甘本德 張季萌 李永飚

基于DCS的電動(dòng)機(jī)抗“晃電”技術(shù)研究與應(yīng)用

甘本德1張季萌2李永飚2

(1.中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)公司南陽分公司 河南南陽474250；2. 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽473009)

隨著水泥生產(chǎn)線的規(guī)模越來越大，晃電對(duì)生產(chǎn)的影響也越來越大。晃電會(huì)導(dǎo)致連續(xù)生產(chǎn)過程發(fā)生紊亂，并有可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)及設(shè)備事故。針對(duì)“抗晃電”技術(shù)在水泥生產(chǎn)中未見報(bào)道，目前水泥生產(chǎn)線的電控系統(tǒng)對(duì)“晃電”造成生產(chǎn)中斷應(yīng)對(duì)措施考慮不多的現(xiàn)狀，介紹了在國(guó)內(nèi)外的其他連續(xù)性生產(chǎn)行業(yè)中普遍采用專門的抗晃電繼電器和抗晃電交流接觸器來解決晃電問題，并對(duì)電動(dòng)機(jī)晃電時(shí)的各種參數(shù)和晃電故障類型進(jìn)行了分析。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)控制線路的分析，針對(duì)不同的控制線路，在修改了相應(yīng)的DCS控制程序之后，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)“晃電”后自起動(dòng)，從而避免了因“晃電”引起熟料生產(chǎn)的中斷，找到了一種解決新型干法水泥生產(chǎn)線“抗晃電”經(jīng)濟(jì)可靠的方案。

集散控制 抗晃電 技術(shù)研究 應(yīng)用

電源“晃電”是指電網(wǎng)電壓瞬時(shí)跌落、在1.5 s時(shí)間之內(nèi)又恢復(fù)正常的現(xiàn)象。“晃電”一般是由于電網(wǎng)遭受雷擊、對(duì)地短路、發(fā)電廠故障及其它內(nèi)外部故障原因造成的電網(wǎng)短時(shí)故障，引起電網(wǎng)電壓短時(shí)間內(nèi)大幅度波動(dòng)，甚至產(chǎn)生短時(shí)間斷電的現(xiàn)象[1-3]。

“晃電”雖然持續(xù)時(shí)間比較短，但是仍會(huì)引起連續(xù)生產(chǎn)的中斷。以干法水泥生產(chǎn)系統(tǒng)為例，現(xiàn)在的水泥生產(chǎn)系統(tǒng)大多采用集散控制系統(tǒng)(DCS)，生產(chǎn)裝置的規(guī)模越來越大，連鎖要求越來越高，臨停一次損失很大，而且恢復(fù)正常生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量、能耗和安全生產(chǎn)造成較大的不利影響。因此，生產(chǎn)線應(yīng)盡量減少和消除“晃電”的影響就顯得十分必要，而現(xiàn)在水泥生產(chǎn)線的電控系統(tǒng)對(duì)“晃電”造成生產(chǎn)中斷考慮不多。由于“晃電”引起的臨停時(shí)有發(fā)生，針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際面臨的情況探索了一種“抗晃電”的方法[4-7]。

1 電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述和晃電引起的臨停分析

1.1 水泥生產(chǎn)線的電動(dòng)機(jī)控制類型

水泥生產(chǎn)線的電動(dòng)機(jī)控制一般有直接啟動(dòng)、軟啟動(dòng)、變頻控制、繞線電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動(dòng)等幾大類。設(shè)有機(jī)旁、控制柜、中控控制方式，在正常生產(chǎn)時(shí)，一般用中控控制；主回路采用交流接觸器或斷路器控制。交流接觸器依靠電磁力吸合，其吸合保持大致的要求是：電壓不小于額定電壓的45％，或者失壓時(shí)間不大于60 ms；斷路器依靠合閘命令和分閘命令控制，一般采用機(jī)械保持。

1.2 晃電時(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)分析

根據(jù)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況分析，假設(shè)電網(wǎng)容量不變，晃電故障持續(xù)時(shí)間分別為0.5～2 s，各參數(shù)隨晃電故障持續(xù)時(shí)間變化而變化的情況如圖1所示。在圖1中，為晃電故障持續(xù)時(shí)間；為電動(dòng)機(jī)由晃電發(fā)生到重新穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；Δd1為晃電故障發(fā)生電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的幅度；Δd2為晃電故障結(jié)束時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然變化的幅度[8]。經(jīng)過分析，各參數(shù)變化見表1。

圖1 各參數(shù)隨晃電故障持續(xù)時(shí)間變化情況

表1 參數(shù)變化表

晃電持續(xù)時(shí)間相關(guān)參數(shù) Δnd1Δnd2T t ↑—↑↑

1.3DCS系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)控制

中控控制回路一般如圖2所示。在圖2中，RD為備妥信號(hào)，表示設(shè)備處于中控控制狀態(tài)，DCS可以啟動(dòng)；RUN為運(yùn)行信號(hào)，表示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；CMD為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，是DCS系統(tǒng)發(fā)出控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或停止的驅(qū)動(dòng)命令。

圖2 DCS系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)控制示意圖

DCS系統(tǒng)監(jiān)控和控制設(shè)備需要通過采集設(shè)備信號(hào)，根據(jù)程序及操作員指令執(zhí)行相關(guān)的動(dòng)作[9]。電動(dòng)機(jī)(風(fēng)機(jī))DCS控制流程如圖3所示。

圖3 電動(dòng)機(jī)(風(fēng)機(jī))DCS控制流程圖

2 “抗晃電”技術(shù)分析

根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性分析，短時(shí)斷電對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響非常小。在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，立即恢復(fù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是完全可行的，而且啟動(dòng)的沖擊電流較小(接近額定電流)，從而保障了重要?jiǎng)恿ω?fù)荷運(yùn)行的安全性和連續(xù)性。

水泥熟料生產(chǎn)線采用的DCS控制系統(tǒng)都配備了UPS電源。利用DCS系統(tǒng)已有硬件和豐富的軟件指令，結(jié)合具體的電動(dòng)機(jī)控制回路，利用電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)技術(shù)通過程序屏蔽掉由于“晃電”引起的備妥、運(yùn)行信號(hào)丟失，或由于“晃電”引起的接觸器脫扣后能自動(dòng)吸合，從而有選擇地實(shí)現(xiàn)在“晃電”后關(guān)鍵設(shè)備的自啟動(dòng)(修改后的電動(dòng)機(jī)(風(fēng)機(jī))DCS控制流程如圖4所示)。即電網(wǎng)電壓超低和斷電時(shí)間小于整定時(shí)間時(shí)，只要電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，電動(dòng)機(jī)將自動(dòng)恢復(fù)原運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。斷電超過整定時(shí)間時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，需按常規(guī)進(jìn)行人工重新啟動(dòng)。從而保障了重要?jiǎng)恿ω?fù)荷運(yùn)行的連續(xù)性和安全性。

3 “抗晃電”的實(shí)施

根據(jù)上面的技術(shù)思路，結(jié)合水泥熟料生產(chǎn)線的工藝特點(diǎn)和具體控制回路，對(duì)生產(chǎn)線中的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3.1 關(guān)鍵工藝設(shè)備選擇

根據(jù)對(duì)工藝和電動(dòng)機(jī)控制特點(diǎn)分析，選擇高溫風(fēng)機(jī)、尾排風(fēng)機(jī)、分解爐流態(tài)化風(fēng)機(jī)、窯尾供料系統(tǒng)、分解爐煤粉供給系統(tǒng)、蓖冷機(jī)充氣涼風(fēng)機(jī)、魚骨供風(fēng)風(fēng)機(jī)、HE組件風(fēng)機(jī)和一室風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)作為重點(diǎn)改進(jìn)設(shè)備。

3.2 具體實(shí)施

3.2.1 中壓電動(dòng)機(jī)DCS程序分析

對(duì)于起停信號(hào)為脈沖信號(hào)的中壓電動(dòng)機(jī)(高溫風(fēng)機(jī)、尾排風(fēng)機(jī))，主回路采用了斷路器。當(dāng)“晃電”發(fā)生時(shí)，只要保證在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)DCS系統(tǒng)不發(fā)驅(qū)停命令，低電壓跳閘時(shí)間大于允許晃電持續(xù)時(shí)間，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整過流二段時(shí)間。對(duì)DCS程序進(jìn)行修改：屏蔽掉由于晃電發(fā)生引起的備妥和運(yùn)行信號(hào)丟失而引起的DCS發(fā)出停止命令即可。

3.2.2 低壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)類DCS程序分析

起停信號(hào)為脈沖信號(hào)低壓軟啟動(dòng)類電動(dòng)機(jī)，如分解爐流態(tài)化風(fēng)機(jī)、分解爐喂煤羅茨風(fēng)機(jī)、HE組件風(fēng)機(jī)、一室風(fēng)機(jī)，控制原理同中壓電動(dòng)機(jī)，需屏蔽掉由于“晃電”發(fā)生引起備妥、運(yùn)行信號(hào)丟失而引起的DCS發(fā)出驅(qū)停命令，同時(shí)把驅(qū)開命令改為常驅(qū)命令信號(hào)。當(dāng)“晃電”引起低壓接觸器釋放，短時(shí)間電壓恢復(fù)正常，而負(fù)載(風(fēng)機(jī)類）沒有完全停止運(yùn)行。由于DCS驅(qū)動(dòng)命令一直存在，接觸器自動(dòng)吸合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)[10]。

3.2.3 低壓電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)類DCS程序分析

啟動(dòng)信號(hào)為長(zhǎng)驅(qū)的低壓電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)類(喂料系統(tǒng)、煤粉計(jì)量系統(tǒng)、充氣梁風(fēng)機(jī)、魚骨風(fēng)機(jī))。當(dāng)“晃電”發(fā)生時(shí)，低壓接觸器脫扣，只要屏蔽掉“晃電”引起的備妥、運(yùn)行信號(hào)丟失而引起撤銷啟動(dòng)命令即可。這樣當(dāng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，由于合閘回路常通，接觸器就自動(dòng)吸合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)。程序修改部分基本和中壓電動(dòng)機(jī)控制相同，只是把備妥、運(yùn)行加延時(shí)處理即可。

3.2.4 其他措施

對(duì)窯尾、窯頭配電系統(tǒng)車間的低壓出口斷路器失壓回路拆除，以防止“晃電”時(shí)低壓斷路器跳閘，保證窯系統(tǒng)的低壓電源不會(huì)有大的間斷。同時(shí)，要保證其余非關(guān)鍵設(shè)備能在晃電發(fā)生時(shí)及時(shí)切除，保證關(guān)鍵設(shè)備自啟動(dòng)時(shí)不至于沖跳上級(jí)供電系統(tǒng)。

4 結(jié)語

在上述方案實(shí)施之后，經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，3 000 t/d熟料生產(chǎn)線沒有發(fā)生一次因“晃電”而引起的生產(chǎn)過程中的斷電，達(dá)到了預(yù)期效果。利用該方案對(duì)原控制系統(tǒng)不需要進(jìn)行大量的硬件改造，利用目前的DCS系統(tǒng)靈活的軟件控制功能即可實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行有選擇性的電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，這是一種經(jīng)濟(jì)可行的“抗晃電”技術(shù)方案。同時(shí)，通過采用該方案，可以有效地避免由于干擾或中間繼電器接觸不良引起的備妥和運(yùn)行信號(hào)丟失而造成設(shè)備的誤跳。

[1] GB/T 12325-2003供電電壓允許偏差[S].

[2] GB/T18481-2001暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓[S].

[3] GB/Z17625.3-2000對(duì)額定電流大于16 A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和閃爍的限制[S].

[4] FranciscoC.De.La.Rosa(美).電力系統(tǒng)諧波[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[5] Christophe Preve(法).電網(wǎng)保護(hù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[6] Alexander Kusko,Marc T.Thompson.電力系統(tǒng)電能質(zhì)量[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[7] 王顯平.電力系統(tǒng)故障分析[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.

[8] 林抒毅,許志紅.基于的晃電故障分析[J].低壓電器,2010(10):43-47.

[9] 方康玲.過程控制與集散控制系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[10] 趙眾,馮曉東,孫康.集散控制系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社 ,2007.