DQZHAN技術訊：電動機保護器在化工行業抗晃電中的應用
摘要
介紹目前常用的抗晃電措施，著重介紹使用電動機保護實現抗晃電的方法。
關鍵詞
ARD；電動機保護器；抗晃電；JB/T 10736
0 引言
“晃電”指的是電網因雷擊、對地短路、重合閘、設備起動、發電廠故障及其他原因造成電網電壓短時失壓、電網電壓短時大幅度波動、短時斷電數秒等的電能質量事件。化工企業對系統供電可靠性的要求較高，一旦出現供電系統晃電，會引起保護設備欠壓誤保護、生產設備意外停機，致使生產線癱瘓、事故擴大，導致非常大的經濟損失，甚至對操作人員的**構成威脅。
1常用的抗晃電的措施
1.1 UPS抗晃電系統
DCS、PLC等控制系統的工作電源由UPS電源接入，實現抗晃電的目的。在線式UPS 工作原理如圖1 所示，電網正常工作時，給負載供電，同時給儲能電池充電；當市電欠壓或突然掉電時，UPS電源開始工作，由儲能電池給負載供電。
圖1 在線式UPS工作原理
系統發生晃電時，接觸器的線圈依靠UPS供電正常工作，保持主觸頭的吸合，避免晃電造成電機停機；當母線失電超過一定的時間后，根據二次控制部分設定的時間斷開輸出，避免電壓恢復后事故的發生。其控制接線圖如圖2 所示。
圖2 UPS控制接線圖
1.2 DC-BANK 抗晃電系統
變頻器抗晃電有如下方法：
（1）取消變頻器低壓保護設置，設置快速重起動。該方法缺點是關鍵電機的停止、重起會影響生產的連續性和造成次品增加，另外低壓往往會表現為變頻器的過流保護，而取消過流保護會增加變頻器本身損壞隱患，因此，這種方式在連續性生產要求較高的石化企業很少使用。
（2）DC-BANK系統，主要應用于變頻電機和PLC/DCS 供電系統。電網正常時變頻器由交流母線供電，DC-BANK 系統處于熱備狀態；電網晃電或備自投切換時，電網電壓下降，轉換成由DC-BANK 向變頻器的直流母線供電，變頻器保持正常工作。其工作模式如圖3，單臺控制邏輯圖如圖4 所示。
圖3 DC-BANK系統工作模式
圖4 DC-BANK系統單臺控制邏輯
1.3 電動機的抗晃電措施
交流接觸器廣泛使用于低壓電動機控制系統中，常用電機控制電路如圖5 所示，晃電發生后接觸器斷開，會使電動機停轉。
圖5 電機控制電路
電動機抗晃電主要為接觸器抗晃電，交流接觸器的抗晃電方法：
（1）采用抗晃電接觸器（具有延時釋放/避開彈跳區的接觸器），晃電出現時接觸器不立即釋放,也不工作在臨界彈跳區，其安裝接線如圖6所示。
圖6 抗晃電接觸器接線圖
（2）在原有的交流接觸器上增加延時模塊，控制電路如圖7 所示。
圖7 增加延時模式的控制電路
（3）加裝再起動控制器，起動控制線路如圖8 所示。
圖8 加裝再起動控制器的控制線路
（4）使用帶有抗晃電功能的電動機保護器。電動機保護器具有過載、斷相、不平衡、堵轉、阻塞、起動超時、過壓、欠壓、接地、漏電等保護功能；具有電流測量、電壓測量、頻率測量、功率測量等測量功能；具有起動控制、抗晃電功能、失壓重起等控制功能；具有4-20mA DC變送輸出，MODBUS、PROFIBUS通訊功能。安科瑞ARD系列電動機保護器抗晃電控制回路（保護模式）見圖9所示。
圖9 ARD系列電動機保護器抗晃電控制回路（保護模式）
工作原理如下：95-96接點作為保護接點，保護器上電后處于常閉狀態，當出現故障或輔助電源斷電后變為常開狀態；7-8接點同起動按鈕SB2并聯，出現晃電后7-8吸合維持控制回路處于起動狀態，電壓瞬間后可執行重起功能。
采用直接起動方式的抗晃電控制原理如圖10所示，95-96接點功能同圖9，7-8接點為起動控制繼電器，保護器接收到SB1發出點動起動信號后，7-8吸合并自保持，接觸器KM線圈得電接通電機主回路；保護器接收到SB2發出點動停止信號后，7-8輸出斷開，接觸器KM線圈失電，斷開電機主回路；發生晃電后，線圈KM失電，電機主回路被切斷，保護器根據晃電時間長短自動選擇執行“立即重起動”，“分批延時自起動”或“禁止起動”。
圖10 采用直接起動方式的抗晃電控制原理
電動機保護器行業標準（JB/T 10736）中對抗晃電（失壓重起）功能描述要求：“具有欠電壓（失壓）重起動保護功能的保護器，因主電路欠電壓故障或失壓停車，若在“立即重起動時間”內電壓恢復至正常（允許重起動設定值以上）時，保護器可使電動機立即恢復至電動機停車前的運行狀態（不經過起動延時、降壓等過程）；若超過“立即重起動失壓時間”而在“延時重起動延時時間”設定時間內，電壓恢復至欠電壓（失壓）重起動設定值以上，則電動機按“延時重起動延時時間”延時起動（與正常起動的過程相同），延時時間允許誤差為±10%；若超過“延時重起動延時時間”后電壓恢復，則電動機不再自動重起動，恢復電壓值誤差不大于±10%。”
2 電動機保護器抗晃工作原理及相關參數的設置
以安科瑞ARD系列電動機保護為例。為實現抗晃電功能，電動機保護器需帶有抗晃電模塊，將交流電輸入接在抗晃電模塊的輸入端，抗晃電模塊的輸出接到電動機保護器的輔助電源輸入端，電動機保護器的電壓測量信號取自接觸器上級，防止晃電時接觸器脫開，無法測得恢復電壓。線路正常供電時抗晃電模塊的內部儲能裝置處于儲能狀態，晃電期間由抗晃電模塊儲能設備向電動機保護器供電，維持電動機保護器正常工作。當系統電壓恢復到“重起動電壓”后，電動機保護器對晃電持續時間進行判斷，時間小于“立即重起動失電時間”立即吸合“輸出繼電7-8起動電動機；晃電時間長于“立即重起動失電時間”，而小于“允許失電時間”，執行延時重起動；晃電時間長于“允許失電時間”，不執行起動。
電動機保護器可以實現晃電立即重起動、失壓延時重起動、失壓時間過長閉鎖起動，并且帶有過載、斷相、堵轉、阻塞、過壓、欠功率等**的保護功能，可以確保電動機的平穩運行，并減少系統投資，在化工行業使用具有實際意義，相關參數的設置見表1說明。
表1 相關參數設置
參數
范圍
說明
重起動電壓
（75%-95%）Ue
Ue為系統額定電壓。系統電壓恢復到此設定值后認為晃電結束電壓恢復。
立即重起失電時間
(0.1-0.5）s
通常說的晃電時間，晃電時間短，恢復后可立即重起。
允許失電時間
(0.5-10）s
*大失電/失壓時間，超出此時間不執行起動，大于立即“重起失電時間”小于此時間執行分批重起動，防止電機同時造成電網沖擊。
重起延時
(1-60）s
分批重起延時時間，不同電機設定不同延時時間防止電機同時重起，沖擊電網。
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