劉 峰

（酒鋼集團甘肅東興鋁業(yè)有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化、信息化和智能化水平的不斷提升，電力電子設備廣泛運用于現(xiàn)代企業(yè)生產的檢測、識別、控制、調節(jié)和管理等各個環(huán)節(jié)，這些產品對短時的電壓驟降具有很高的敏感性，對其工作電源質量有很高的要求。電壓驟降是企業(yè)供配電系統(tǒng)常見的故障現(xiàn)象，也是破壞企業(yè)連續(xù)穩(wěn)定運行的主要原因。

1 電壓驟降產生原因

電壓驟降又名電壓跌落，國內還稱為電壓凹陷、電壓暫降等，是指供電電壓有效值短時間突然下降的事件，其工頻電壓有效值下降至0.1～0.9 p.u.，典型的持續(xù)時間為0.5～30個周波。造成電壓驟降的主要原因是由于電力系統(tǒng)中某處電流突然增大或某處阻抗突然增大造成的[1]。

電解鋁企業(yè)電壓驟降產生的原因主要因為電網系統(tǒng)故障引起的。電網系統(tǒng)故障主要為向電解鋁企業(yè)供電的地區(qū)電網發(fā)生供電線路單相接地或兩相短路、電力變壓器電氣故障、倒閘操作故障、雷電等原因導致的電網電壓驟降。電網系統(tǒng)雖然配置有線路光纖差動保護、電力變壓器差動保護、母線差動保護等，能夠及時切除和隔離故障區(qū)域，但是因微機保護裝置及斷路器操作機構的固有動作特性，故障發(fā)生至故障切除總是有60 ms以上的時間，電壓驟降在故障區(qū)域附近不可避免的出現(xiàn)，電壓驟降時間一般在70～150 ms之間。若供電線路設置有重合閘保護，供電線路保護跳閘后線路頻繁重合閘，將會引起電壓驟降反復出現(xiàn)，造成連續(xù)性的電壓驟降。電壓驟降會引起機電設備的接觸器、繼電器、PLC、DCS、計算機、變頻器、微機控制器等設備失壓停止工作，從而影響企業(yè)的正常生產。

2 電壓驟降對電解鋁生產的影響分析

2.1 電壓驟降對整流供電系統(tǒng)的影響

整流供電系統(tǒng)主要為電解車間提供恒定電流的直流電供電電解鋁生產使用，電壓驟降對整流供電系統(tǒng)的影響主要有以下方面：

1）晶閘管整流機組控制的核心是晶閘管數(shù)字穩(wěn)流控制器，該控制器采集電網電壓作為同步信號，當電網電壓驟降應導致晶閘管觸發(fā)脈沖停發(fā)，整流機組直流輸出關斷，導致電解鋁整流供電系統(tǒng)故障，電解鋁生產中斷。

2）整流供電380 V自用電系統(tǒng)采用框架式斷路器進線開關，具有失壓保護功能，當電網電壓驟降時會導致整流系統(tǒng)附屬設備全部失電停運，導致整流供電系統(tǒng)中斷。

3）整流供電副水冷卻循環(huán)水泵采用交流接觸器控制，控制電源為市電，當電網電壓驟降至85%以下時，交流接觸器無法可靠吸合，循環(huán)水泵停運，影響整流供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4）整流變壓器油風冷卻裝置、整流器純水冷卻裝置和穩(wěn)流控制裝置的控制部分均采用UPS電源供電，發(fā)生電壓驟降不影響整流機組的運行。

2.2 電壓驟降對壓縮空氣及供水系統(tǒng)的影響

壓縮空氣主要向電解、熔鑄、陽極組裝車間提供生產工藝使用的壓縮空氣，主要由空氣壓縮機組、余熱式干燥機和自潔式空氣過濾器組成?？諝鈮嚎s機組主電機為10 kV高壓電機，為保護高壓電機置有低電壓保護；其控制部分采用市電，當發(fā)生電壓驟降至80%以下時，控制PLC、繼電器等失壓停止工作，壓縮機組全部停運，影響電解鋁正常生產。余熱式干燥機及自潔式過濾器短時電壓丟失不影響其正常工作?？s空氣冷卻循環(huán)水泵采用交流接觸器控制，控制電源為市電，當電網電壓驟降至85%以下時，交流接觸器無法可靠吸合，循環(huán)水泵停運，影響壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

供水系統(tǒng)主要為整流供電、壓縮空氣、熔鑄和陽極組裝車間提供生產冷卻用水，電壓暫降雖會導致供水設備停運，但短時間不影響其他車間冷卻系統(tǒng)的正常運行。

2.3 電壓驟降對電解、熔鑄及陽極組裝車間的影響

電解車間電解槽操控系統(tǒng)采用UPS電壓，不受電網電壓波動的影響。電解應急急停系統(tǒng)電壓采用雙電源失電供電，電壓驟降時，電解應急急停報警裝置和電解應急電話裝置無法正常工作，影響電解應急處置。熔鑄和陽極組裝車間生產工藝設備短時間停電時不受影響，低壓配電系統(tǒng)配置有低電壓保護功能，能夠在電網電壓驟降時停機保護設備。

3 應對電壓驟降的主要治理措施

結合電解鋁企業(yè)自身特性以及電網電壓驟降持續(xù)時間一般不超過5～8個周波的特點，提出以下主要治理措施。

3.1 整流供電系統(tǒng)治理措施

1）晶閘管整流機組：優(yōu)化晶閘管穩(wěn)流控制器同步信號判斷策略，增加同步電壓丟失延時功能，確保晶閘管觸發(fā)脈沖在電網電壓驟降時能夠持續(xù)觸發(fā)一段時間，躲過電壓驟降，保證整流機組持續(xù)工作。

2）整流供電自用電系統(tǒng)：由于380 V自用電系統(tǒng)負荷使用率不高，電壓驟降恢復時負荷設備啟動電流不大，建議拆除斷路器失壓脫扣器或采用具有延時功能的失壓脫扣裝置[2]。

3）整流供電冷卻循環(huán)水泵：利用永磁接觸器采用永磁保持，電子控制，受電網電壓影響波動小的特點，將原普通型交流接觸器優(yōu)化為永磁型交流接觸器，避免電壓驟降對交流接觸器的影響。

4）電力監(jiān)控系統(tǒng)：雖然電力監(jiān)控系統(tǒng)由UPS電源供電，但考慮電力監(jiān)控系統(tǒng)在事故狀態(tài)下的重要性，在電力監(jiān)控系統(tǒng)雙UPS電源裝置間增加SSTS（固態(tài)轉換開關），確保電壓驟降時UPS電源切換故障，利用SSTS開關切換時間可在15 ms內，將生產設備的電壓切換到另一路電源[3]。另外，電力監(jiān)控系統(tǒng)內的交換機、通訊管理機等通訊設備全部由直流電源供電。

3.2 壓縮空氣系統(tǒng)治理措施

空氣壓縮機組控制系統(tǒng)加裝UPS電源裝置，由UPS電源單獨為空氣壓縮機控制PLC、傳感器、冷卻油泵等控制設備供電，能夠實現(xiàn)電壓驟降時的如擾動快速切換，保障壓縮機組持續(xù)運行。

壓縮空氣冷卻循環(huán)水泵：將原普通型交流接觸器優(yōu)化為永磁型交流接觸器，避免電壓驟降對交流接觸器的影響。

3.3 電解應急系統(tǒng)治理措施

電解應急急停裝置和應急電話裝置分別加裝UPS電源裝置，由UPS電源單獨供電，能夠實現(xiàn)電壓驟降時的無擾動快速切換。

4 日常運行中的保障措施

4.1 蓄電池直流電源及UPS電源裝置的維護

蓄電池直流電壓裝置和UPS電源裝置在電解鋁企業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，應特別注重日常的維護保養(yǎng)。加強對直流電壓及UPS電源裝置運行狀態(tài)的檢查，尤其是充放電電流、工作電壓、電池電壓、主備回路工作狀態(tài)等。對于蓄電池組，環(huán)境溫度的過高或過低都會影響蓄電池的放電性能和使用壽命，要確保環(huán)境溫度在15～30℃之間[4]。經常對主機進行檢查和清掃，緊固線路連接，防止電路出現(xiàn)接觸不良等問題，定期開展蓄電池核對性充放電試驗和內阻測試，驗證蓄電池的容量，及時更換存在問題的蓄電池。

4.2 定期試驗切換及低壓保護功能驗證

建立雙電源定期試驗及切換制度，定期開展雙電源或UPS電源切換試驗，及時發(fā)現(xiàn)設備存在的缺陷，對于切換試驗風險較大的設備，應檢修時進行試驗切換，確保雙電源切換功能正常。在設備停機檢修時，要對具有低壓保護功能的裝置嚴格按照定值進行低壓功能驗證性試驗，確保低壓功能正常。