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空气开关延时起跳技术在轻烃装置上的应用
作者:张勇华 王婉萍 刘东明 钟分丽
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熔断器, 断路器, 保险丝, 接触器, 过载保护器, ...
1 前言

中原油气高新股份有限公司第二气体处理厂拥有三套天然气凝析轻烃深加工装置,处理凝析轻烃约50,000吨/年,生产装置及辅助生产设备均以电为动力连续运行。由于处于豫北电网的末端,电压波动较大,闪电现象比较频繁,闪电经常造成机泵等动力设备全部或部分停运,停运设备的恢复启动均由人工操作完成,由于运转动力设备偏多,恢复启动操作所需时间较长,系统运行参数较长时间波动偏离正常值,将会严重影响了轻烃装置生产的连续运行。系统运行参数调整一般需要8~12小时,每次调整期大约消耗轻烃原料40~60m3,消耗天然气4000~6000m3,经济损失较大。

针对闪电造成机泵等动力设备瞬间停运的现象,经过科学系统的分析闪电的成因,应用了空气开关延时起跳技术,对生产装置供电系统的两台空气开关柜进行了技术改造,实现了高压配电系统闪电时空气开关延时起跳,避免了闪电造成机泵等动力设备瞬间停运现象的发生,极大地降低了高压系统闪电对轻烃装置连续生产的影响。

2 闪电发生的原因及闪电时间对轻烃装置生产的影响

2.1闪电发生的原因

由于高压架空配电线路均安装有自动重合闸系统,因此线路一旦发生故障跳闸,系统将自动进行一次重合闸,如果此时故障消除,则高压配电系统供电恢复正常(此过程表现就是系统电压瞬间下降,又恢复正常,时间最长不超过1.25s)。如果线路跳闸的故障依然存在,则重合闸后加速开关跳闸切断高压配电线路。一次成功的重合闸对下游用户的表现就是供电系统发生一次闪电,据资料统计2003年中原油田供电公司高压架空线路故障约80%为瞬时性故障,即系统重合闸有约80%的成功率。

2.2闪电时间轻烃装置生产的影响

轻烃装置生产动力用电来自柳屯变电所611线路和618线路,6kV的高压电经过变压器作用为我厂提供400V的动力电压,保障轻烃装置的连续生产。如图1所示,高压配电系统闪电的过程中,时间虽然很短,一般不超过1.25s,但系统电压随之降低,由于空气开关(DW15—1600型万能式断路器)的失压脱扣器瞬间失电,将会导致空气开关瞬间跳闸停电。闪电后高压系统电压及时恢复后,低压供电系统由于断路器存在而无自动重合闸,必须人工操作手动合闸恢复送电,所需时间大约在1min左右,供电系统断电必然引起机泵等动力设备停运,由于运转动力设备偏多,闪电后动力设备的重新恢复启动须由人工操作完成,所需时间较长,大约在5min左右。如果动力设备停运时间过长,会引起系统参数长时间、较大幅度偏离正常,将会造成轻烃装置生产紊乱,必须对轻烃装置运行工艺参数进行调整,直至运行参数正常,轻烃装置才能恢复正常生产。

3 空气开关跳闸的问题分析及解决方法

3.1 空气开关跳闸的问题分析

供电系统自动空气开关的失压脱扣器是一个电磁铁,失电瞬间会在弹簧的带动下衔铁释放,然后带动跳闸机构动作,空气开关完成跳闸操作。高压配电系统闪电时,失压脱扣器若能延时几秒钟后再起跳,在高压系统电压瞬间恢复正常后,供电系统才能够得以维持正常供电,从而显著降低闪电对轻烃装置生产的影响。为了防止高压系统闪电瞬间失压脱扣器衔铁释放,经过分析提出了以下三个技术解决方案:

①将电磁失压脱扣器的衔铁捆住,防止其释放,这样可以达到闪电时空气开关不起跳的目的,但在系统永久失电时,空气开关也无法动作,失去了存在的意义,故不可取;

②采用 UPS系统给失压脱扣器供电的方法,经过反复试验,由于设备接线复杂、可靠性差、无法稳定实现延时起跳,故不可取;

③将失压脱扣器线圈电源改为直流电源,在该线圈上并联一只贮能电容,系统电压过低时,电容自动向失压脱扣器线圈释放电能,使其维持一定时间的吸合状态,待贮能电容放电结束后,失压脱扣器失电,空气开关自动完成延时起跳操作。其改造方法类似交流接触器的交流启动、直流无声运行,接线方式简单,经试验可靠性高,故被采用。

3.2 技术改造依据

为了测量不同电容量的贮能电容的放电延时时间,我们连接一台同型号的备用断路器(电路示意图见图 2 )上,分批次测定不同电容量的贮能电容维持 失压脱扣器的吸合 时间(见表1)。

由试验测定数据可知,采用 2200μF的电容能保证失压脱扣器维持吸合时间为5s,闪电时可以有效地保障自动空气开关延时起跳,故选用2200μF的贮能电容。

经测定,失压脱扣器线圈直流电阻为 540Ω,交流电压380V,电流0.045A 。因交流线圈通过相同的直流电流和交流电流时,吸力维持不变;交流电源改成直流电源时,电感线圈无感抗,其总体阻抗等于其直流电阻,故所需

直流电压=电流×电阻=0.045×540=24.3V

经分析确定最终选取所需使用的电器元件见表 2所示:

3.3 解决方法

我们首先选择安装一个 50W的控制变压器,将400V交流电变为24V交流电;再经过桥式整流堆,将失压脱扣器线圈电压由24V交流电转换为24V直流电;最后在桥式整流堆与失压脱扣器线圈构成的回路中,并联一个2200uF的贮能电容,闪电时为失压脱扣器线圈供电(电路示意图见图3)。

当发生闪电供电系统电压瞬间失去时,贮能电容自动向失压脱扣器线圈释放电能,使其维持吸合状态,因空气开关须经过 5秒钟后才会跳闸,在这5秒钟以内,供电系统若能及时恢复正常,则空气开关不会跳闸,这样就可以有效地保障了空气开关起跳动作延时,待高压系统电压恢复正常后,供电系统仍可维持正常供电,同时 避免了闪电造成机泵等动力设备瞬间停运现象的发生,将会极大地降低了高压系统闪电对轻烃装置连续生产的影响。

4 综述

第二气体处理厂凝析 轻烃深加工装置,通过空气开关延时起跳技术的改进,实现了闪电后空气开关起跳动作延时,提高了供电系统的稳定性能,有效地保障了闪电后轻烃装置连续稳定生产,闪电对轻烃装置的影响降到了最低限度,经济效益十分显著。

空气开关延时起跳技术在轻烃装置生产中得到应用, 增效非常显著,非常 适用于发生闪电现象比较频繁地地区的 石油化工企业 ,同时 也可为国内拥有同类型连续生产装置的企业得到有益地启发,具有广阔地应用前景。

作者简介:张勇华( 1979-),男,本科,工程师,主要从事天然气化工方面的研究;
邮编: 457061
联系地址:河南省濮阳县柳屯中原油田天然气处理厂第二气体处理厂
e-mail: PYZYH@126.COM (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/8/2005)
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