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工业低压配电设备晃电不停机的解决方法

2010-07-22 09:40阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1567461387

工业低压配电设备晃电不停机的解决方法
 朱文娟
(兰州石化公司仪表厂,甘肃兰州730060)
摘　要:现代工业生产中由于晃电的发生使得设备停止工作,从而破坏了生产的连续性。综合分析了目前
工业生产低压配电中经常用到晃电不停机的解决方法,最终确定了一种最经济最实用的解决方案。
关键词:晃电;低压配电设备;接触器;UPS
目前配电系统在工业生产中处于决定性的地位,由于晃电现象时有发生,这
给连续性生产带来的损失是巨大的,因此做好“防晃电”系统,是解决晃电所造成损失的关键所在。目前解决电力系统晃电的主要办法有两大类:晃电再启动和晃电接触器不跳闸。晃电再启动是很多电机保护器厂家标榜的优于同类产品的特点,但实际这种自动再启动功能不仅不能帮助系统避开防晃,反而由于众多电机同时启动而易拖垮电网;而发生晃电时,接触器不跳闸的做法,才能从根本上保证设备晃电不停机。
1　晃电的基本概念
 1. 1　什么是晃电
 电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因造成电网短时电压波动或短时断电的现象俗语称“晃电”,晃电时间一般在几秒以下。
1. 2　晃电产生的原因
 电网由各级变电站组成,用户分布点多面广,极易产生短路或过流故障,发生故障后,该回路的继电保护动作,切除故障回路。从故障发生到故障切除时间为20～700ms。在此期间,其它正常回路电压会暂降,造成晃电现象。另外,夏季是雷电多发季,电网电压也会暂降,造成晃电。
1. 3　晃电造成的后果
 如果发生了晃电,一般电气设备的交流接触器线圈就会因为线圈两端电压低于维持电压而使得接触器脱扣,主触头断开,导致机泵停运、设备停电,影响生产的连续性,造成不必要的经济损失,容易造成生产安全事故,损坏生产设备。因此,很多企业尤其是石油化工企业,一些重要机泵在有连续性生产要求的情况下,工艺上不允许设备在电源短时中断(即晃电)的过程中造成设备跳闸停电。
2　交流接触器防晃电的一般解决办法
 防晃电关键在于电源电压下降到交流接触器的释放电压及持续时间超过释放时间时(一般>80ms) ,接触器仍能保持主触头不脱开,晃电发生时电机拖动的设备由于惯性原因,转速不会明显下降,晃电消失后电源系统恢复正常供电后电机电流有小幅度过冲后便恢复到运行值,此时接触器如果不脱扣,即可有效地防止晃电对生产连续性的影响。由于防晃电的功能主要是在接触器线圈上采用某些手段来保证接触器在晃电时不跳闸,其根本原理是保证接触器主触头的闭合,而这种闭合有几种途径:机械闭锁型、永磁型和持续供电型。
2. 1　机械闭锁型的接触器
 根据对众多接触器类型的探求,我们发现许多厂家的接触器产品都带有一种机械锁扣装置(俗称锁扣头) ,现以我们使用过的施耐德接触器为例,在需要合闸运行时,接触器线圈带电吸合后,机械锁扣装置LA6 - DK10M即采用机械提拉的方式闭合主触头,此时电机正常运行,而电机如需正常停机时,就需要另外给接触器的机械锁扣一个电压信号,使得锁扣脱开,从而释放了主触头。这个过程的关键就是锁扣头的吸合、释放信号的电源取自哪里,如果
取在本配电设备(如开关柜、配电盘)上,虽然可以避开晃电带来的影响,但是如果系统停电检修断开上级开关后需要实现接触器分闸就很困难了。因此,可用以下方法来解决这类问题,如图1所示。
需要另接UPS不间断电源给LA6 - DK10M锁扣装置提供电源;回路内还需要一个断电延时动作的时间继电器用以在正常停电检修时断开接触器,而发生短时晃电时保证锁扣头的吸合作用;DCS输入的合闸信号应当是个持续时间较长的信号,通常的脉冲信号不能满足接触器锁扣头吸合的时间过程;现场操作柱上的S1按钮按动合闸时也应尽量多保持一断时间。由此可见,以这种方式来防晃电是不够完美的。
工业低压配电设备晃电不停机的解决方法
2. 2　永磁型交流接触器
目前在市面上出现了很多永磁型断电延时接触器,如松峰电气永磁交流接触器NSFC1 系列,简单地说它是利用了电的正负,产生不同方向的磁场来吸合接触器的。永磁型交流接触器不工作时,动、静触头处于释放状态,如给吸引线圈通电,磁极将产生磁场,使接触器触头从释放位置向吸合位置快速移动,同时也为动触头的释放储存了能量。触头之间一旦产生电弧,电磁间隙变小,这时永磁力就会剧增,吸合速度加快(吸合时间小于20ms) ,从而大大
减少了触头吸合时的烧蚀,永磁力使触头吸合后保持触头压力力矩恒定,不受电网电压波动的影响。接触器触头吸合后,电流控制模块将吸引线圈的电流截止,此时线圈不工作、不耗电,线圈的电流为零,无能耗,线圈不会发热,更不会烧毁,此时完全依靠永磁力将触头保持在吸合状态。与此同时,智能式电子线路控制电压检测模块开始工作,当电压检测模块检测到的控制电压低于规定电压值时,吸合时储存的电能才会给线圈通以反向电流,使动磁极与
静磁极之间产生同极性磁场的相斥力,并与释放弹簧共同作用将永磁型交流接触器触头释放,此时释放能量是传统电磁式交流接触器的数倍,释放速度是电磁式交流接触器3～5倍(小于18ms) ,有效地减少了释放时触头间电弧的燃烧时间。当控制电压高于规定电压值时,既使电压波动也不会影响到动、静触头间的保持力,触头同样不会振颤,完全避免了触头被烧毁的现象。
但是这种接触器由于是利用电磁感应工作的,易产生电磁干扰,因此对现场的使用环境较高,不适用于有大量通信信号传输的环境;而且这种接触器的合分闸与机械闭锁型接触器相似,都需要另外给分闸信号才能使得接触器动作;另外,目前国内永磁接触器行业还处于萌芽阶段,这种永磁接触器价格相对较高。由此可见,以这种方式来做到防晃电也不是最佳选择。
2. 3　持续供电型接触器(或附件)
 广州邦浦FS系列等防晃电模块,利用内部的充放电电源在发生晃电时短时间内给接触器线圈提供保持电压,使得接触器主触头不脱开,其它回路控制原理无变化,如图2所示。
由图2可见,整个控制回路都接在FS - MD模块的输出回路中,控制回路里唯一一个耗电的设备就是接触器线圈,因此可以说接触器线圈所需的电压是由FS - MD模块提供的。正常工作状态下模块处于储能状态,发生“晃电”时模块开始工作,以储能释放的形式保持接触器继续吸合,当电源电压恢复后,控制模块又转入了储能状态,另外它不依赖辅助工作电源和辅助机械装置,因而体积小,可靠性高。但是这种控制方式的缺点就是价格昂贵,在低
压配电柜中使用这种装置每柜至少要增加约1. 5万元的成本。
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3　不间断电源UPS (Un in te rrup tib le Powe rSupp ly)供电
　　因此,可以考虑采用UPS不间断电源给接入接触器线圈的控制回路供电。
UPS电源系统主要分两大部分:主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分,并与负载属那种性质有关,因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同,通常负载功率应满足UPS电源70%的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短,这个时间因各企业情况不同而不同,主要由备用电源的接入时间来定,通常在几分钟或几个小时不等。其工作原理如图3所示。
工业低压配电设备晃电不停机的解决方法

工业低压配电设备晃电不停机的解决方法

通过AC - DC变换和DC - AC逆变过程实现UPS的充放电过程,当市电正常交流380V时,直流主回路有直流电压,供给DC - AC交流逆变器,输出稳定的220V 交流电压,同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。如图4,我们将各回路的控制回路由UPS供电,无论是接触器的合闸和分闸,都与本身接入的电网无关,以西门子接触器3TF49 (85A)为例,线圈保持功率消耗32VA,吸合功率消耗330VA,晃电过程中接触器处于保持状态,因此我们选取的计算数据应为保持功率消耗, 在晃电发生时, 假如采用一台3KVA的UPS提供电源,它所能持续供给的接触器台数简单计算如下。
3000VA ×0. 9 ÷32VA≈ 84台
(负载的功率因数按0. 9计算)
这样,一台3KVA的UPS可乎可以满足84个接触器同时保持吸合状态,按每面低压开关柜平均有6个电机回路来算,可以满足14面低压开关柜接触器线圈的电源需求,目前低压配电部分每台变压器带的抽屉柜大概在14面左右,这样,一台3KVA的UPS即可满足一台0. 4KV变压器所带负荷的不间断供电需求;而它的尺寸也在420 ×140 ×370 (长×宽×高mm)左右,完全可以安装在进柜中;价格在4200元左右,不需要另加增加其它元器件。可见,以这种方式来解决晃电问题是完全可行,并且是最经济最实用的选择。
4　总结
“防晃电”功能在目前配电行业的需求逐渐增大,而配电成套行业本身的成本较高利润空间很小,晃电不停机的解决办法在满足需求之外,更需要在经济性上谋求出路。
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