天然气处理站深冷装置抗晃电技术研究
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摘要：从阐述晃电的发生原因以及特点入手，针对其中对晃电“敏感”的设备及元件——高压电机、低压开关欠电压脱扣器、交流接触器、设备控制柜，分析晃电对这些设备及元件的影响机理，相应提出了抗晃电的改进措施。
关键词：晃电;抗晃电;高压电机;欠电压脱扣器;设备控制柜
0 前言
大港油田天然气处理站（以下简称处理站）主要处理大港油田的伴生天然气，隶属于大港油田天然气公司，其核心生产装置——深冷装置对供电的可靠性要求较高。自1975年建站以来，该站多次因晃电造成深冷装置停车，每次停车都导致大量天然气放空，需要较长时间才能恢复生产。由于天然气的易燃易爆特性，晃电造成的深冷装置异常甚至失控状态也存在极大的安全隐患。[1]
处理站所有电源均引自大港油田电力公司压气站110kV变电所，该变电所为处理站的总降压变电所，其21条馈线中有18条为处理站供电，处理站的电源质量与该变电所的运行情况密切相关。经过对处理站电力系统历年来的的晃电进行分析，处理站电力系统晃电的情形有两种：
（1）电压短时跌落，即电网电压短时间内跌至额定电压的10%～90%，持续时间为0.01s至2s，其主要特征是电力线路未脱离电网。
（2）、电源短时中断，中断时间一般持续在2秒以内，其主要特征是电力线路短时间脱离电网。
由于压气站110kV变电所不归大港油田天然气公司管辖，协调上游供电部门改造上游電网有一定难度。对处理站来说，应对晃电的方法有两种，第一种是改造处理站的内部电网，使其达到类似不间断电源的效果，第二种是对站内易受晃电影响的配电设备或用电设备的控制原理或运行参数进行调整，在确保运行安全的情况下使其最大限度耐受晃电的影响。其中第一种方法的好处是对上述两种类型的晃电均能有效克服，国内已有产品投放市场，其缺点是价格高昂，并且如果用电负荷较大且具有高压用电设备的场所，该措施的经济投入会更大。鉴于此，下文根据第二种方法对配电设备或用电设备的控制原理和运行参数进行分析，分析其抗晃电改造的可行性，并提出改进措施。
1 对晃电“敏感”的设备或器件及其抗晃电改进措施
根据处理站历史上多次晃电停车事件的原因分析，并查阅设计资料和产品手册分析电气设备或电气元件的工作原理，深冷装置中对晃电敏感的设备或器件主要有高压电动机、低压配电室的进线开关、交流接触器以及设备控制柜等，下面分别论述其抗晃电改造的改进措施。
1.1 高压电动机
处理站的天然气压缩机均由高压电机驱动，这些高压电机的微机保护上都设有低电压保护，但是原电压整定值和动作时限不一致，其中电压整定值最高为4500V，最低为3000V，时限最长的为10s，最短的为0.5s。根据上述第一种晃电的电压跌落幅度和持续时间，低电压保护4500V、0.5s的整定值是很容易达到的，因此上述第一种晃电造成高压电动机低电压保护动作跳闸的可能性比较大。为了避免深冷装置在晃电发生时停车，高压电机应能实现自启动。根据《工业与民用配电设计手册》（第四版）中关于高压电机低电压保护的要求，需要自启动的电动机，其低电压保护的整定值一般为额定电压的45%～50%，时限一般为9s。[2]考虑到电压跌落或中断2s后高压电机的转速将降至很低，这时如果变电所同一母线上有两台以上高压电机由于电压恢复同时启动，将对电网造成较大冲击，因此将低电压保护的动作时限整定得太高，将对电网的安全、平稳运行不利。建议将低电压保护的电压整定值和动作时限统一调整为3000V和1.5s，这样多数情况下高压电机能够“躲过”第一种晃电的影响。[2]
1.2 低压配电室的进线开关
处理站部分低压配电室的进线开关以前安装了瞬动型的欠电压脱扣器，安装欠电压脱扣器的功能是为了实现低压母联开关的备自投功能。根据产品标准，欠电压脱扣器在其电压降至额定电压的35%～70%时可能会动作，降至35%以下时能够可靠动作。上述第一种晃电会造成电压跌至正常电压的10%～90%，与欠电压脱扣器的动作电压有较大的重合区，因此很可能导致欠电压脱扣器动作，处理站已多次发生这种情况。由于晃电只是一种短暂的供电异常，很短时间后电源即恢复正常，因此根本没有必要在发生晃电时使欠电压脱扣器动作以投入备用电源。经过查阅产品使用手册，不同厂家进线开关均可选配瞬动型或延时型的欠电压脱扣器，延时型的欠电压脱扣器延时时间均可达到1.5s以上。根据第一种晃电的特点，延时型的欠电压脱扣器经受第一种晃电不动作的可能性是非常大的。处理站目前所有低压配电室进线开关的瞬动型欠电压脱扣器均更换为了延时型。
1.3 对交流接触器的影响
处理站深冷装置中的大部分机泵都是低压电机驱动，这些设备的控制回路基本上都采用了交流接触器的自保持功能。根据国家标准，交流接触器的衔铁在线圈电压降至20%～75%时可能释放，降至20%时应可靠释放。虽然这与前述第一种晃电的电压跌落范围有很大的重合区，但是从处理站实际运行来看，该种晃电较少造成接触器的衔铁释放。目前提高交流接触器抗晃电能力主要有两种措施，第一种是使用特制的抗晃电的交流接触器，第二种是对交流接触器的控制回路由UPS供电，但这两种措施的投入均不菲，综合考虑笔者认为对交流接触器进行抗晃电改造的意义并不大。
1.4 对设备控制柜的影响
由于建设时间较早，处理站进口压缩机、深冷一期装置的膨胀机和热媒炉的控制柜电源都直接取自电网，而未采用UPS供电。这几台设备的控制柜内均有PLC、中间继电器，晃电易造成PLC的存储单元和继电器的触点改变状态，从而引起设备停运。根据《HG/T20509-2000仪表供电设计规定》和《SH/T3082-2003石油化工仪表供电设计规范》中的要求，设备控制柜应采用UPS供电，这样就避免了设备控制柜内的PLC模块中的软触点以及中间继电器等电气原件的硬触点因为晃电而发生状态改变。对此类设备采用UPS供电可提高抗晃电能力也已经在石化行业上得到证实。[3]处理站深冷装置中所有设备的控制柜均改为了UPS供电。
3 结语
2013年8月处理站完成了上述改造，改造完成后五年多的运行中仅发生过一次晃电造成的深冷装置停车事件，而以往基本上平均每年发生一次因晃电造成的深冷装置停车事件，因此上述改造的效果非常明显。该改造对石油天然气、石化行业具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 张伟.工厂“晃电”现象与抗“晃电”措施[J].中国设备工程，2003，（3）：33页-34页
Zhang Wei. Electricity Dazzling and Anti-electricity Dazzling in Factories[J].China Plant Engineering，2003，（3）：33-34
[2] 任元会.工业与民用配电设计手册 [M].第三版.北京：中国电力出版社，2005：328-329
Ren Yuan-hui. Design Manual of Electric Power Distribution[M].The Third Edition. Beijing： China Electric Power Press， 2005：328-329
[3]孙英杰，曹庆，孙世铭.UPS电源在DCS系统中的应用[J].天然气与石油，2000，18（4）：43-45
Sun Yingjie，Cao Qing，Sun Shiming. Application of the UPS in DCS[J].Natural Gas and Oil，2000，18（4）：43-45
【作者简介】史德平（1981-），男，河南新野人，工程师，主要从事电力系统运行、维护的管理工作。
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