企业供电防晃电方案论文

1、企业供电防晃电方案论文工业企业供电课程报告供电系统防晃电方案学生姓名：班级学号：5100214任课教师：刘云静提交日期：2021.11.8成绩：一、研究的背景、现状及意义。（一)“晃电”的概念晃电是指因雷击、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。（二）供电系统产生晃电的基本类型1、电压骤降、骤升电压骤降、骤升,持续时间0.5个周期至1min,电压上升或下降至标称电压的110180%或1090%。电压暂降/骤降是电压有效值降至标称值(Nominal Value)的10%至90%,且持续时间为10ms至1min(典型持续时间为10ms600ms)的电能质量事件之一。严重的电压暂降,

2、将使用电设备停止工作,或引起所生产产品质量下降,同时,电压暂降影响的严重性则随用电设备的特性而异。电压骤降、聚升事故通过会严重影响汽车、半导体、塑料、石化、纺织、光纤、饮料乳业、移动通信等生产领域的正常生产与运营。通常情况下,以下重要设备容易受电压暂降的影响,比如:冷却装置控制、直流电机驱动、可编程逻辑控制器(PLC)、机械装置、可调速驱动装置等。2、短时断电短时断电,持续时间在0.5个周波至3s的供电中断(如备自投、重合闸等)。短路故障可能会引起系统远端供电电压较为严重的跌落,影响工业生产过程中对电压敏感的电气设备的正常工作,甚至造成严重的经济损失。保护装置切除故障、误动以及运行人员误操作等

3、均可引起供电中断。当保护装置跳闸切断给某一用户供电的线路时,该供电线路上将出现电压中断。这种情况一般仅在该线路上发生故障时才会出现,而相邻的非故障线路上都将发生不同程度的电压暂降。3、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。产生电压波动和闪变的主要原因是工业用电负荷,如电弧炉、电焊机的运行和电容器投切等,都可能产生快速的电压变化。电压波动与谐波的产生有类似的物理原因,如冲击性负荷的非线性特性、规则或不规则的分合闸操纵等。使非线性的交变负荷电流在与频率有依赖关系的电网阻抗上造成电网的电压波动。产生电压闪变的主要原因是

4、:用电设备具有冲击负荷或波动负荷,如电弧炉、炼钢炉、轧钢机、电焊机、轨道交通、电气化铁路、以及短路试验负荷等;系统发生短路故障,引起电网波动和闪;系统设备自动投切时产生操作波的影响,如备用电源自动投切、自动重合闸动作等;系统遭受雷击引起的电网电压波动等。（三）晃电”的危害1、晃电对化工企业的影响表1 化工企业晃电的危害导致的事件危害连锁停车重新开车需要很长时间，产生巨大经济损失工艺条件破坏产品报废，物料浪费循环冷却机组停运引发重大事故隐患如处理不及时，可能使液态物料凝固导致堵塞管道、损坏设备2、晃电对设备的影响电动机的运行大多数采用交流接触器、软起动器和变频器等起动控制设备进行控制。“晃电”时

5、交流接触器会释放，软起动器和变频器也会停机，因此在工业生产中常常会因“晃电”引起许多重要的低压电机停机。而关键机组停机又会导致大机组、甚至会导致整个生产装置连锁停机，最终导致连续生产过程被迫中断，生产装置被迫紧急停车，从而给企业造成巨大的经济损失，有时还会引起火灾、爆炸等恶性事故发生。(四)防“晃电”的重要性保持生产的连续性，减少非计划停车。避免次生的损坏设备、火灾、爆炸和人身伤亡事故发生。节约抢修、检修费用。实现安、满、长、优生产、节能创效。（五）目前的抗晃电技术目前的抗晃电技术有如下三类：（1）应用断电延时继电器、电机再启动器。通过时序关系，是接触器的主出头在晃电结束以后重新吸合（晃电期间

6、断开），实现电机再启动。这种防晃电的特点是在晃电发生期间主主出头断开，电压恢复后电机重启动，电机重启动产生的冲击电流大，控制回路原理复杂，而且电机启动器的成本很高。（2）采用储能延时元件，对接触器的线圈在晃电期间继续提供能量，保证主主触头的吸合。这样的产品有广州邦浦电气有限公司的FS防晃电交流接触器FS-MD延时模块、西门子的3RT1916-2B.0等。这种防晃电方式有元件的选型不灵活，选择范围小，增加了控制线路的复杂程度等缺点。（3）施耐德延时锁扣头装置，在接触器吸合后线圈转入省电模式，而靠锁扣头作用保持主触头的接通状态。在晃电发生时接触器主触头不断开，在进行了正常的停机操作后主触头才断开。

7、但是这种锁扣头只能与施耐德的接触器配合使用，由锁扣头锁定的主触头在断电的情况下断开需要独立的电源，而且在大于170A的接触器是，并没有与之配套的锁扣装置。二、设计方案（一）企业外部供电系统的措施连续性生产企业特别是重型生产企业对供电的可靠性要求较高,其供电一般采用双电源(或多电源)供电。在进行外部供电系统设计时最好能使两条(或多条)电源来自不同的变电站,如果很难做到这一点,至少也要使两条(或多条)电源取自由不同变压器带的母线段,这样可以避免上级变电站一段母线出问题时造成全厂停电。同时输电线路应装设自动重合闸装置,这样即使停电也会使工厂停电的时间大为缩短,尽量减少损失。（二）电源和发电机设计方案

8、1、采用不间断电源采用不间断电源是确保电源稳定的一种重要方法。重要的控制系统如DCS、PLC以及机房重要数据中心的工作电源应由UPS电源接人,增强抗扰动性。对装置中因停电可能出现重大设备事故或人身伤害事故的设备可配备事故发电机,在系统出现失电的情况下起动事故发电机,由事故发电机恢复其供电。对装置重要且可由涡轮驱动的机组正常生产时尽可能采用由涡轮驱动,这样可以避免因供电系统晃电造成重要机组停车。基于UPS系统的交流接触器抗晃电技术是应用成熟的UPS技术,在低压配电柜里构建独立的供电系统,为低压配电柜的二次控制部分提供可靠的电源,通过独立的母线系统给需要二次电源的元件集中提供优质的不间断电源。根据

9、系统特点和设定,在系统发生短时的晃电时,接触器的线圈能够依靠UPS提供的可靠电源正常工作,保持主触头的吸合,避免了由于晃电的发生引起的电机停机甩负荷事故。另外,当配电柜的主母线失电超过一定的时间后,则根据该系统二次控制部分设定断开输出,避免事故的发生。该系统可以可靠的防止由于晃电带来的不必要的停机甩负荷事故的发生,结构简单、成本低,抽屉里的二次控制回路不增加接线难度、适合配备于多数量回路有抗晃电要求的配电柜中。其系统图如图1:QF1图1 基于UPS系统的交流接触器抗晃电系统图1的系统做了这样的设计:由两路给二次控制部分的母线供电,在正常工作时,一路电源经UPS后给控制电源母线供电。另一路,在U

10、PS维护和检修时,通过电源经开关QF2直接给控制电源母线供电。该系统的工作原理是这样的:首先,闭合QF1,使得UPS得电,按下按钮SB2,接触器KM线圈得电触头吸合,控制母线得电,这时UPS处于逆变工作状态。当在发生允许时间范围内的晃电时,UPS转入电池供电模式,所以控制母线的电压保持不变,交流接触器不断开。KT是一个失电延时时间继电器,当电源的电压正常时,它的失电延时断触点闭合接触器KM线圈带电,控制电源母线带电后为各控制回路正常供电;但当电源的电压下跌超过设定的时间或进线开关断开时,时间继电器KT的失电延时断触头断开,KM失电断开,控制电源母线也会由于接触器KM的断开而失电,避免了主母线不

11、带电而控制回路带电引起电源恢复后的电动机群的再起动。另外,QF2可以作为UPS的后备,在晃电发生的淡季或UPS维护期间使用。（1）选择合适的UP S 容量在UPS系统里面,对交流接触器来说有两个关键的参数,即线圈的吸合功率和线圈的保持功率。对于UPS来说,它的主要负载就是交流接触器的线圈,是由若干个接触器的线圈共同组成了负载的主要部分。由于线圈是一个感性负载,当交流电压加在其上时,会对电源产生一个较大的冲击电流,从而形成了接触器的吸合功率,这个功率一般是接触器吸合后的保持功率的10倍以上,当接触器的主触头被吸合后,线圈只需要一个保持功率来保持主触头的吸合状态,这个功率一般远远小于接触器的吸合功

12、率。在进行UPS 容量的选择时,应同时考虑接触器线圈的吸合功率和保持功率。可按下式进行UPS 容量的选择和校验:12370%max(,.)CONT CONT CONT ups CONTCONTS P P P N P ?-= UPS UPS 的额定容量CONTN 交流接触器的线圈吸合功率CONT 交流接触器的线圈保持功率70% 交流接触器的带载率2、发电机组 选择柴油发电机组与UPS 组成的电源系统对供电安全要求较高的部门正在广泛采用，该系统不但要求柴油发电机组自动化程度高，更要求交流同步发电机必须适应UPS 这一非线性负载的特性，使其在无市电的情况下保证UPS 对负载可靠供电。 3、UPS 与

13、同步交流发电机的互相影响 在应用中，当柴油发电机组与UPS 选型不合理时，常发生以下现象: (1)发电机组输出电压振荡:振荡范围高达额定电压(10%-20%)，当调整AVR达到最佳时，振荡仍大于2%。 (2)电流振荡:在UPS 负载稳定的情况下，发电机输出电流在(20%50%)范围内振荡，且电流振荡无法调整。 (3)频率(转速)振荡:一般的情况下，频率振荡比电压、电流振荡范围小，但影响比较大，导致UPS 处于频繁切换及非正常工作状态。频率振荡一般在5%以内，柴油机由于负载有规律的忽大忽小，造成其工作也忽强忽弱，柴油发电机组振动加剧，加速机械磨损，甚至机件严重损坏。频率振荡最明显特征之一，即柴油

14、机工作噪声有规律的忽大忽小，因此必须引起高度重视。(4)UPS工作不正常:一是频繁切换，当频率、电压振荡变化超出UPS输人工作范围时，由蓄电池供电，而发电机在无UPS负载时陕复正常，随即UPS又自动投入以至交错进行；二是容易造成UPS旁路工作，对负载造成一定影响。根据UPS容量，一般配套发电机组的容量为UPS容量的22.5倍。而事实上，U1)S一般工作在50%80%额定容量，而对发电机组来说，其发出的功率可能为额定容量的30%左右。这样不但造成发电机组的容量不能充分利用，增加了设备的投资，造成了“大马拉小车”的现象，而且使发电机组更容易产生故障，增加了维护量，降低了发电机组的工作可靠性，其原因

15、是:(1)根据柴油机的特性，如果在小负荷下长期工作，气缸内温度较低，正常进人气缸内的润滑油不能完全燃烧，而燃油也不能充分燃烧，造成活塞环处、喷油嘴处积炭严重，气缸磨损加剧，因而使上述部位加速故障的产生，使柴油机工作性能下降，排气冒黑烟。(2)柴油机处于30%额定负载以下，经济性变差。综合各种因素，发电机组要求负载必须在60%以上额定负载的情况下工作，对柴油机较为有利。4、采用双总线供电方案 图2 双总线供电 该供电结构特点如下：1）系统由2台UPS 构成，一根母线系统为单机组成，另外一根母线系统也为单机构成。正常工作时，两套母线系统各自负荷各自的负载。2）将其中的一套单机系统作为双总线系统的一

16、根输出母线，另外一套单机系统作为双总线的另一根输出母线，将两套母线系统输出通过LBS 同步起来。3）考虑到系统实现的成本，我们将IDC 机房的负载分为两类：单电源负载，双电源负载。正常工作时，两套母线系统共同负荷所有的双电源负载；通过STS的设置，各自负荷一半的关键的单电源负载。因此，正常工作时两套母线系统会各自带有50%的负载。4）即使是一套系统完全失效或者需要检修，双电源负载因为有一根输出母线仍然有电所以会继续正常工作；而关键的单电源负载会通过STS 零切换到另外一根输出母线也会正常工作。即通过消除系统中的“单点故障”获得了系统的可靠性的极大提高。LBS 系统的可靠性可高达99.99999

17、%.5）此种系统的升级方案首先带来的是负载用电的可靠性的显著提升。同时，在LBS STS 1负载柜1负载柜2 双电源负载 UPS1-1INT UPS 输入配电柜UPS 输出配电柜1 油机1市电1 ATS1单电源负载1 INTUPS 2-1 UPS 输出配电柜2 STS 2 单电源负载2电池 2-1 电池1-1 UPS 系统1UPS 系统2可靠性得到显著改善的同时，由于正常时系统均分负载，也实现了系统的在获得备份时也得到扩容。6）此种系统的升级方案有着优秀的开放性和良好的前瞻性，系统以后的扩容和升级也会显得十分方便。因为任何时候我们均可将其中的一套系统完全下电进行处理。7）此种系统的升级方案对维

18、护也有着极大的便利，从而从根本上避免了对“大旁路”（即外置维修旁路）的需求。8）该方案为性价比高的方案，因为和传统11系统相比较，只是多了LBS和STS的投资，而LBS和STS的投资一般只占总动力投资的5%-10%.（三）重要动力设备增加晃电停车再起动功能图3可编程控制器（简称PLC）是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，它可以通过内部的程序设计使复杂的工业控制过程简单化，以尽可能少的元件实现控制的精确和可靠。本控制方式的思路：将供电系统电源信号和需要再启动的电机的运转信号分别引入PLC，从而对电机是否运转和系统电源进行适时的检测，正常时PLC仅程序工作而没有输出。该控制系统将电源信号改

19、变时电机运转状态的改变作为电机再启动的条件：电源信号发生改变（晃电）时，PLC系统计时开始，同时记录晃电时状态发生改变的再启动电机（这些电机再晃电前处于运行状态，应该参与再启动，而状态未发生改变的再启动电机在晃电时未运行，不参与再启动）。若在设定的允许晃电时间内来电（电源信号再次发生改变），PLC就会按照程序所设定的在启动顺序去分批启动应参与再启动的电机。如果再设定的允许晃电时间内仍未来电，PLC系统将自动封闭所有程序并对程序进行初始化。直到系统电源正常后程序自动回复正常工作。要使这种再启动方式达到最好的使用效果必须扎实做好基础工作：（1）对需要再启动的电机进行分类。极其重要的电机列为A类，这

20、类电机允许晃电的时间应设置为最长，供电恢复后应最先在启动；其次列为B类，其允许的晃电时间稍短，供电恢复后再启动稍晚于A类电机；在再启动电机中相对不重要的电机列为C类，它们允许的晃电时间最短，在其时限内供电恢复后再启动最晚。（2）对电机分类统计出自由停机时间。并依据图1的电机启动电流曲线计算出启动时系统的启动电流，以整个系统的启动电流不致影响供电系统的安全为基本前提。公司6kv高压电机由于其控制的特殊性，每台电动机在其设定的允许晃电时间内均是来电启动，所以尤其保证A类电机的启动时的电流加上实现内的所有高压电机的启动电流应低于公司6kv电网的总的允许启动电流。（3）合理设置分批启动的延时时间。电机

21、再启动要解决的是关系环保、人身、装置安全的重要问题，所以再启动电机的启动时间应该尽可能的短。在设置启动分批延时时间的时候，应该根据统计出的电机停车时间相应作出图1所示的电机的id电流/速度曲线关系。根据得出的各电机的启动电流将再启动电机的来电启动进行分组。理想的分组时当系统来电时立即有系统组大允许启动容量的负荷参与再启动，当系统总电流稍有下降时，又有部分负荷启动，一次直到所有应该再启动的电机全部完成再启动。（4）要保证系统在停电时能够正常工作，必须保证在系统停电时，PLC还有工作电源。PLC的工作电源交直流均可（交流电压范围85264v，直流电压范围20.428.8v)。可以利用各界区的UPS

22、不间断电源或徐电磁对PLC提供工作电源。这种再启动方式的优点：投资少，一个低压配电室用一台PLC即可满足该配电室再启动电机的需要。每台电机控制回路不增加元件，控制线路简化，故障率低，维护成本下降。电机正常运行时无在线待命的耗电元件，节电效果明显所有再启动电机时间基准统一，分批再启动控制容易实现不改变工艺人员操作习惯，整个再启动通过程序实现，工艺的正常操作与一般的电机操作相同元件使用寿命长，维护率低。正常时系统PLC输入端有24v直流输入，输出端处于待命状态，避免了元件在强电回路长期处于待命状态，避免了元件在强电回路长期待命运行对元件的损伤。它的缺点在于：对PLC的共多电源要求很高，必须保证PL

23、C有可靠的工作电源且在系统停电时该工作电源正常提供，否则再启动功能无法实现。（四）供电（电源）系统与信号防雷设计方案一般在大厦变压器的低压输出端采用第一级电源大通流量型防雷器可采用MC50-B、MC125-B/NPE、V25-B等系列产品，每路进线安装一套设备。在网络机房、弱电机房、弱电间配电箱及大楼的分层配电箱内安装第二级电源防雷器，可采用V20-C/3+NPE-AS产品。在服务器、计算机、控制器等重要设备前端安装第三级电源防雷器，对设备采用一级（C级）防护，可采用CNS 3-D-GB产品。参考规范：信息产业部规定所有的通讯和电子设备的电源输入端要加装C级防雷器。对分电柜的每个回路加装C级防

24、雷器。在空调前加装V20-C/3-AS产品，保护机房空调，在空调室外机前加装V20-C/3-AS产品，保护空调和空调室外机，防止雷电反串入电源系统。在计算机直流地与系统防雷地之间加装480地极防雷器（为暂态器），防止直流被工频干扰以及两地之间的雷电压差。信号防雷主要是楼宇控系统、计算机网络及综合布线系统的保护，凡是从室外来的信号线，如：电信、广电进线都应安装相应的避雷器，对内的局域网在每个需要作防感应雷过电压数字设备的接口处都要装相应的避雷器，对网络系统的计算机和数字设备、监控设备进行整体保护。服务器网卡防雷器采用RJ45-E100/4-F产品；网络交换机防雷器采用UR-RJ45*24产品；拨

25、号电源线防雷器采用RJ45-TELE/4-F产品；DDN专线防雷器采用 RJ45-V24T/4-F产品；电话线防雷器采用 LSA-B-MAG产品；广电进线防雷器采用 DS-BNC产品。1、接地设计根据联合接地的原则，在配电室中焊接环形接地体并与大楼建筑防雷地多点焊接连通，同时与工作地接通。机房内设多个地线排，地线排与地网或大楼柱子的主钢筋焊接连通。进入主配电室的电缆的金属护套和金属护管的两端必须就近接地或与地网焊接连通。机房内的所有机壳、机架、走线架每隔5米均应做一次保护接地。机房及弱电间内活动地板和金属支架以及防静电网格均应分别在四面引出50mm2的多股铜线与保护地排连通。由楼顶进入机房的同

26、轴电缆天馈线的金属外护层，均应在缆线上端、下端、经走线架进入机房入口室外侧，就近妥善接地。电缆天馈线进机房入口处室外地线排设专用接地引下线，直接与地网连接。接地引下线采用50mm2铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘软电缆。光缆的金属加强芯及从属护套在终端处就近接地。机房内的所有保护地与天馈线进机房入口处室外地线排断开。天馈线的防雷器的接地线从机房入口处室外地线排上引入，并且必须与机房内的地线绝缘。我方特别建议自来水管道、暧气管道、消防水管及其它金属构件，均应就近接地，与联合地网焊接连通。接地系统设计指标：计算机直流地计算机交流地欧姆；系统零地电位差地板静电电压伏特 ；抗高频干扰接地电阻.欧姆 。接地线采用抗

27、干扰屏蔽电缆，通过铜钢过渡带与地极相连。 计算机直流地：计算机直流地联接点应相距大于米，由弱电竖进引入机房配电间与、母排相联。在布线过程中应严格保持绝缘，不允许有断点和联结点，一定间距内应有明显标记。机房内抗高频干扰接地：在机房区域内部地板支架与配电柜的地线排用一定规格的导线相连，防止高频产生的静电荷高电位积蓄，对人体及设备的损伤，在施工过程中，抗高频干扰接地线与地板支架应避免与大楼钢筋接触。同时为了确保计算机稳定可靠的工作，防止寄行电容耦合的干扰、保护设备及人身的安全，要求有一个良好的接地系统，而且直流接地与各种工作接地在机房内应分开布线，相互屏蔽。静电接地、直流接地图：双路380V/220

28、V AC 1#进线断路器 1#进线断路器 AT 32A 32A 3*25MM23*25MM2 MC50-B/4MC50-B/4 1*35MM2 进线断路器1*35MM2PE 3*16MM2 PE20A 互投柜UPSV20-C/3-AS+NPE1*25MM2进线断路器PEV20-C/1同左同左同左同左同左同左同左PE 15个回路1*电源线径图 4配电防雷系统图1200*120035mm2静电接地引线40*4扁铜图5直流接地图1200*120035mm2静电接地引线25mm2铜带图6 静电接地图三、结论基于UPS以及运用PLC控制电机实现再启动的设计方案，具有以下的一系列的优点：（1）双总线的UPS系统能够大大的提高系统的