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        冶金企业电压凹陷分析

        【摘要】冶金企业电压凹陷严重困扰了企业的发展,对企业正常生产秩序扰动很大,简单的外部事故或内部故障以及非正常停电,时常造成电网电压大幅波动或短时断电情况,导致重大损失。对此进行大力整治,有效地解决了失电及电压凹陷对供电系统的影响,确保了供电系统的安全运行。先进的控制方法以及策略的应用,实现了企业电网的可靠、安全、经济、高效运行目标,同时还介绍了电压凹陷的产生机理和解决方案。

        【关键词】企业电网;电压凹陷;治理

        引言

        电压凹陷是长期困扰供电系统稳定运行的难题,尤其在冶金企业中,用电负荷集中,各工序连续生产衔接非常紧密,一旦某一生产环节发生中断会影响到整个生产秩序的稳定,给生产造成重大影响。本企业冶金系统发生的电力事故中,电压凹陷占70%以上,电压凹陷问题已对各单位的生产造成严重威胁。为最大限度地减少电压凹陷对于公司生产全局的影响,特成立公司低压系统电压凹陷治理技术攻关小组,制定低压系统电压凹陷的治理方案,解决瓶颈问题。

        1电压凹陷产生的机理

        1.1电压凹陷的概念

        电压凹陷是指供电系统某点电压有效值短时下降后又恢复到标称值的现象。其典型持续时间为0.5~30周波。国际电工委员会(IEC)将其定义为下降到额定值的90%~1%,电气与电子工程师协会(IEEE)将其定义为下降到额定值的90%~10%。电压凹陷的幅值、持续时间和相位跳变是标称电压凹陷最重要的三个特征量。

        1.2电压凹陷产生的原因

        电压凹陷产生的原因主要包括系统运行和用户用电两方面,系统方面的原因有各种短路故障、雷击致使保护动作、开关操作、变压器以及电容器组的投切等;用户方面的原因有内部短路、大型电机的启动以及轧机等冲击性负荷的投运。其中短路故障可引起深度电压凹陷,也是造成危害最大的电压凹陷,属于瞬时凹陷范畴,也是冶金企业最难治理和防范的电压凹陷。冶金企业供电网络,不同于电力系统供电网络,具有用电负荷集中,用电设备复杂、非线性、不对称负荷多、系统波动大、而系统阻抗与线路阻抗比较小,网内电气元件发生故障时,对系统内运行设备影响范围大。瞬间的电压波动将造成系统内多台或近百台电动机跳闸、设备停机,电网电压恢复后电机不能自行恢复运行,导致连续生产过程紊乱,并有可能造成生产及设备事故。针对连续多年网内故障录波的统计分析,各类故障的发生概率,以及电压凹陷的幅值来看,110kVPCC点在电压凹陷的持续时间均小于100ms,其中80%电压凹陷持续时间在40~80ms;90%的电压凹陷事件是由单相接地故障引发的,两相故障和三相故障造成的电压凹陷事件只占10%左右;110kVPCC点在电压凹陷时的残余电压没有小于0.1P•U的,其中80%的电压凹陷的残余电压在0.4P•U以上。

        2制定解决方案和实施

        2.1对各系统进行评价确定治理范围

        为保证公司整体生产秩序尽可能不受事故影响,保证关键生产单位的主体设备不损坏,通过系统的评价,确定以下治理范围:(1)炼铁厂:高炉低压供电系统。(2)炼轧厂:连铸机低压供电系统、液压站供电系统、中板轧机液压站、线棒轧机液压站的供电系统。(3)碳钢薄板厂:连铸机低压供电系统、液压站供电系统及热轧机组的液压站供电系统。(4)不锈钢厂:连铸机低压供电系统、液压站供电系统及热轧机组的液压站供电系统。(5)动力厂:连铸泵站、板坯泵站、四泵站、不锈钢泵站供应连铸机系统冷却水系统的低压供电系统。

        2.2采取的措施和方案比较

        (1)对于低压受电开关跳闸的解决方案。方案一:各单位根据不同厂家型号的开关,选用配置有延时失压脱扣装置的失压元件,要求时间可调(0~999ms),功能投退可设。方案二:根据工艺要求,特别重要负荷,解除受电断路器失压保护联锁。方案三:选用带有储能元件的延时开关。(2)对于部分重要低压负荷延时失电问题,主要解决部分风机、冷却泵组等重点设备的延时失电。方案一:普通接触器更换为永磁接触器。方案二:软启带旁路接触器更换为变频软起重合控制器。方案三:修改DCS逻辑程序,在DCS程序中增加电流延时控制功能。方案四:变频启动设备采用DC-BANK装置或掉(失)电跨越技术。方案五:对控制回路进行改进优化。方案六:增加快切装置,进行双路电源快速切换。方案七:不能停电的用户采用UPS电源提供逆变电源。方案八:有条件的改变运行方式,从两个不同电源点取电。

        2.3比选可行的策略和方案实施

        (1)选烧厂:对于电磁站电源侧开关加装延时模块(16块),接触器更换为永磁式接触器(37块),另对中矿泵的变频器程序进行修改(2台)。(2)焦化厂:对于电机用接触器采用接触器辅助保持控制器(16块),对于低压变频器加装变频器/软启动器重合控制器(16块)。(3)炼铁厂:3#~6#高炉主运料皮带采用永磁接触器代替普通接触器(8块);助燃风机、密封风机、2#高炉炉基水泵采用接触器控制回路增加DZQ-B型接触器辅助保持控制器(10个);水渣3台水泵采用软启动控制回路增加DZQ-C型接触器辅助保持控制器(3个)。(4)炼轧厂:方坯及板坯配电室开关更换为新型断路器(13台),更换永磁式接触器(15台),4#、5#机各采用一套UPS不间断电源供电,4#、5#机结晶器振动台更换变频器,1#~3#机变频器采用DC-BACK改造。(5)碳钢薄板厂:炼钢对于电磁站电源侧开关加装延时模块(17块),接触器控制回路加装UPS供电(3处);7#、8#连铸机区域开关和接触器加装辅助保持延时装置(120个),对于其连铸机MCC室加装2套30kVA的UPS不间断电源,并对连铸机拉矫机变频器采用DC-BACK方式进行改造;热轧系统开关加装辅助保持延时装置(11个),保证液压系统不断电;冷轧、镀锌系统开关加装辅助保持延时装置(4个)保证照明用电;RH炉开关加装辅助保持延时装置(25个),更换永磁式接触器(6个)。(6)动力厂:制氧系统中6000制氧1#、2#空压机励磁系统加装动态电压恢复器,负荷约50kW,重要机组低压负荷更换永磁接触器;给水系统中水泵用接触器更换为永磁式接触器(21个),对于带软启动装置水泵更换66个变频软起重合控制器,变频器进线带接触器采用进线接触器加装DZQ-B辅助保持控制器,变频器加装变频软起重合控制器(8组);燃气系统中二加压380V二受电等开路塑料外壳式断路器更换永磁接触器;其他选矿8BS-1、2重介质,净煤加压站6kV煤气切割1#、2#变,不锈钢变10kV燃气站1#、2#动力变,碳钢冷轧10kV开关站燃气站1#、2#动力变,四泵站10kV八万气柜一、二回,炼钢变10kV转炉泵站1#、2#变低压断路器加装变频软起重合控制器;供电系统中更换铁前及铁合金变低压开关及退出瞬时脱扣功能;热力系统中的空压站低压开关及退出瞬时脱扣功能。(7)检修工程部:炼钢转炉、选矿控制等系统加装UPS不间断电源。

        3完善制度,后续保障

        (1)治理范围所列低压供电系统断路器或开关瞬时失压脱扣功能退出,并进行备案,形成相应的管理制度。(2)未列入治理范围但目前实际已退出瞬时失压脱扣的断路器及空开退出,但要求各单位要做好登记并报动力能源处备案,严禁扩大退出失压脱扣断路器或开关范围。(3)连铸机拉矫机变频器故障复位功能键需做入生产操作工艺监控系统,并实现自动复位功能,保证变频器因瞬时失压后,可快速复位,确保快速启机。(4)各单位完成相关操作手册内容的修改工作,动力能源处进行监督检查。(5)由于防止突然来电的技术措施退出,各单位要尤其严格执行防止突然来电的组织措施,在恢复送电过程中,要确认配出开路全部在断开位置,严防突然来电发生安全事故。(6)动力厂要采取措施在电压凹陷时保证炼铁厂、炼轧厂、碳钢薄板厂、不锈钢厂等单位连铸机冷却水系统的稳定、保质供应。(7)各单位在退出低压开关的瞬时脱扣功能时,必须系统退出,保证从变压器二次侧开关直至该用电设备的所有开关的瞬时脱扣功能全部退出。(8)发生电压凹陷时,6#连铸机必须保持正常生产状态不能发生变化,其他连铸机必须保持出尾坯状态,不能发生卧坯现象。(9)各单位电气责任人要对本单位低压断路器或空开退出运行后,电动机设备再启动功率进行核算,并与保证定值进行比较,确保供电变压器定值满足要求。(10)炼轧厂要做好连铸机结晶器液面控制方案,防止发生溢钢现象。(11)检修工程部要做好UPS等相关设备的运行维护工作,在瞬时失电时,要保证高炉、连铸机PLC及网络通信系统正常工作。

        4结束语

        酒钢宏兴股份公司通过近两年的电压凹陷治理,系统解决了瞬时电压凹陷对生产的影响,有效降低了故障影响的范围,达到了保证生产安全、稳定、顺行的管理目标

        [参考文献]

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        [3]肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京:中国电力出版社,2004:133-137.

        [4]杨淑英.电力系统概论[M].北京:中国电力出版社,2003.

        作者:孔庆雷 单位:酒钢集团能源中心

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