关于低压电器产品在石化行业安全应用的探讨

邹河清1 , 　陶　骏2

(1. 厦门ABB低压电器设备有限公司,福建厦门　361006;2. 中国石化工程有限公司,北京100101 )

摘　要: 介绍了低压电器产品在石化行业中的安全应用。分析了如何通对低压配电系统中供电系统接地类型、供电备用电源投切、过电压保护和在线监测系统的选择,实现对设备的安全可靠供电。

关键词: 安全供电; 过电压保护; 在线监测

中图分类号: TM 561  　文献标识码: B  　文章编号: 100125531 (2009) 1520054203

0　引　言

石油化工是化学工业的重要组成部分,它包括石油石化和化工两个大部分,囊括了农药、化肥、橡胶助剂、合成材料等行业,近年来一直着较快的增长,占工业经济总量的20 % ,其设备安全运行的重要性是不言而喻的。本文主要针对其中低压控制设备产品的安全运行进行分析。

1　安全可靠的配电系统

　　由于石化行业的很多设备要求运行后不可中断供电,否则会使生产异常中断,引起极大损失(如2000年天津石化由于电源异常,造成全厂工艺流程中止,直接损失2亿以上; 2005年燕山石化切换异常,造成全厂工艺流程中止,直接损失1亿以上等) ,甚至会引起人身安全事故。

石化行业的低压配电通常采用双电源互为备用的方式。两个电源正常时,分列运行;当一个其中一个电源由于故障或检修退出时,另一个电源向两端母线供电,且每台变压器的容量应可提供给两个母线段的设备,即通常所说的全备。图1为低压配电TN系统示意图。由图可见,两个电源正常分列运行,当其中一个电源退出运行时,合上母线分断开关,另一个电源向两段母线供电。

在实际设计过程中,多电源TN 系统由于设计不当,可能在不期望的路径中流过工作电流,这些电流可能产生火灾、腐蚀和电磁干扰。因此,在系统设计及安装时,需注意: ①变压器的中性点处不允许直接接地; ②变压器的中性点处至主配电盘之间的PEN母线应对地绝缘; ③ PEN 母线在主配电盘分为N和PE母线后, N经过主进线开关后接至低压盘内系统的N 母线; ④ PEN 与PE只能一点接地; ⑤所有的馈电回路均采用TN2S系统。

图2为由于系统N线多点接地,且采用三极母联开关,在设备发生故障时,产生杂散电流的情况。图3为采用三极母联开关时,将系统接地方式改为N单点接地,即可相应xx潜在的风险。

图2　N线多点接地,故障时,产生杂散电流情况

为保证系统供电的可靠性,还要求两个电源互投切的可靠和及时。现有的自投切通常采用常规的继电器方式、PLC控制方式、微机综合保护装置和专用自投切控制装置等。使用常规的继电器备自投切换在以往的项目中大量使用,可靠性高且成本较低. 但在工艺上对电压稳定性要求很高的供电系统则有一些不足:

(1) 切换时间较长。由于采用残压取样判断后进行切换原理,在判断出系统需要切换后需等待母线电压下降到不足以对设备造成冲击后才启动切换,最少延时0. 5 s后才开始切换。

(2) 切换后母线电压很低,电动机转速下降很多。由于在切换过程中不比较母线残压和备用电源之间的电压参数,只能等待母线电压下降到很低(一般30 %额定电压以下)时才启动切换,切换完成时,电动机的转速下降很多,基本处于停机状态。

(3) 有电动机成组自起动问题,会对系统造成冲击。由于在切换后母线电压很低,电动机转速下降很多,在重新启动后,需要的启动电流非常大,系统有电动机成组自起动问题,会对系统造成冲击,严重时可能导致继电保护的误动作。

所以,对一些生产连续性要求很高的供电系统,可以采用专用自投切控制装置。根据系统的状态以最快的速度( < 10 ms)把负荷切换到备用线路上,有效防止晃电、保护动作、开关偷跳等,避免在电源切换时造成对设备冲击损坏,母线0 s中断,保证生产连续进行。

2　紧密配合的过电压保护

过电压通常有雷电过电压和操作过电压。

在南方大范围内存在着雷电天气,而雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上:①直接雷击,雷电放电直接击中电力系统的部件,注入很大的脉冲电流; ②间接雷击,雷电放电击中设备附近的大地,在电力线上感应中等程度的电流和电压。

另外,在石化行业的低压系统中,为更好地对各道工序进行过程控制,大量使用了变频器,软起动器等。而大量电子产品和大功率设备越来越多的使用,其起停及线路故障、投切动作等原因,供电系统内部都会带来内部浪涌,给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通信等微电子设备带来致命的冲击,从而对工厂自动化系统带来很严重的后果。

间接雷击和内部浪涌发生的概率较高,绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以,电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。对于低压供电系统,浪涌引起的瞬态过电压保护{zh0}采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口开始逐步进行浪涌能量的吸收,对瞬态过电压进行分阶段抑制。

首先是在系统进线安装大容量电源防浪涌保护器,即Class I级电源防浪涌保护器。按照《建筑物防雷设计规范》标准, LPZ0 区与LPZ1 区的界面处安装第1级SPD,每个SPD的冲击电流不宜小于10 /350μs的计算幅值Ipeak ,选取Iimp > Ipeak ;当选取8 /20μs测试产品时,宜选标称放电电流In ≥15 kA。如OVR BT2 100 ( In = 30 kA、OVR70( In = 30 kA)即可适用,限制电压< 2 000 V。

其次是安装在向重要用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器,即Class II级电源防浪涌保护器。按照《建筑物防雷设计规范》标准,安装在LPZ1 区与LPZ2 区的界面处安装第2级SPD,宜选每个SPD的标称放电电流In ≥5 kA,8 /20μs。通常可以选取OVR40 ( In = 10 kA) ,限制电压< 1 600 V。

{zh1},对于一些特别重要或特别敏感的电子设备,安装第3级SPD,根据标准宜选每个SPD的标称放电电流In ≥3 kA, 8 /20 μs。通常可选取OVR15 ( In = 5 kA) ,相应的限制电压< 1 000 V专门的电源防浪涌保护器,以达到xxxx微小瞬态的瞬态过电压的目的。

3　功能强大的在线监测

低压设备在运行的过程中,各种突发状况总是可能发生,这就要求能在{dy}时间发现问题,并将事故或可能发生的事故限制在最小的影响范围内,这时选用功能强大而稳定的监测系统和控制系统就显得尤为重要。通常监控系统包括有专用的测控元件,本身带测控功能的配电元件和控制元件或微机保护装置。为保证系统的稳定性,{zh0}要求所有的相关设备采用同一公司产品,以便系统的维护和扩展。以ABB系统为例,对于进线柜可通过开关本身的通信单元PR122 /PD或PR123 /PD,也可采用智能仪表,如PMC916, EM +系列,进行对进线开关的测控。对于电动机回路,如采用M102产品,在实现电动机驱动的各种保护外,还可达到自起动,监控通信、遥控等功能。对于可能应用较多的变频器,如ACS800系列可以通过增加通信附件很方便地与系统连接。电容补偿柜,可通过RVT系列与通信系统连接,从经济上考虑,也可采用智能仪表或变送器与系统连接。若有数量较多馈电的回路需要进行监控,则可采用通信模块,如遥信单元RSI32、遥测单元RCM32、遥控单元RCU16实现。当然,若只需对少数重要负荷进行监控,也可以采用EM +系列智能仪表。

4　结　语

本文从接地系统类型选择,备用电源投入,过电压保护和在线系统监控等方面进行探讨,为提高低压系统的供电可靠性提出了一些看法。当然,低压系统中主开关分断能力的选择,上下级配合考虑和电动机保护元件的选择,柜体总体热平衡的考量,及各回路在系统的排布位置甚至二次电源的提供都是非常重要的。根据现场实际情况与设备供应商提供资料编

写的操作流程和规范,并严格执行是必要的。

参考文献

[ 1 ] 　黄妙庆. 电气装置接地和电击防护[ Z]. 2008.收稿日期: 2009201218

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