LNG接收站低压设备防晃电研究及解决方案

LNG接收站低压设备防晃电研究及解决方案

朱国庆

（中石油江苏液化天然气有限公司 江苏 如东 226400）

摘要：本文介绍了晃电产生的原因，晃电对生产工艺的危害，通过对低压电机跳闸原因的分析，研究防晃电技术方案，通过比较选择最佳解决晃电方案，保障工艺设备安全稳定运行。

关键词：晃电、真空接触器、电机跳闸

1 晃电产生的原因及现象

晃电是指因雷击、短路或其他原因造成的电网短时电压波动或短时断电的现象。晃电的基本现象有:电压突降、突升、短时断电、电压闪变。电压突降，电压有效值降至额定值的10%至90%,且持续时间为10ms至1min（典型持续时间为10ms~600ms）；电压突升,电压上升至额定电压的110~180%，持续时间为半个周期至1min；短时断电,持续时间在半个周期至3s的供电中断（如备自投、重合闸等）；电压闪变，电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化，一般表现为人眼对电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。

2 晃电对接收站的危害

电气设备交流接触器由于晃电导致线圈端电压低于维持电压而发生脱扣，主触头断开，所控制负荷设备停运，与之关联的重要负荷设备联锁停车，进而造成连续工艺生产系统被迫停产，产生巨大损失的同时，还有可能引起火灾、爆炸等恶性事故的发生。

2019年某一个月时间内，有记载的外供电线路发生晃电时，接收站内部分低压设备跳车，导致触发联锁影响外输：1）外电瞬时接地，导致燃料气电加热器E-2201A和E-1601C冷却水泵停车，外输量暂时降低190t/h。供电正常后重启设备，恢复运行；2）外电晃电，导致E-1601C冷却水泵、E-2201A燃料气电加热器、P-2401B生产水泵、电解制氯系统停车。供电正常后重启设备，恢复运行；3）外电晃电，E-1601C冷却水泵停车，供电正常后重启。

外电接地导致短短一个月发生三次晃电，对接收站工艺生产造成严重影响。

3 低压设备跳车原因查找及分析

作为润滑、冷却、动力、供热、供水、供气介质来源的各种重要电气设备贯穿于LNG接收站整个工艺生产系统中，一旦由于部分重要低压电机出现供应中断势必引起联锁反应，造成系统性停产停车事故的发生。类似事件已在LNG造成过部分工艺流程停车事件，因此必须解决重要负荷设备跳车问题。

3.1 原因分析

从人、机、料、法、环、测等方面分析造成电机停车的原因可能有：1）工艺人员操作不当；2）控制回路或主回路电气元件故障或线路老化短路；3）机泵内杂志导致出口堵塞，电机过载；4）综保逻辑程序错误；5）电力系统瞬时故障，电压瞬时下降；6）工艺参数变送器故障。

3.2 原因确认

1. 查看DCS事件记录显示工艺操作员跳车时间并未进行任何操作，可以排除工艺人员操作不当；

2. 通过观察电气元器件的外观、以及相关绝缘、电阻等测试试验，并未发现有电气元件明显故障以及线路老化、绝缘不良等情况。对断路器、接触器、保险、继电器等进行通断电试验并测量通断状态均正常。

3. 对机泵出口进行检查并查看跳闸历史记录并未发现因机泵内杂质导致出口堵塞，电机过载现象。

4. 检查保护装置，通过对保护装置进行动作试验及逻辑条件验证，确认逻辑保护程序正常，满足要求。

5. 通过对现场仪表变送器进行校验并与DCS显示进行比对，确认工艺参数变送器正常。

6. 查看电气工程师站事件记录，发现电气设备每次跳车时均出系统电压瞬时下降的情况。

通过上述验证，找到了造成负荷设备非正常跳车的原因为：电力系统瞬时故障，电压瞬时下降（即晃电）。

4 晃电解决方案探索

由于设备控制回路交流接触器线圈维持吸合所需电压较高，一旦发生晃电，系统电压下降至接触器线圈维持电压以下，将会导致交流接触器释放，所控制的负荷设备跳车最终导致整个工艺流程停车。测定发现接触器释放电压为额定电压50%即AC110V左右。释放电压过高在电压大幅度波动时显然不能使接触器线圈保持吸合。为解决晃电问题计划对回路交流接触器进行研究更换。

一将交流接触器更改为永磁式交流接触器

永磁式交流接触器动作原理是由安装在接触器联动机构上极性固定不变的永磁铁，与固化在接触器底座上的可变极性软磁铁相互作用，从而达到吸合、保持与释放的目的。软磁铁的可变极性是通过与其固化在一起的电子模块产生十几到二十几毫秒的正反向脉冲电流，而使其产生不同的极性。根据现场需要，用控制电子模块来控制设定的释放电压值，也可延迟一段时间再发出反向脉冲电流，以达到低电压延时释放或断电延时释放的目的，使其控制的电机免受电网晃电而跳停，从而保持生产系统的稳定。

现场将海水泵冷却水泵A控制回路接触器更换为上述永磁式交流接触器，并对该设备使用情况进行持续跟踪，此台泵组并未再发生过晃电跳车事件，但同时也带来一个新的问题，那就是在工艺要求停泵或者切换备用泵运行时，无法实现现场操作停止按钮停泵。通过对永磁式交流接触器进行动作特性试验，发现永磁式交流接触器在线圈断电后仍保持吸合5秒钟左右，进而找到造成水泵无法手动停车的原因为：永磁式接触器防晃电延时过长。因而排除使用永磁式交流接触器。

二将交流接触器更改为真空交流接触器

真空接触器通常由绝缘隔电框架、金属底座、传动拐臂、电磁系统、辅助开关和真空开关管等部件组成。当电磁线圈通过控制电压时，衔铁带动拐臂转动，使真空开关管内主触头接通，电磁线圈断电后，由于分闸弹簧作用，使主触头分断。

普通接触器只有一个线圈，而交流真空接触器却有两个线圈，每个线圈两个绕组，一个绕组先线粗匝数少，另一个绕组线细匝数多，其原理见下图。

在接触器吸合之前，KM1是闭合的，当启动时，整流桥得电，电源从正极->上面的Q1线圈->KM1->下面的Q1线圈->电源负极，这时KM1将两个Q2线圈短接，电流没有经过Q2，只流过两个Q1线圈，由于Q1线圈的线径粗，匝数少，所以它的阻抗就小，流过的电流大，可以让电磁铁获得更大的磁力。

当完成吸合过程后，衔铁的吸合，使真空管闭合的同时，也打开了常闭辅助触点KM1，由于，没有KM1短接，两个Q2线圈被串入回路中。电流途径：电源从正极->上面的Q1线圈->上面的Q2线圈->下面的Q2线圈->下面的Q1线圈->电源负极.由于Q2线圈的线径细，匝数多，阻抗就大，被串入回路之后，整个回路的电流就减小。电磁铁的磁力减小，维持住衔铁的吸合状态即可。

对上述真空接触器进行多次试验，测得其释放电压为AC47V左右，已能达到防晃电要求，将此真空接触器应用于接收站海水泵冷却水泵A及SCV-B冷却水泵控制回路，进行多次分合试验，对工艺操作停机也没有影响。后期对两台泵组进行持续跟踪，两台泵组再未发生过晃电跳车事件以及手动无法停机问题。

5 结论

真空接触器线圈实际为直流电源线圈，电流稳定，可保证真空接触器可靠吸合，释放电压值低，是交流线圈接触器所不能比拟的。用此种接触器用于重要机泵组控制系统既能防晃电又能实现工艺操作停泵的功能。为LNG接收站设备持续稳定运行提供了强有力保证。

参考文献：

[1]林抒毅，许志红．晃电故障下交流接触器的工作特性分析[J]．中国电机工程学报，2011(31)：131-137．

[2]宋玉才，何国平．防晃电技术在石油化工企业中的应用[J]．电气技术，2007(7)：73．75．

[3]梁永胜．抗“晃电”措施在石化企业中的应用[J]．电气时代，2007(111：78—80．