姜萬東 周海濤 杜 佳

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交流接觸器防晃電方案對比研究

姜萬東1周海濤1杜 佳2

（1. 江蘇國網自控科技股份有限公司，江蘇昆山 215311；2. 國網遼寧電力阜新供電公司，遼寧阜新 123000）

本文介紹了交流接觸器防晃電的兩種解決方案，即失壓再起動方案和晃電保持方案。采用定性分析的方法，分析了母線殘壓情況、電動機殘壓情況以及電壓恢復時是否存在直接起動和反相位合閘的問題，并指出采用接觸器晃電保持方案和快切裝置相結合的方式，既保證了快速恢復供電，又使系統(tǒng)沖擊電流最小。

防晃電；交流接觸器；失壓再起；防晃電保持

電網因雷擊、短路、重合閘、同一段設備起動或故障以及其他原因造成電網電壓短時大幅度波動、短時中斷數秒的現象俗稱“晃電”[1-3]。對于交流接觸器，當系統(tǒng)電壓發(fā)生晃電時，若電壓在某一瞬間低于接觸器線圈的釋放電壓，則使低壓馬達停止運行進而導致用戶的嚴重損失[4-5]。文獻[6]也指出接觸器對電壓暫降敏感度影響因素都很多。目前交流接觸器的防晃電方案主要有晃電后接觸器再起、晃電接觸器保持、采用防晃電交流接觸器和采用延時分批再起等方案。文獻[7]指出采用專門的防晃電交流接觸器不適于防晃電要求較高的場合，而采用分批延時再起動不利于快速的恢復供電，只適用于晃電持續(xù)時間較長電動機停轉時分批起動電動機（按工藝分批起動），避免造成對系統(tǒng)電壓的沖擊。

綜上所述，在目前交流接觸器的防晃電方案中，普遍采用的是晃電后再起接觸器和晃電時接觸器保持不釋放方案（防晃時間一般設定500～1000ms）。應用中存在著對兩種方案的系統(tǒng)電壓情況、電動機殘壓情況以及電壓恢復時是否系統(tǒng)存在沖擊電流等認識較為模糊的問題。本文采用定性分析的方式，來分析晃電時兩種方案接觸器釋放或保持吸合對母線殘壓、電機能量交互的影響情況，得出分析對比結論，并提出應用建議。

1 接觸器防晃電的兩種方案

交流接觸器防晃電再起動方案如圖1（a）所示。當系統(tǒng)發(fā)生晃電時，電壓降低使接觸器釋放；若電壓在再起裝置設定的防晃電時間內恢復，則再起裝置QD繼電器接點閉合，使接觸器重新吸合，保證了供電回路繼續(xù)工作。其中：端子3、8為裝置提供電源（裝置內部有儲能元件）并進行晃電判斷；端子4、5接接觸器輔助位置KM，判斷接觸器運行狀態(tài)；端子6、7為延時斷開信號輸出給DCS，防止接觸器在晃電時輔助位置KM釋放，造成DCS誤判。

交流接觸器防晃電保持方案[8]如圖1（b）所示。當系統(tǒng)電壓發(fā)生晃電時，保持裝置判斷出電壓擾動并可能造成接觸器釋放，迅速的切斷接觸器線圈交流電源并對其輸出相匹配的直流電源，保持接觸器繼續(xù)可靠吸合。如在保持裝置設定的防晃電時間內交流電壓恢復，裝置切斷直流電源恢復交流電源；如果系統(tǒng)電壓未恢復，就關斷直流電源，接觸器釋放。其中：裝置的1、2為控制電源輸入；端子4、5接線圈兩端；端子3、6為電源接入同時作為晃電判斷；端子7、8為分批延時再起動出口（選配）。

（a）接觸器防晃電再起動方案接線圖

（b）接觸器防晃電保持方案接線圖

圖1 接觸器防晃電方案接線圖

綜上所述的兩種接觸器防晃電解決方案應用最廣，但也一直存在優(yōu)缺點的爭論。再起動方案的堅持者認為，此方案原理簡單，應用可靠，已經基本滿足工程應用的要求；而保持方案的堅持者認為，晃電時接觸器不脫扣可充分利用母線殘壓的支撐，電動機不會快速停機或反轉，避免電源恢復時再合接觸器造成的沖擊。

2 系統(tǒng)晃電母線殘壓分析

系統(tǒng)晃電時母線殘壓情況可采用定性分析，若采用定量計算法須依據系統(tǒng)接線，故障類型和精確的短路計算才能進行，往往數據難以獲得且復雜，而采用定性分析來闡述即避免了大量的計算又能清楚地說明問題。母線變化趨勢如圖2所示，電源S1發(fā)生的遠端故障被切除，廠用電系統(tǒng)備用電源S2切換供電過程中低壓母線電壓的變化趨勢。

圖2 高壓側電源異常時低壓母線殘壓趨勢圖

圖2中供電系統(tǒng)S1發(fā)生短路時，廠用母線電壓為短路電壓F（短路電壓的大小取決于故障類型、廠用電等效阻抗、系統(tǒng)等效阻抗等）。短路發(fā)生至切除時間由外部系統(tǒng)決定，典型值一般為100～200ms（圖2中的qc）。短路故障切除后到備用電源未投入時間內，廠用母線進入到殘壓階段（殘壓大小取決于電動機群的容量、剩余電磁能等，一般電動機群越大殘壓值相對越高，衰減時間與負載特性相關）。殘壓持續(xù)時間取決于備用電源轉供時間（圖2中的qh）。

3 防晃電再起方案特性分析

圖3（a）作為交流接觸器失壓再起防晃電方案等效分析圖。在故障發(fā)生至備用電源投入的時間（qc+qh）內接觸器為釋放狀態(tài)（接觸器是否釋放與電壓的幅值和時間有關系），低壓電動機群與低壓母線完全斷開，各電動機按自身的特性殘壓曲線自由衰減。重載電動機轉速下降較快而輕載電動機轉速下降較慢。重載電動機如圖3（c）所示，電動機儲存的電磁能快速的被負載消耗，電壓恢復時電動機轉速已降為0，再起裝置起動接觸器合閘時為全壓起動，起動電流可達到5～8倍電動機額定電流。輕載電動機如圖3（d）所示，電壓恢復時電動機轉速可不為0，再起裝置起動接觸器合閘時由于電動機殘壓的存在易導致反相位合閘，引起較大的合閘沖擊。

圖3 接觸器釋放時母線殘壓與電動機殘壓

由于在qc+qh時間內，接觸器完全釋放，造成電動機的殘壓不能體現在母線上，因此低壓母線電壓快速下降，如圖3（b）所示。此時高壓備自投或快切裝置檢測的高壓母線殘壓并不包含低壓電動機群的殘壓，造成殘壓檢測不充分。

4 防晃電保持方案特性分析

當采用接觸器保持方案解決晃電問題時，在qc+qh段時間內接觸器不釋放，如圖4（a）所示。輕載電動機內的電磁能量可通過母線傳輸給重載電動機；低壓電動機視為一個電動機群，高壓機群與低壓機群之間通過降壓變、低壓母線進行能量傳輸，因此電動機之間可充分的行能量互補，輸出剩余電磁轉矩。

在qc+qh段時間內（一般500ms左右）低壓機群間的能量互補、高低壓之間能量互補可使低壓電動機群處于較為緩慢的減速段，低壓母線殘壓如圖4（b）所示。高壓側的備自投和快切裝置測量的母線殘壓值為真實的殘壓值，有利于備用電源的準確投入。

（a）保持方案能量互補圖 （b）保持方案低壓母線殘壓

5 防晃電保持與高壓快切方案分析

備用電源快速切換裝置可避免備用電源電壓與母線殘壓在相角、頻率相差過大時合閘而對系統(tǒng)造成沖擊，如失去快速切換的機會，則裝置自動轉為同期捕捉或判殘壓及長延時切換，同時在電壓跌落過程中，可按延時甩去部分非重要負荷，以利于重要輔機的自起動，提高廠用電切換的成功率[9]。

如圖5（a）所示，高壓側利用快切裝置，低壓側采用接觸器保持防晃電方案?？烨醒b置參數可按圖5（b）所示的電動機殘壓曲線和耐受沖擊電流進行設定。在高壓側發(fā)生短路后，進線斷路器被保護跳開，快切裝置將分析計算高壓母線殘壓與備用進線電壓并進行快速切換（滿足壓差、角差、頻差）。

高壓側的快切裝置在切換過程中，低壓側采用了防晃電接觸器保持方案，接觸器一直處于吸合狀態(tài)，保證了切換裝置捕捉殘壓信息的可靠性，為快速恢復供電提供了保證。

（a）低壓晃電保持同高壓快切裝置結合等效圖

（b）電動機殘壓曲線和耐受沖擊允許電流

圖5 晃電時快切裝置與保持方案配合

6 實例分析

蘭州某催化劑廠供電方案使用了如圖3（a）所示的主接線方式，0.4kV母線下有3臺200kW管道進料電動機（泵），5臺其他類型負載電動機。該段0.4kV母線接觸器采用了防晃電再起方案解決接觸器晃電，再起動裝置時間設定為500ms。2015年某次晃電事故時發(fā)現進料電動機無法再起，事后分析主要原因為晃電時接觸器脫扣后主管道內部壓力較大，電動機在回流壓力下反轉，電壓恢復后再起裝置發(fā)合閘指令時，瞬間沖擊電流過大，導致電動機保護裝置跳閘使電動機無法起動。后期采用了接觸器保持與高壓快切裝置相結合的方案，在晃電結束后快切裝置在高壓側檢同期合閘，以避免此問題的發(fā)生。此后發(fā)生的多次晃電事故證明，此方案均能可靠抗擊晃電事故，未造成進料電動機停車事故。

7 結論

本文對交流接觸器的失壓再起防晃電方案和保持防晃電方案進行了分析，指出采用失壓再起方案時由于接觸器觸點已經釋放，導致電動機群之間無法進行能量交換、高壓和低壓能量不能交換；電動機電磁能量各自衰減，電壓恢復時再合接觸器會導致直接起動或反相位合閘沖擊的問題，同時也會導致備自投或快切裝置殘壓判斷不準確。若采用保持防晃電方案，則不會造成上面的問題。

用戶在充分考慮晃電持續(xù)的時間與電壓下降的情況下，可優(yōu)先采用保持防晃電方案與快切裝置動作時間相配合，在滿足沖擊電流最小的情況下快速恢復備用電源，減小供電中斷時間。

本文對交流接觸器防晃電方案分析和研究，對交流接觸器防晃電的方案選擇具有一定的參考意義。

[1] 董勇. 防晃電技術在低壓配電系統(tǒng)應用[J]. 冶金動力, 2009(3): 64-65.

[2] 王蛇良. 防晃電技術在化工生產中的應用[J]. 電工技術, 2006(11): 73, 89.

[3] 黃卓林. 防晃電技術及其在鋼鐵企業(yè)自備電廠的應用[J]. 電工技術, 2007(4): 72-74.

[4] 周翠蓮. 低壓智能保護器的防晃電功能[J]. 電子技術與軟件工程, 2011(2): 47-48.

[5] 徐永海, 蘭巧倩, 洪旺松. 交流接觸器對電壓暫降敏感度的試驗研究[J]. 電工技術學報, 2015, 30(21): 136-146.

[6] 張朝偉. 抗晃電交流接觸器的應用技術[J]. 中低壓電器技術, 2004(6): 47-48.

[7] 張風平, 哈新智, 帥安文, 等. “晃電”不停機的解決方案[J]. 化工自動化及儀表, 2007, 34(1): 86-88.

[8] 王野, 姜萬東, 遲玉國. 防晃電智能控制模塊設計與分析[J]. 電氣技術, 2015, 16(9): 43-46, 94.

[9] 唐海東. 石化企業(yè)110kV供電系統(tǒng)的快切裝置應用及分析[J]. 電氣技術, 2015, 16(9): 102-105.

The Comparative Study on the Anti-electricity Shaking Scheme of AC Contactor

Jiang Wandong1Zhou Haitao1Du Jia2

(1. Jiangsu State Grid Automation Technology Co., Ltd, Kunshan, Jiangsu 215311;2. Liaoning Power Grid Fuxin Power Supply, Fuxin, Liaoning 123000)

This paper introduces two solutions of anti-electricity shaking for AC contactor: lost voltage restart scheme and keep contactor not release scheme. In using the method of qualitative analysis, this paper analyzes the residual voltage of the bus, the residual voltage of the motor and the problem of whether there is a direct restart and anti-phase switching after the voltage recovery, and points out that the combination of keeping contactor not released scheme and quick switching device ensure that the power supply which can be restored quickly, and the impulse current of the system being reduced to minimum.

anti-electricity shaking; AC contactor; lost voltage restart; keep contactor not released

姜萬東（1980-），男，遼寧朝陽人，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護及電氣控制方面的研究工作。