冶金企業電壓凹陷分析

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【摘要】冶金企業電壓凹陷嚴重困擾了企業的發展，對企業正常生產秩序擾動很大，簡單的外部事故或內部故障以及非正常停電，時常造成電網電壓大幅波動或短時斷電情況，導致重大損失。對此進行大力整治，有效地解決了失電及電壓凹陷對供電系統的影響，確保了供電系統的安全運行。先進的控制方法以及策略的應用，實現了企業電網的可靠、安全、經濟、高效運行目標，同時還介紹了電壓凹陷的產生機理和解決方案。

【關鍵詞】企業電網；電壓凹陷；治理

引言

電壓凹陷是長期困擾供電系統穩定運行的難題，尤其在冶金企業中，用電負荷集中，各工序連續生產銜接非常緊密，一旦某一生產環節發生中斷會影響到整個生產秩序的穩定，給生產造成重大影響。本企業冶金系統發生的電力事故中，電壓凹陷占70%以上，電壓凹陷問題已對各單位的生產造成嚴重威脅。為最大限度地減少電壓凹陷對于公司生產全局的影響，特成立公司低壓系統電壓凹陷治理技術攻關小組，制定低壓系統電壓凹陷的治理方案，解決瓶頸問題。

1電壓凹陷產生的機理

1.1電壓凹陷的概念

電壓凹陷是指供電系統某點電壓有效值短時下降后又恢復到標稱值的現象。其典型持續時間為0.5~30周波。國際電工委員會（IEC）將其定義為下降到額定值的90%~1％，電氣與電子工程師協會（IEEE）將其定義為下降到額定值的90％~10％。電壓凹陷的幅值、持續時間和相位跳變是標稱電壓凹陷最重要的三個特征量。

1.2電壓凹陷產生的原因

電壓凹陷產生的原因主要包括系統運行和用戶用電兩方面，系統方面的原因有各種短路故障、雷擊致使保護動作、開關操作、變壓器以及電容器組的投切等；用戶方面的原因有內部短路、大型電機的啟動以及軋機等沖擊性負荷的投運。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，屬于瞬時凹陷范疇，也是冶金企業最難治理和防范的電壓凹陷。冶金企業供電網絡，不同于電力系統供電網絡，具有用電負荷集中，用電設備復雜、非線性、不對稱負荷多、系統波動大、而系統阻抗與線路阻抗比較小，網內電氣元件發生故障時，對系統內運行設備影響范圍大。瞬間的電壓波動將造成系統內多臺或近百臺電動機跳閘、設備停機，電網電壓恢復后電機不能自行恢復運行，導致連續生產過程紊亂，并有可能造成生產及設備事故。針對連續多年網內故障錄波的統計分析，各類故障的發生概率，以及電壓凹陷的幅值來看，110kVPCC點在電壓凹陷的持續時間均小于100ms，其中80％電壓凹陷持續時間在40~80ms；90％的電壓凹陷事件是由單相接地故障引發的，兩相故障和三相故障造成的電壓凹陷事件只占10％左右；110kVPCC點在電壓凹陷時的殘余電壓沒有小于0.1P•U的，其中80％的電壓凹陷的殘余電壓在0.4P•U以上。

2制定解決方案和實施

2.1對各系統進行評價確定治理范圍

為保證公司整體生產秩序盡可能不受事故影響，保證關鍵生產單位的主體設備不損壞，通過系統的評價，確定以下治理范圍：（1）煉鐵廠：高爐低壓供電系統。（2）煉軋廠：連鑄機低壓供電系統、液壓站供電系統、中板軋機液壓站、線棒軋機液壓站的供電系統。（3）碳鋼薄板廠：連鑄機低壓供電系統、液壓站供電系統及熱軋機組的液壓站供電系統。（4）不銹鋼廠：連鑄機低壓供電系統、液壓站供電系統及熱軋機組的液壓站供電系統。（5）動力廠：連鑄泵站、板坯泵站、四泵站、不銹鋼泵站供應連鑄機系統冷卻水系統的低壓供電系統。

2.2采取的措施和方案比較

（1）對于低壓受電開關跳閘的解決方案。方案一：各單位根據不同廠家型號的開關，選用配置有延時失壓脫扣裝置的失壓元件，要求時間可調（0~999ms），功能投退可設。方案二：根據工藝要求，特別重要負荷，解除受電斷路器失壓保護聯鎖。方案三：選用帶有儲能元件的延時開關。（2）對于部分重要低壓負荷延時失電問題，主要解決部分風機、冷卻泵組等重點設備的延時失電。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控制功能。方案四：變頻啟動設備采用DC-BANK裝置或掉（失）電跨越技術。方案五：對控制回路進行改進優化。方案六：增加快切裝置，進行雙路電源快速切換。方案七：不能停電的用戶采用UPS電源提供逆變電源。方案八：有條件的改變運行方式，從兩個不同電源點取電。

2.3比選可行的策略和方案實施

（1）選燒廠：對于電磁站電源側開關加裝延時模塊（16塊），接觸器更換為永磁式接觸器（37塊），另對中礦泵的變頻器程序進行修改（2臺）。（2）焦化廠：對于電機用接觸器采用接觸器輔助保持控制器（16塊），對于低壓變頻器加裝變頻器/軟啟動器重合控制器（16塊）。（3）煉鐵廠：3#~6#高爐主運料皮帶采用永磁接觸器代替普通接觸器（8塊）；助燃風機、密封風機、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）；水渣3臺水泵采用軟啟動控制回路增加DZQ-C型接觸器輔助保持控制器（3個）。（4）煉軋廠：方坯及板坯配電室開關更換為新型斷路器（13臺），更換永磁式接觸器（15臺），4#、5#機各采用一套UPS不間斷電源供電，4#、5#機結晶器振動臺更換變頻器，1#~3#機變頻器采用DC-BACK改造。（5）碳鋼薄板廠：煉鋼對于電磁站電源側開關加裝延時模塊（17塊），接觸器控制回路加裝UPS供電（3處）；7#、8#連鑄機區域開關和接觸器加裝輔助保持延時裝置（120個），對于其連鑄機MCC室加裝2套30kVA的UPS不間斷電源，并對連鑄機拉矯機變頻器采用DC-BACK方式進行改造；熱軋系統開關加裝輔助保持延時裝置（11個），保證液壓系統不斷電；冷軋、鍍鋅系統開關加裝輔助保持延時裝置（4個）保證照明用電；RH爐開關加裝輔助保持延時裝置（25個），更換永磁式接觸器（6個）。（6）動力廠：制氧系統中6000制氧1#、2#空壓機勵磁系統加裝動態電壓恢復器，負荷約50kW，重要機組低壓負荷更換永磁接觸器；給水系統中水泵用接觸器更換為永磁式接觸器（21個），對于帶軟啟動裝置水泵更換66個變頻軟起重合控制器，變頻器進線帶接觸器采用進線接觸器加裝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）；燃氣系統中二加壓380V二受電等開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，凈煤加壓站6kV煤氣切割1#、2#變，不銹鋼變10kV燃氣站1#、2#動力變，碳鋼冷軋10kV開關站燃氣站1#、2#動力變，四泵站10kV八萬氣柜一、二回，煉鋼變10kV轉爐泵站1#、2#變低壓斷路器加裝變頻軟起重合控制器；供電系統中更換鐵前及鐵合金變低壓開關及退出瞬時脫扣功能；熱力系統中的空壓站低壓開關及退出瞬時脫扣功能。（7）檢修工程部：煉鋼轉爐、選礦控制等系統加裝UPS不間斷電源。

3完善制度，后續保障

（1）治理范圍所列低壓供電系統斷路器或開關瞬時失壓脫扣功能退出，并進行備案，形成相應的管理制度。（2）未列入治理范圍但目前實際已退出瞬時失壓脫扣的斷路器及空開退出，但要求各單位要做好登記并報動力能源處備案，嚴禁擴大退出失壓脫扣斷路器或開關范圍。（3）連鑄機拉矯機變頻器故障復位功能鍵需做入生產操作工藝監控系統，并實現自動復位功能，保證變頻器因瞬時失壓后，可快速復位，確保快速啟機。（4）各單位完成相關操作手冊內容的修改工作，動力能源處進行監督檢查。（5）由于防止突然來電的技術措施退出，各單位要尤其嚴格執行防止突然來電的組織措施，在恢復送電過程中，要確認配出開路全部在斷開位置，嚴防突然來電發生安全事故。（6）動力廠要采取措施在電壓凹陷時保證煉鐵廠、煉軋廠、碳鋼薄板廠、不銹鋼廠等單位連鑄機冷卻水系統的穩定、保質供應。（7）各單位在退出低壓開關的瞬時脫扣功能時，必須系統退出，保證從變壓器二次側開關直至該用電設備的所有開關的瞬時脫扣功能全部退出。（8）發生電壓凹陷時，6#連鑄機必須保持正常生產狀態不能發生變化，其他連鑄機必須保持出尾坯狀態，不能發生臥坯現象。（9）各單位電氣責任人要對本單位低壓斷路器或空開退出運行后，電動機設備再啟動功率進行核算，并與保證定值進行比較，確保供電變壓器定值滿足要求。（10）煉軋廠要做好連鑄機結晶器液面控制方案，防止發生溢鋼現象。（11）檢修工程部要做好UPS等相關設備的運行維護工作，在瞬時失電時，要保證高爐、連鑄機PLC及網絡通信系統正常工作。

4結束語

酒鋼宏興股份公司通過近兩年的電壓凹陷治理，系統解決了瞬時電壓凹陷對生產的影響，有效降低了故障影響的范圍，達到了保證生產安全、穩定、順行的管理目標

[參考文獻]

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作者：孔慶雷 單位：酒鋼集團能源中心