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    防晃電交流接觸器方案對比研究

    防晃電交流接觸器方案對比研究

    時間:2018/4/13作者:admin點擊: 422

    并采用定性分析的方法,分析了母線殘壓情況、電動機殘壓情況以及電壓恢復時是否存在直接啟動和反相位合閘的問題。并指出采用接觸器晃電保持方案和快切裝置相結合的方式,既保證了快速恢復供電,也使系統沖擊電流最小。

    電網因雷擊、短路、重合閘、同一段設備啟動或故障以及其他原因造成電網電壓短時大幅度波動、短時中斷數秒的現象俗稱“晃電”[1-3]。對于交流接觸器,當系統電壓發生晃電時,若電壓在某一瞬間低于接觸器線圈的釋放電壓,導致低壓馬達停止運行會導致用戶的嚴重損失[4-5],文獻[6]也指出接觸器對電壓暫降敏感度影響因素都很多。

    目前交流接觸器的防晃電方案主要有晃電后接觸器再啟、晃電接觸器保持、采用防晃電交流接觸器和采用延時分批再啟等方案。文獻[7]指出采用專門的防晃電交流接觸器不適于防晃電要求較高的場合,而采用分批延時再啟動不利于快速的恢復供電,只適用于晃電持續時間較長電動機停轉時分批啟動電動機(按工藝分批啟動),避免造成對系統電壓的沖擊。

    綜上所述,目前交流接觸器的防晃電方案中,普遍采用的是晃電后再啟接觸器和晃電時接觸器保持不釋放方案(防晃時間一般設定500~1000ms)。應用中存在著對兩種方案的系統電壓情況、電動機殘壓情況以及電壓恢復時是否系統存在沖擊電流等認識較為模糊問題。

    本文采用定性分析的方式,來分析晃電時兩種方案接觸器釋放或保持吸合對母線殘壓、電機能量交互的影響情況,得出了分析對比結論并提出應用建議。

    1 接觸器防晃電的兩種方案

    交流接觸器防晃電再啟動方案如圖1(a)所示,當系統發生晃電時,電壓降低使接觸器釋放;若電壓在再啟裝置設定的防晃電時間內恢復,再啟裝置QD繼電器接點閉合,使接觸器重新吸合,保證了供電回路繼續工作。

    其中:端子3,8為裝置提供電源(裝置內部有儲能元件)并進行晃電判斷;端子4,5接接觸器輔助位置KM,判斷接觸器運行狀態;端子6,7為延時斷開信號輸出給DCS,防止接觸器在晃電時輔助位置KM釋放,造成DCS誤判。

    交流接觸器防晃電保持方案[8]如圖1(b)所示,當系統電壓發生晃電時,保持裝置判斷出電壓擾動并可能造成接觸器釋放,迅速的切斷接觸器線圈交流電源并對其輸出相匹配的直流電源,保持接觸器繼續可靠吸合。

    如在保持裝置設定的防晃電時間內交流電壓恢復,裝置切斷直流電源恢復交流電源;如果系統電壓未恢復,則關斷直流電源,接觸器釋放。其中:裝置的1,2為控制電源輸入;端子4,5接線圈兩端;端子3,6為電源接入同時作為晃電判斷;端子7,8為分批延時再啟動出口(選配)。

    (a)接觸器防晃電再啟動方案接線圖

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    (b)接觸器防晃電保持方案接線圖

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    圖1 接觸器防晃電方案接線圖

    上面所述的兩種接觸器防晃電解決方案應用最廣,但也一直存在優缺點的爭論。再啟動方案的堅持者認為,此方案原理簡單,應用可靠,已經基本滿足工程應用的要求;而保持方案的堅持者認為,晃電時接觸器不脫扣可充分利用母線殘壓的支撐,電動機不會快速停機或反轉,避免電源恢復時再合接觸器造成的沖擊。

    2 系統晃電母線殘壓分析

    系統晃電時母線殘壓情況可采用定性分析,若采用定量計算法須依據系統接線,故障類型和精確的短路計算才能進行,往往數據難以獲得且復雜,而采用定性分析來闡述即避免了大量的計算又能清楚地說明問題。

    母線變化趨勢如圖2所示:電源S1發生的遠端故障被切除,廠用電系統備用電源S2切換供電過程中低壓母線電壓的變化趨勢。

    圖2 高壓側電源異常時低壓母線殘壓趨勢圖

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    圖2中供電系統S1發生短路時,廠用母線電壓為短路電壓UF(短路電壓的大小取決于故障類型、廠用電等效阻抗、系統等效阻抗等)。短路發生至切除時間由外部系統決定,典型值一般為100~200ms(圖2中的Tqc)。

    短路故障切除后到備用電源未投入時間內,廠用母線進入到殘壓階段(殘壓大小取決于電動機群的容量、剩余電磁能等,一般電動機群越大殘壓值相對越高,衰減時間與負載特性相關)。殘壓持續時間取決于備用電源轉供時間(圖2中的Tqh)。

    3 防晃電再啟方案特性分析

    圖3(a)作為交流接觸器失壓再啟防晃電方案等效分析圖。在故障發生至備用電源投入的時間(Tqc+Tqh)內接觸器為釋放狀態(接觸器是否釋放與電壓的幅值和時間有關系),低壓電動機群與低壓母線完全斷開,各電動機按自身的特性殘壓曲線自由衰減。

    重載電動機轉速下降較快而輕載電動機轉速下降較慢。重載電動機如圖3(c)所示,電動機儲存的電磁能快速的被負載消耗,電壓恢復時電動機轉速已降為0,再啟裝置啟動接觸器合閘時為全壓啟動,啟動電流可達到5~8倍電動機額定電流。輕載電動機如圖3(d)所示,電壓恢復時電動機轉速可不為0,再啟裝置啟動接觸器合閘時由于電動機殘壓的存在易導致反相位合閘,引起較大的合閘沖擊。

    由于在Tqc+Tqh時間內,接觸器完全釋放,造成電動機的殘壓不能體現在母線上,因此低壓母線電壓快速下降,如圖3(b)所示。此時高壓備自投或快切裝置檢測的高壓母線殘壓并不包含低壓電動機群的殘壓,造成殘壓檢測不充分。

    (a)再啟方案分析系統等效分析圖

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    (b)低壓母線殘壓情況

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    (c)M1電動機殘壓情況

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    (d)M2電動機殘壓情況

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    圖3 接觸器釋放時母線殘壓與電動機殘壓

    4 防晃電保持方案特性分析

    當采用接觸器保持方案解決晃電問題時,在Tqc+Tqh段時間內接觸器不釋放,如圖4(a)所示。輕載電動機內的電磁能量可通過母線傳輸給重載電動機;低壓電動機視為一個電動機群,高壓機群與低壓機群之間通過降壓變、低壓母線進行能量傳輸,因此電動機之間可充分的行能量互補,輸出剩余電磁轉矩。

    在Tqc+Tqh段時間內(一般500ms左右)低壓機群間的能量互補、高低壓之間能量互補可使低壓電動機群處于較為緩慢的減速段,低壓母線殘壓如圖4(b)所示。高壓側的備自投和快切裝置測量的母線殘壓值為真實的殘壓值,有利于備用電源的準確投入。

    (a)保持方案能量互補圖

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    (b)保持方案低壓母線殘壓

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    圖4 晃電接觸器不釋放時能量互補與母線殘壓

    5 防晃電保持與高壓快切方案分析

    備用電源快速切換裝置可避免備用電源電壓與母線殘壓在相角、頻率相差過大時合閘而對系統造成沖擊,如失去快速切換的機會,則裝置自動轉為同期捕捉或判殘壓及長延時切換,同時在電壓跌落過程中,可按延時甩去部分非重要負荷,以利于重要輔機的自啟動。提高廠用電切換的成功率[9]。

    如圖5(a)所示,高壓側利用快切裝置,低壓側采用接觸器保持防晃電方案?烨醒b置參數可按圖5(b)所示的電機殘壓曲線和耐受沖擊電流進行設定。

    在高壓側發生短路后,進線斷路器被保護跳開,快切裝置將分析計算高壓母線殘壓與備用進線電壓并進行快速切換(滿足壓差、角差、頻差)。

    (a)低壓晃電保持同高壓快切裝置結合等效圖

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    (b)電動機殘壓曲線和耐受沖擊允許電流

    交流接觸器防晃電方案對比研究

    圖5 晃電時快切裝置與保持方案配合

    高壓側的快切裝置在切換過程中,低壓側由于采用了防晃電接觸器保持方案,接觸器一直處于吸合狀態,保證了切換裝置捕捉殘壓信息的可靠性,為快速恢復供電提供了保證。

    6 實例分析

    蘭州某催化劑廠供電方案使用了如3(a)所示的主接線方式,0.4kV母線下有3臺200kW管道進料電動機(泵),5臺其他類型負載電動機。該段0.4kV母線接觸器采用了防晃電再啟方案解決接觸器晃電,再啟動裝置時間設定為500ms。

    2015年某次晃電事故時發現進料電機無法再啟,事后分析主要原因為晃電時接觸器脫扣后主管道內部壓力較大,電動機在回流壓力下反轉,電壓恢復后再啟裝置發合閘指令時,瞬間沖擊電流過大,導致電動機保護裝置跳閘使電動機無法啟動。

    后期采用了接觸器保持與高壓快切裝置相結合的方案,在晃電結束后快切裝置在高壓側檢同期合閘,避免此問題的發生。此后發生的多次晃電事故證明,此方案均能可靠抗擊晃電事故,未造成進料電動機停車事故。

    7 結論

    本文對交流接觸器的失壓再啟防晃電方案和保持防晃電方案進行了分析,指出采用失壓再啟方案時由于接觸器觸點已經釋放,導致電動機群之間無法進行能量交換、高壓和低壓能量不能交換;電動機電磁能量各自衰減,電壓恢復時再合接觸器會導致直接啟動或反相位合閘沖擊的問題,同時也會導致備自投或快切裝置殘壓判斷不準確。采用保持防晃電方案,則不會造成上面的問題。

    用戶在充分的考慮晃電持續的時間與電壓下降的情況下,可優先采用保持防晃電方案與快切裝置動作時間相配合,在滿足沖擊電流最小的情況下快速的恢復備用電源,減小供電中斷時間。

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