方面着手，确定了该问题的解决办法，可防止由于电网瞬时波动导致装置停机的事件再次发生，为天然气分公司轻烃上产提供技术保障。关键词：电网波动；技术措施；天然气处理装置 中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号： 天然气分公司电力系统共有 35 千伏变电所 6 座，6 千伏配电所 18 座，6 千伏线路 49Km。生产装置有原油稳定、深冷、浅冷装置共 24 套，具有大型机组多，设备单机价值高，恢复开车时间长等特点，因此供电量大且集中，电力负荷密度大，供电可靠性要求高。其中 8 套装置因低压电
2、网波动累计造成停车事故 21 起，直接影响 24 套装置正常运行，低压电网波动已经成为电气方面停机的主因。据近几年来事故统计，每年平均达 8 次之多，每次的电网波动，都会造成运行中的低压动力设备瞬时“失压”跳闸，导致生产装置因工艺联锁而停车。这对装置的安全、长周期、高负荷生产造成严重的不利影响，并会造成设备损坏、环境污染，同时也给企业造成了巨大的经济损失。因此，采取防电网波动技术可解决因电网电压波动引起低压系统失电的问题。 一、问题的分析 天然气分公司油气处理装置由于电网波动导致装置停机的次数较多，影响了装置的平稳运行，其原因为当电压降低到 85%额定电压以下时，380V/220V 低压系统中
3、的接触器线圈就会返回断电，造成电机停运和其它供电回路停电，从而引起装置停机。6KV 高压系统因电源进线开关低电压保护有 0.5s 的低电压延时跳闸，一般能躲过电网波动时间，不易造成影响，也未发生过停高压电机的问题，主要受影响的是 380V/220V 低压系统。系统电网故障或事故引起瞬时电压突降后又恢复正常，查阅6KV/380V 变压器录波器记录，此类事故造成的电压波动时间约为 46 个周波，即 80120ms，而一般交流接触器最大释放时间为 20ms，因此在电压恢复正常前，接触器都已释放，装置停车。据统计电网瞬间波动事故对装置的影响（停车）约占供电事故的 80%以上，而且实际上在如此短（不超过
4、 120ms）的瞬间，对电机转速、转矩的影响可以忽略不计，那么装置中流量、液位、压力、温度等工艺参数仍能保持在设定范围内，只要能使相关的电气设备在电压突降时间内不跳闸或者跳闸后瞬间又合闸，生产装置就不会停车。这里所指的相关电气设备（对气处理装置而言）包括：压缩机和制冷机高压电机、配电室 380V/220V 进线开关、泵和风机等低压电动机、变频器。 二、问题的解决方案 根据上述分析，逐项制订解决问题的方案。要系统地、全面地从安全、工艺、控制、环保、设备等各方面加以认真考虑、论证后确认实施这些技术措施后不会给操作人员和生产装置带来新的安全隐患。 2.1 压缩机和制冷机高压电机 高压异步电机都装设有
5、时限不同的低电压保护(常规继电器或专用保护模块)，采用常规低电压保护延时 0.5s 可以躲过波动时间不跳闸。只要保证其附属的循环水泵、润滑油泵不停机，高压电机就不会受到影响。2.2 配电室 380V/220V 进线开关 （1）针对老式进线开关，可采取的方法是取消进线开关的欠压线圈。当出现电网波动电压降低时，欠压不动作跳闸，但是这种方法也带来了几个问题：当高压侧失压时，380V/220V 进线开关也不动作，给操作人员带来一定的难度；当上级母联开关自投不成功时，对于低压单母线分段的情况，380V/220V 母联开关自投因欠压解除也无法动作；失压的情况下，虽然 380V/220V 进线开关不动作，但
6、是 380V/220V 低压出线接触器线圈因电压过低已经失电动作了。取消进线开关低电压只解决了380V/220V 进线开关电网波动造成局部停电的影响。 （2）对于新上的 380V/220V 进线开关（无失压延时脱扣） ，采取去掉欠压脱扣器，在其跳闸回路中加装欠电压延时的办法，见图 1。在电压回路加装 3 个 KV，当电压降低时，KV 动作，1KV、2KV、3KV 常闭闭合，启动时间继电器使其动作，经过一定的延时后（一般 0.5s）开关跳闸。对于电网波动造成的电压降低，由于电网波动只有几个周波，可以躲过去，故开关不跳闸。当正常失压时，经过 KT 的延时断开 380V/220V 进线开关，它和前一
7、种方法具有明显的优点：当高压侧失压时，380V/220V进线开关经过延时后仍可动作；即使上级母联自投不成功，它仍可以自投，保证了供电可靠性。但是这种方法同样无法解决单个回路中接触器可能由于电压低而断电的问题。 图 1 加装电压继电器后的电路图 （3）装置的低压配电室中的进线开关或出线开关，若装设有低电压保护(一般包括瞬动和延时失压脱扣器、继电器式低电压保护装置和智能开关的控制器设置有失压保护等)，当电网波动持续时间超过开关低电压延时跳闸整定时限，低电压保护装置正常动作，开关跳闸。进线和重要低压开关如装设有瞬动失压脱扣器，应予拆除；智能型开关的失压保护，可在控制器内将失压保护设置为“无效” ，或
8、将其失压延时跳闸时间整定为稍大于电网波动时间；对于继电器式低电压保护装置，也可将失压延时时间整定为大于电网波动时间。对于工艺上不允许失压停机后再启动的设备，则应保留原来配置或整定值。 2.3 泵和风机等低压电动机 在天然气处理装置中，低压鼠笼式异步电机的使用十分广泛，其最常用控制方式为起停按钮与交流接触器、热继电器的组合方式。在电网波动时，由于控制电源电压也随之下降，无法维持交流接触器线圈保持电压而使其释放，导致运行设备停转，由于 DCS 联锁动作或工艺参数发生变化而使生产装置停车。要使生产装置中的重要低压电机在系统电网波动后，继续保持运行或实现再启动，技术上可采取的技术措施有 2 种，一种是
9、控制回路电源采用 UPS 供电，控制电源完全不受电网波动影响；另一种是对控制回路进行改造，使得接触器在电网波动释放瞬间（80120ms）电网恢复正常马上自动吸合，即当电网波动引起控制回路断电的瞬间，装置中工艺参数尚未偏离设定值范围，控制回路又自动恢复工作，将生产装置稳住。 （1）方案一。用 UPS 替代交流电源作为电动机的控制电源，可以有效地防止由于系统电网波动而影响低压电动机运行。同时要在各低压电机的控制回路中做到:在系统电网波动持续时间较长的情况下，各电动机必须同未改造时一样失压停运，生产装置停车，以免造成危害。为此，要对配电室母线电压进行检测，当母线电压波动时间大于允许值，则应使电动机停
10、运，装置进人正常停车程序。这种方法特别适用于像天然气处理装置这种工艺联锁要求高、电动机控制集中的场合，可以将电网波动对设备和工艺参数的冲击和影响减少到最小。 （2）方案二。通过给电机控制回路加装时间继电器、MRR 专用继电器、采用 PLC 控制等方法，实现装置电动机的再启动。一是加装时间继电器。具体做法为：在接触器线圈上并联一个 KT，延时时间整定为 1s，见图 2。当出现电网波动引起电压降低时，供电回路断电，保持节点 C 断开，同时 KT 线圈由于失电返回，KT 节点将起动回路保持接通一定时间。由于电网波动的时间很短，当系统恢复正常时，由于 KT 节点的接通使供电回路恢复供电。这种方法接线简
11、单、成本低，缺点是电网波动低电压启动值和恢复值完全由继电器的线圈参数决定，在实际使用中很难确定，且再启动完全依靠 KT，若 KT 拒动或误动，则对生产设备和人身形成巨大隐患。另外还无法实现批次再起动。当电网波动恢复正常时，所有回路都同时恢复，尤其是有再起动要求的电机多且容量较大时，可能造成变压器过流动作跳闸。二是使用 MRR 专用继电器实现单台动机电机的再启动，见图 3。MRR 专用继电器又称防晃电继电器，此类时间继电器通过实时监测交流接触器工作电压及自保持触点的状态，判断电网电压的波动状况及恢复时间，并按继电器设定值和程序动作。若电网电压波动时间在设定的允许时间内，电动机由时间继电器 MRR
12、 经设定的延时时间自起动，保证生产的安全与连续性;若电网电压波动时间超过设定的允许时间，继电器及时间闭锁输出判断为电源中断，闭锁电源自起动。MRR 可以保证其设定参数掉电不丢失，且无需要用户维护的部件，克服了普遍断电延时型时间继电器在动作响应等方面存在的缺陷，且接线 、改造简单，可轻松安装于抽屉柜、低压屏、控制箱等设备上。通过对 MRR 设定不同的再启动时间，可以准确地实现电动机群的分批再启动，减少启动电流对供电系统和变压器的冲击，避免因电动机同时群起而造成进线开关跳闸。特别适用于再启动电机数量多，且进线开关容量受限的场合。三是使用PLC 编程的再起动装置，它可以通过检测系统电压的方法来实现再
13、起动，以避免变压器过流动作，同时还可以实现电机再起动的优先级，系统原理如图 4 所示。其原理简述如下:首先，对电网波动前运行的电机状态进行记忆并进行状态自保；电网波动母线电压恢复后，立即再启动第一批电动机(程序中预先设定再启动顺序)，若母线电压升高到 85%以上，电流小于 3Ie，则第二批电机再启动，依次类推，共分若干批实现再启动。但如果 3s 后仍然有某些电动机未再启动，则这些电机不进行再启动。母线失电前就已经停运的电机不启动。这种方法充分考虑了母线电压与电机再启动两者之间的相互影响，能够保证电机有足够的启动转矩，避免再启动失败，可以很好地实现装置中重要电动机的分批再启动的顺序控制，具有很高
14、的可靠性。随着技术的不断发展，市面上还出现了一种通过工控机控制的微机控制异步电动机自起动柜，其原理和 PLC 编程的再起动装置基本一样，但造价相对较高。 图 2 加装时间继电器后的供电回路图 3 加装 MRR 专用继电器后的供电回路 （3）方案的比较与选择。从可靠性来看，用 UPS 替代交流电源作为电动机的控制电源的方式可靠性最高，控制回路加装时间继电器可靠性最低；从改造难易程度和后期维护来看，控制回路加装时间继电器的方式最易，加装 MRR 专用继电器的方式次之，使用 PLC 编程的再起动装置和用 UPS 替代交流电源作为电动机的控制电源的方式改造及维护工作量大；从投资来看，控制回路加装时间继
15、电器的方式最省，加装 MRR 专用继电器的方式次之，使用 PLC 编程的再起动装置和用 UPS 替代交流电源作为电动机的控制电源的方式投资均较大；经比较分析后控制回路加装MRR 专用继电器的方式更优，推荐采用该方案对天然气分公司装置配电装置进行改造。 2.4 变频器 在电网波动过程中，变频器电源电压幅值下降，如果变频器参数组中的自动复位组参数设置不当，变频器将会因“欠压”故障而停运，之后不再重新启动，从而使变频器所带的电动机停运，影响装置的正常运行。针对电网波动对变频器带来的影响，可以采用将 4 位式电机控制开关改为 2 位式或 3 位式，将控制开关的启动位和运行位改为一个位置，可以避免变频器
16、因电网波动造成的断电影响。对于变频器，可以通过变频器操作面板，设定自动复位参数组中欠压启动为“有效” ，即在电网电压恢复后，欠压故障可以自动复位，变频器将自行再启动。 三、结论 根据近两年的数据统计，天然气分公司由于电网波动造成装置停车平均每年为 8 套次，应用防电网波动技术后，这些装置正常运行 2 小时可创利约 60 万元，同时避免了因电网波动造成泵、风机等设备的损坏，节约设备维修费用，确保天然气处理装置的可靠运行；同时还减少了天然气放空量，降低了火炬燃烧产生的废气对环境的污染，保证下游用户装置高负荷生产、降低工人劳动强度，试应用效果具有推广价值。 参考文献： 1林秀端.电机再启动应用技术J.电工技术，2002（6）：51-52. 2苏文成.工厂供电M.北京：机械工业出版社，1981.228.
