冶金企業(yè)電壓凹陷分析

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【摘要】冶金企業(yè)電壓凹陷嚴(yán)重困擾了企業(yè)的發(fā)展，對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)秩序擾動(dòng)很大，簡(jiǎn)單的外部事故或內(nèi)部故障以及非正常停電，時(shí)常造成電網(wǎng)電壓大幅波動(dòng)或短時(shí)斷電情況，導(dǎo)致重大損失。對(duì)此進(jìn)行大力整治，有效地解決了失電及電壓凹陷對(duì)供電系統(tǒng)的影響，確保了供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。先進(jìn)的控制方法以及策略的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行目標(biāo)，同時(shí)還介紹了電壓凹陷的產(chǎn)生機(jī)理和解決方案。

【關(guān)鍵詞】企業(yè)電網(wǎng)；電壓凹陷；治理

引言

電壓凹陷是長(zhǎng)期困擾供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的難題，尤其在冶金企業(yè)中，用電負(fù)荷集中，各工序連續(xù)生產(chǎn)銜接非常緊密，一旦某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生中斷會(huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)秩序的穩(wěn)定，給生產(chǎn)造成重大影響。本企業(yè)冶金系統(tǒng)發(fā)生的電力事故中，電壓凹陷占70%以上，電壓凹陷問(wèn)題已對(duì)各單位的生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。為最大限度地減少電壓凹陷對(duì)于公司生產(chǎn)全局的影響，特成立公司低壓系統(tǒng)電壓凹陷治理技術(shù)攻關(guān)小組，制定低壓系統(tǒng)電壓凹陷的治理方案，解決瓶頸問(wèn)題。

1電壓凹陷產(chǎn)生的機(jī)理

1.1電壓凹陷的概念

電壓凹陷是指供電系統(tǒng)某點(diǎn)電壓有效值短時(shí)下降后又恢復(fù)到標(biāo)稱(chēng)值的現(xiàn)象。其典型持續(xù)時(shí)間為0.5~30周波。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將其定義為下降到額定值的90%~1％，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）將其定義為下降到額定值的90％~10％。電壓凹陷的幅值、持續(xù)時(shí)間和相位跳變是標(biāo)稱(chēng)電壓凹陷最重要的三個(gè)特征量。

1.2電壓凹陷產(chǎn)生的原因

電壓凹陷產(chǎn)生的原因主要包括系統(tǒng)運(yùn)行和用戶(hù)用電兩方面，系統(tǒng)方面的原因有各種短路故障、雷擊致使保護(hù)動(dòng)作、開(kāi)關(guān)操作、變壓器以及電容器組的投切等；用戶(hù)方面的原因有內(nèi)部短路、大型電機(jī)的啟動(dòng)以及軋機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)。其中短路故障可引起深度電壓凹陷，也是造成危害最大的電壓凹陷，屬于瞬時(shí)凹陷范疇，也是冶金企業(yè)最難治理和防范的電壓凹陷。冶金企業(yè)供電網(wǎng)絡(luò)，不同于電力系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)，具有用電負(fù)荷集中，用電設(shè)備復(fù)雜、非線(xiàn)性、不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷多、系統(tǒng)波動(dòng)大、而系統(tǒng)阻抗與線(xiàn)路阻抗比較小，網(wǎng)內(nèi)電氣元件發(fā)生故障時(shí)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行設(shè)備影響范圍大。瞬間的電壓波動(dòng)將造成系統(tǒng)內(nèi)多臺(tái)或近百臺(tái)電動(dòng)機(jī)跳閘、設(shè)備停機(jī)，電網(wǎng)電壓恢復(fù)后電機(jī)不能自行恢復(fù)運(yùn)行，導(dǎo)致連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程紊亂，并有可能造成生產(chǎn)及設(shè)備事故。針對(duì)連續(xù)多年網(wǎng)內(nèi)故障錄波的統(tǒng)計(jì)分析，各類(lèi)故障的發(fā)生概率，以及電壓凹陷的幅值來(lái)看，110kVPCC點(diǎn)在電壓凹陷的持續(xù)時(shí)間均小于100ms，其中80％電壓凹陷持續(xù)時(shí)間在40~80ms；90％的電壓凹陷事件是由單相接地故障引發(fā)的，兩相故障和三相故障造成的電壓凹陷事件只占10％左右；110kVPCC點(diǎn)在電壓凹陷時(shí)的殘余電壓沒(méi)有小于0.1P•U的，其中80％的電壓凹陷的殘余電壓在0.4P•U以上。

2制定解決方案和實(shí)施

2.1對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)確定治理范圍

為保證公司整體生產(chǎn)秩序盡可能不受事故影響，保證關(guān)鍵生產(chǎn)單位的主體設(shè)備不損壞，通過(guò)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，確定以下治理范圍：（1）煉鐵廠(chǎng)：高爐低壓供電系統(tǒng)。（2）煉軋廠(chǎng)：連鑄機(jī)低壓供電系統(tǒng)、液壓站供電系統(tǒng)、中板軋機(jī)液壓站、線(xiàn)棒軋機(jī)液壓站的供電系統(tǒng)。（3）碳鋼薄板廠(chǎng)：連鑄機(jī)低壓供電系統(tǒng)、液壓站供電系統(tǒng)及熱軋機(jī)組的液壓站供電系統(tǒng)。（4）不銹鋼廠(chǎng)：連鑄機(jī)低壓供電系統(tǒng)、液壓站供電系統(tǒng)及熱軋機(jī)組的液壓站供電系統(tǒng)。（5）動(dòng)力廠(chǎng)：連鑄泵站、板坯泵站、四泵站、不銹鋼泵站供應(yīng)連鑄機(jī)系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)的低壓供電系統(tǒng)。

2.2采取的措施和方案比較

（1）對(duì)于低壓受電開(kāi)關(guān)跳閘的解決方案。方案一：各單位根據(jù)不同廠(chǎng)家型號(hào)的開(kāi)關(guān)，選用配置有延時(shí)失壓脫扣裝置的失壓元件，要求時(shí)間可調(diào)（0~999ms），功能投退可設(shè)。方案二：根據(jù)工藝要求，特別重要負(fù)荷，解除受電斷路器失壓保護(hù)聯(lián)鎖。方案三：選用帶有儲(chǔ)能元件的延時(shí)開(kāi)關(guān)。（2）對(duì)于部分重要低壓負(fù)荷延時(shí)失電問(wèn)題，主要解決部分風(fēng)機(jī)、冷卻泵組等重點(diǎn)設(shè)備的延時(shí)失電。方案一：普通接觸器更換為永磁接觸器。方案二：軟啟帶旁路接觸器更換為變頻軟起重合控制器。方案三：修改DCS邏輯程序，在DCS程序中增加電流延時(shí)控制功能。方案四：變頻啟動(dòng)設(shè)備采用DC-BANK裝置或掉（失）電跨越技術(shù)。方案五：對(duì)控制回路進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。方案六：增加快切裝置，進(jìn)行雙路電源快速切換。方案七：不能停電的用戶(hù)采用UPS電源提供逆變電源。方案八：有條件的改變運(yùn)行方式，從兩個(gè)不同電源點(diǎn)取電。

2.3比選可行的策略和方案實(shí)施

（1）選燒廠(chǎng)：對(duì)于電磁站電源側(cè)開(kāi)關(guān)加裝延時(shí)模塊（16塊），接觸器更換為永磁式接觸器（37塊），另對(duì)中礦泵的變頻器程序進(jìn)行修改（2臺(tái)）。（2）焦化廠(chǎng)：對(duì)于電機(jī)用接觸器采用接觸器輔助保持控制器（16塊），對(duì)于低壓變頻器加裝變頻器/軟啟動(dòng)器重合控制器（16塊）。（3）煉鐵廠(chǎng)：3#~6#高爐主運(yùn)料皮帶采用永磁接觸器代替普通接觸器（8塊）；助燃風(fēng)機(jī)、密封風(fēng)機(jī)、2#高爐爐基水泵采用接觸器控制回路增加DZQ-B型接觸器輔助保持控制器（10個(gè)）；水渣3臺(tái)水泵采用軟啟動(dòng)控制回路增加DZQ-C型接觸器輔助保持控制器（3個(gè)）。（4）煉軋廠(chǎng)：方坯及板坯配電室開(kāi)關(guān)更換為新型斷路器（13臺(tái)），更換永磁式接觸器（15臺(tái)），4#、5#機(jī)各采用一套UPS不間斷電源供電，4#、5#機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)更換變頻器，1#~3#機(jī)變頻器采用DC-BACK改造。（5）碳鋼薄板廠(chǎng)：煉鋼對(duì)于電磁站電源側(cè)開(kāi)關(guān)加裝延時(shí)模塊（17塊），接觸器控制回路加裝UPS供電（3處）；7#、8#連鑄機(jī)區(qū)域開(kāi)關(guān)和接觸器加裝輔助保持延時(shí)裝置（120個(gè)），對(duì)于其連鑄機(jī)MCC室加裝2套30kVA的UPS不間斷電源，并對(duì)連鑄機(jī)拉矯機(jī)變頻器采用DC-BACK方式進(jìn)行改造；熱軋系統(tǒng)開(kāi)關(guān)加裝輔助保持延時(shí)裝置（11個(gè)），保證液壓系統(tǒng)不斷電；冷軋、鍍鋅系統(tǒng)開(kāi)關(guān)加裝輔助保持延時(shí)裝置（4個(gè)）保證照明用電；RH爐開(kāi)關(guān)加裝輔助保持延時(shí)裝置（25個(gè)），更換永磁式接觸器（6個(gè)）。（6）動(dòng)力廠(chǎng)：制氧系統(tǒng)中6000制氧1#、2#空壓機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)加裝動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，負(fù)荷約50kW，重要機(jī)組低壓負(fù)荷更換永磁接觸器；給水系統(tǒng)中水泵用接觸器更換為永磁式接觸器（21個(gè)），對(duì)于帶軟啟動(dòng)裝置水泵更換66個(gè)變頻軟起重合控制器，變頻器進(jìn)線(xiàn)帶接觸器采用進(jìn)線(xiàn)接觸器加裝DZQ-B輔助保持控制器,變頻器加裝變頻軟起重合控制器（8組）；燃?xì)庀到y(tǒng)中二加壓380V二受電等開(kāi)路塑料外殼式斷路器更換永磁接觸器；其他選礦8BS-1、2重介質(zhì)，凈煤加壓站6kV煤氣切割1#、2#變，不銹鋼變10kV燃?xì)庹?#、2#動(dòng)力變，碳鋼冷軋10kV開(kāi)關(guān)站燃?xì)庹?#、2#動(dòng)力變，四泵站10kV八萬(wàn)氣柜一、二回，煉鋼變10kV轉(zhuǎn)爐泵站1#、2#變低壓斷路器加裝變頻軟起重合控制器；供電系統(tǒng)中更換鐵前及鐵合金變低壓開(kāi)關(guān)及退出瞬時(shí)脫扣功能；熱力系統(tǒng)中的空壓站低壓開(kāi)關(guān)及退出瞬時(shí)脫扣功能。（7）檢修工程部：煉鋼轉(zhuǎn)爐、選礦控制等系統(tǒng)加裝UPS不間斷電源。

3完善制度，后續(xù)保障

（1）治理范圍所列低壓供電系統(tǒng)斷路器或開(kāi)關(guān)瞬時(shí)失壓脫扣功能退出，并進(jìn)行備案，形成相應(yīng)的管理制度。（2）未列入治理范圍但目前實(shí)際已退出瞬時(shí)失壓脫扣的斷路器及空開(kāi)退出，但要求各單位要做好登記并報(bào)動(dòng)力能源處備案，嚴(yán)禁擴(kuò)大退出失壓脫扣斷路器或開(kāi)關(guān)范圍。（3）連鑄機(jī)拉矯機(jī)變頻器故障復(fù)位功能鍵需做入生產(chǎn)操作工藝監(jiān)控系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位功能，保證變頻器因瞬時(shí)失壓后，可快速?gòu)?fù)位，確保快速啟機(jī)。（4）各單位完成相關(guān)操作手冊(cè)內(nèi)容的修改工作，動(dòng)力能源處進(jìn)行監(jiān)督檢查。（5）由于防止突然來(lái)電的技術(shù)措施退出，各單位要尤其嚴(yán)格執(zhí)行防止突然來(lái)電的組織措施，在恢復(fù)送電過(guò)程中，要確認(rèn)配出開(kāi)路全部在斷開(kāi)位置，嚴(yán)防突然來(lái)電發(fā)生安全事故。（6）動(dòng)力廠(chǎng)要采取措施在電壓凹陷時(shí)保證煉鐵廠(chǎng)、煉軋廠(chǎng)、碳鋼薄板廠(chǎng)、不銹鋼廠(chǎng)等單位連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)的穩(wěn)定、保質(zhì)供應(yīng)。（7）各單位在退出低壓開(kāi)關(guān)的瞬時(shí)脫扣功能時(shí)，必須系統(tǒng)退出，保證從變壓器二次側(cè)開(kāi)關(guān)直至該用電設(shè)備的所有開(kāi)關(guān)的瞬時(shí)脫扣功能全部退出。（8）發(fā)生電壓凹陷時(shí)，6#連鑄機(jī)必須保持正常生產(chǎn)狀態(tài)不能發(fā)生變化，其他連鑄機(jī)必須保持出尾坯狀態(tài)，不能發(fā)生臥坯現(xiàn)象。（9）各單位電氣責(zé)任人要對(duì)本單位低壓斷路器或空開(kāi)退出運(yùn)行后，電動(dòng)機(jī)設(shè)備再啟動(dòng)功率進(jìn)行核算，并與保證定值進(jìn)行比較，確保供電變壓器定值滿(mǎn)足要求。（10）煉軋廠(chǎng)要做好連鑄機(jī)結(jié)晶器液面控制方案，防止發(fā)生溢鋼現(xiàn)象。（11）檢修工程部要做好UPS等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作，在瞬時(shí)失電時(shí)，要保證高爐、連鑄機(jī)PLC及網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)正常工作。

4結(jié)束語(yǔ)

酒鋼宏興股份公司通過(guò)近兩年的電壓凹陷治理，系統(tǒng)解決了瞬時(shí)電壓凹陷對(duì)生產(chǎn)的影響，有效降低了故障影響的范圍，達(dá)到了保證生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、順行的管理目標(biāo)

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作者：孔慶雷 單位：酒鋼集團(tuán)能源中心