張春嚴(yán)

(河南神馬氯堿化工股份有限公司，河南 平頂山 467200)

河南神馬氯堿化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“河南神馬氯堿股份”)2014年6月實(shí)施異地搬遷建設(shè)，2016年6月在葉縣新廠區(qū)實(shí)現(xiàn)一次開(kāi)車(chē)成功，達(dá)到了22萬(wàn)t/a離子膜法燒堿、7 000萬(wàn)m3/a氫氣的生產(chǎn)規(guī)模。

河南神馬氯堿股份的電源為雙回路110 kV進(jìn)線，來(lái)自葉縣220 kV變電站不同間隔。線路接至110 kV GIS后，送至110 kV主變壓器，經(jīng)降壓后轉(zhuǎn)換為35 kV電壓等級(jí)和10 kV電壓等級(jí)，分別送至35 kV供電系統(tǒng)和10 kV供電系統(tǒng)。來(lái)自鄰近企業(yè)發(fā)電機(jī)組的10 kV保安電源，引入河南神馬氯堿股份待用。當(dāng)河南神馬氯堿股份市電供電系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，10 kV保安電源反送至公司10 kV供電網(wǎng)絡(luò)，為其主要生產(chǎn)裝置提供動(dòng)力和照明設(shè)備用電。

河南神馬氯堿股份事故氯裝置是用配制好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%～15%的燒堿溶液在兩級(jí)事故氯吸收塔內(nèi)循環(huán)，吸收電解、氯氫處理、鹽酸、液氯等生產(chǎn)裝置在事故狀態(tài)下輸送過(guò)來(lái)的氯氣及開(kāi)停車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的不合格氯氣，是防止氯氣泄漏的重要的安全環(huán)保配套裝置。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，為保障該裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，特別是在生產(chǎn)裝置事故狀態(tài)下的可靠運(yùn)行，根據(jù)GB/T 31856—2015《廢氯氣處理處置規(guī)范》[1]和GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，需要在供電系統(tǒng)設(shè)置具有自投、自復(fù)功能的應(yīng)急電源系統(tǒng)—EPS電源系統(tǒng)。

1 EPS主機(jī)的選型及計(jì)算

1.1 EPS電源的分類(lèi)、組成及工作原理

EPS電源有很多分類(lèi)方法。

(1)按配帶負(fù)載類(lèi)型分為3類(lèi)：照明型EPS電源、照明/動(dòng)力混合型EPS電源和動(dòng)力型EPS電源。

(2)按應(yīng)急輸出的電源性質(zhì)分為兩類(lèi)：直流型EPS應(yīng)急電源和逆變型EPS應(yīng)急電源。

(3)按輸出相數(shù)分為3類(lèi)：?jiǎn)蜗嘈虴PS電源(一般為小功率型)、三相型EPS電源(包括三相照明型、照明/動(dòng)力混合型、動(dòng)力型)和照明用途的三相/單相型EPS電源，也俗稱(chēng)假三相型(市電狀態(tài)下輸出為三相，逆變狀態(tài)下輸出為單相的3N路)。

EPS應(yīng)急電源采用單體逆變技術(shù),集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體。系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)了電池檢測(cè)、分路檢測(cè)回路,其他主要部件的工作原理如圖1所示。

圖1 EPS工作原理圖Fig.1 Schematic diagram of EPS work

由圖1可見(jiàn)：當(dāng)市電(主電)正常時(shí)，市電通過(guò)KM1給負(fù)載供電，同時(shí)充電器為蓄電池充電。當(dāng)市電掉電或市電相電壓過(guò)低時(shí)，蓄電池組的直流電能通過(guò)逆變器和KM2給負(fù)載供電。當(dāng)市電恢復(fù)時(shí)，蓄電池組即停止應(yīng)急供電，重新由市電為負(fù)載供電。

1.2 事故氯裝置須接入EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)備

事故氯裝置接入EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)備清單如表1所示。

表1 事故氯裝置接入EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)備清單Table 1 Equipment needing to connect with EPS in accident chlorine plant

1.3 EPS 應(yīng)急電源主機(jī)選型功率常用計(jì)算方法[3]

1.3.1 負(fù)載容量選型原則

因電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)沖擊， 與其配用的集中應(yīng)急電源容量按以下容量選配。

(1)電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)時(shí)， 應(yīng)急電源容量可按電動(dòng)機(jī)容量的1.2倍選配。

(2)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)， 應(yīng)急電源容量應(yīng)不小于電動(dòng)機(jī)容量的2.5倍。

(3)電動(dòng)機(jī) Y-△啟動(dòng)時(shí)， 應(yīng)急電源應(yīng)不小于電動(dòng)機(jī)容量的3倍。

(4)電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)急電源容量應(yīng)不小于電動(dòng)機(jī)容量的5倍。

(5)混合負(fù)載中，最大電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)小于總負(fù)載容量的 1/7。

1.3.2 選型容量計(jì)算方法

帶混合負(fù)載時(shí)，EPS容量計(jì)算方法有如下兩種。

(1)當(dāng)EPS帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)且同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，EPS 容量計(jì)算應(yīng)遵循如下原則：

EPS容量=變頻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率之和+軟啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率之和×2.5+Y-△啟動(dòng)機(jī)功率之和×3+直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)之和×5。

(2)當(dāng)EPS帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)且分別單臺(tái)啟動(dòng)時(shí)(不是同時(shí)啟動(dòng))，EPS容量計(jì)算應(yīng)遵循如下原則：

EPS容量=各個(gè)電動(dòng)機(jī)功率之和。

1.3.3 EPS容量=各電動(dòng)機(jī)功率之和的條件

(1)上述電動(dòng)機(jī)中直接啟動(dòng)的最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率是EPS容量的1/7。

(2)Y-△啟動(dòng)的最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率是EPS容量的1/4。

(3)軟啟動(dòng)的最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率是EPS容量的1/3。

(4)變頻啟動(dòng)的最大單臺(tái)電動(dòng)功率不大于EPS的容量。

(5)如果不滿足上述條件，則應(yīng)按上述條件中的最大數(shù)調(diào)整EPS的容量。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的順序?yàn)橹苯訂?dòng)在先，其次是Y-△的啟動(dòng)，有軟啟動(dòng)的再啟動(dòng)，最后是變頻啟動(dòng)的再啟動(dòng)。同時(shí)，啟動(dòng)的所有負(fù)載的功率之和=同時(shí)啟動(dòng)的非電動(dòng)機(jī)總功率×功率因數(shù)+電動(dòng)機(jī)當(dāng)量總功率。

1.3.4 河南神馬氯堿股份選用的電源系統(tǒng)

結(jié)合上述選型原則及計(jì)算要求，河南神馬氯堿股份事故氯裝置所帶負(fù)載既有變頻動(dòng)力設(shè)備，又有直接啟動(dòng)動(dòng)力設(shè)備，屬于混合負(fù)載。

則：EPS容量=變頻電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)功率之和+

直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)之和×5=

7.5×1.2+(7.5+7.5+7.5)×5=

121.5(kW)。

考慮容量適當(dāng)備用，主機(jī)容量選為132 kW，所以河南神馬氯堿股份最終選用了YJS-132 kW動(dòng)力型EPS電源系統(tǒng)。

2 EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)蓄電池組的計(jì)算

蓄電池容量的概念：YD/T799-2002標(biāo)準(zhǔn)定義，蓄電池容量(Q)是在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下(25 ℃)，電池在給定時(shí)間指定終止電壓時(shí)，可提供的恒定電流(0.1C/10 A)與持續(xù)放電時(shí)間(10 h)的乘積(I·t)。

根據(jù)電功率的定義：

Ia=P/U。

其中：Ia為蓄電池的最大放電電流，A；P為EPS電源的標(biāo)稱(chēng)功率， kW；U為EPS電源的標(biāo)稱(chēng)電壓(EPS電池的電壓以單節(jié)12 V計(jì))，V。

2.1 電流的計(jì)算

蓄電池的最大放電電流：

Ia=P·cosφ/(η·E臨界·N)。

其中：

Ia為蓄電池的最大放電電流；

P為EPS電源的標(biāo)稱(chēng)功率， kW；

cosφ為EPS電源的輸出功率因數(shù)(EPS電源一般為1)；

η為EPS電源逆變器的效率，一般為88%～94%(實(shí)際計(jì)算中可以取90%)；

E臨界為蓄電池組的臨界放電電壓，V(12 V電池的臨界放電電壓約為10.5 V,2 V電池的臨界放電電壓約為1.7 V)；

N為每組蓄電池的數(shù)量(供電電壓為380 V，所以用了3組電池，每組電池33塊，共用了99塊)。

則：Ia=P·cosφ/(η·E臨界·N)

Ia=132 000×1÷(90%×10.5×33×3)

=142(A)。

2.2 電池容量的計(jì)算

筆者根據(jù)事故氯裝置的設(shè)計(jì)要求，按下式計(jì)算蓄電池的容量：

Q=Ia·t。

其中：

Q為蓄電池的容量，A·h；

t為持續(xù)放電時(shí)間，h。

當(dāng)市電故障時(shí)，EPS應(yīng)急電源蓄電池組投入供電，蓄電池電量?jī)?chǔ)備時(shí)間不小于30 min，所以計(jì)算量按45 min即0.75 h計(jì)。

Q=Ia·t

Q=142×0.75=107(A·h)。

選擇蓄電池的容量應(yīng)不小于107 A·h。

最后，河南神馬氯堿股份選擇蓄電池的容量為113 A·h，99節(jié)。

3 事故氯供電系統(tǒng)[4]

河南神馬氯堿股份事故氯裝置供電系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 河南神馬氯堿股份事故氯裝置供電系統(tǒng)Fig.2 Power supply system for accident chlorine plant used in Henan Shenma Chlor-Alkali

河南神馬氯堿股份事故氯裝置主要設(shè)備由2個(gè)一級(jí)吸收塔、1個(gè)二級(jí)吸收塔、6個(gè)堿液循環(huán)槽、6臺(tái)堿液循環(huán)泵和2臺(tái)事故氯風(fēng)機(jī)組成。

2個(gè)一級(jí)吸收塔并聯(lián)運(yùn)行，一級(jí)吸收塔與二級(jí)吸收塔串聯(lián)運(yùn)行。來(lái)自電解、氯氫處理、鹽酸、液氯等生產(chǎn)裝置的廢氣進(jìn)入串聯(lián)的兩級(jí)吸收塔，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%～15%的燒堿溶液循環(huán)吸收，吸收后的達(dá)標(biāo)廢氣經(jīng)事故氯風(fēng)機(jī)引出排空。

事故氯裝置的泵及風(fēng)機(jī)均采用EPS電源作為應(yīng)急電源，應(yīng)急電源采用密封的鉛酸蓄電池儲(chǔ)存能量，滿負(fù)荷帶載可供電45 min，按設(shè)計(jì)帶載可提供長(zhǎng)達(dá)3 h的電能。供電順序及工程如下。

(1)作為常用電的1#動(dòng)力變壓器輸入正常時(shí)，由市電通過(guò)雙電源切換開(kāi)關(guān)為事故氯裝置動(dòng)力設(shè)備供電，同時(shí)備用電源為免維護(hù)蓄電池充電。

(2)當(dāng)作為常用電的1#動(dòng)力變壓器掉電或輸出電壓過(guò)低(低于175 V)時(shí)，控制器通過(guò)KM1 將作為備用電源的2#動(dòng)力變壓器輸出到雙電源切換開(kāi)關(guān)，為事故氯裝置動(dòng)力設(shè)備供電，備用電源同時(shí)為免維護(hù)蓄電池充電。

(3)當(dāng)作為常用電源1#動(dòng)力變壓器和作為備用電源的2#動(dòng)力變壓器同時(shí)掉電或電壓均過(guò)低(低于175 V)時(shí)，控制器通過(guò) KM2將蓄電池的直流電通過(guò)逆變器逆變成交流電，為事故氯動(dòng)力設(shè)備供電。當(dāng)市電恢復(fù)時(shí)，蓄電池組即停止應(yīng)急供電，重新由市電為負(fù)載供電。

4 應(yīng)急電源的日常管理及維護(hù)

(1)EPS電源作為供電系統(tǒng)故障時(shí)事故氯裝置的應(yīng)急備用電源：

①要優(yōu)先保障，重點(diǎn)巡檢；

②專(zhuān)機(jī)專(zhuān)用，一般負(fù)荷不得接入；

③新接入的負(fù)荷須經(jīng)評(píng)估和審批方可接入；

④接入設(shè)備總功率不得大于120 kW。

(2)事故氯電源以市電為常用電源，以EPS電源為備用電源，安裝于交流饋電柜上的雙電源切換開(kāi)關(guān)的工作模式為“自投自復(fù)”，即市電故障情況下EPS電源自動(dòng)投入，市電恢復(fù)時(shí)，EPS電源自動(dòng)退出。

(3)雙電源切換開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)置運(yùn)行報(bào)警指示，切換為EPS電源供電時(shí)應(yīng)能發(fā)出聲光報(bào)警。

(4)維修人員平時(shí)巡檢時(shí)，應(yīng)注意檢查雙電源切換開(kāi)關(guān)是否處于市電工作狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)正用EPS電源供電，應(yīng)及時(shí)上報(bào)并查清原因。

(5)應(yīng)配合使用和管理部門(mén)對(duì)供電系統(tǒng)定期進(jìn)行切換演練。

斷開(kāi)常用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)，查看EPS側(cè)電源是否能夠自動(dòng)切入工作；斷開(kāi)EPS電源備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)，查看EPS電池是否供電，事故氯工序各運(yùn)行設(shè)備是否自動(dòng)啟動(dòng)。

EPS電源帶負(fù)荷工作5 min左右，先合EPS備用電源開(kāi)關(guān)，再合EPS電源常用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)，查看EPS是否退出并處于備用、事故氯工序各運(yùn)行設(shè)備是否自動(dòng)退出運(yùn)行。

演練過(guò)程中如出現(xiàn)異常，要查明原因，及時(shí)處理，并做好記錄。

(6)每隔6個(gè)月，EPS電源電池要在監(jiān)護(hù)狀態(tài)下充放電1次。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝、維護(hù)；采用密封式免維護(hù)電池，對(duì)環(huán)境無(wú)公害；能自動(dòng)瞬間切換，可無(wú)人值守；具有強(qiáng)制應(yīng)急啟動(dòng)按鈕和自動(dòng)/手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，高度智能化，便于操作控制。同時(shí)，河南神馬氯堿股份還為該EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)配置了電池管理器，可對(duì)電池充/放電的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，提醒維護(hù)人員及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)，更換劣質(zhì)電池，從而消除電池可能發(fā)生的潛在故障，以確保EPS應(yīng)急電源穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

該系統(tǒng)投入使用后，通過(guò)模擬演練和實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)，能夠滿足事故氯裝置應(yīng)急供電的要求，為河南神馬氯堿股份生產(chǎn)裝置安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行提供了一個(gè)可靠安全的動(dòng)力保障，同時(shí)為?；髽I(yè)選擇應(yīng)急電源提供了參考。