（化学工程专业论文）中国石化湖北化肥分公司电气工程防晃电的科学管理研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g s i n o p e ch u b e i c h e m i c a lf e r t i l i z e ra n t id a z z l i n ge l e c t r i c a l e n g i n e e r i n gb r a n c h o fs c i e n t i f i cm a n a g e m e n t m a j o r：e n t e r p r i s em a n a g e m e n t c a n d i d a t e ：t a n gh a n f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f t o n g x in g x i a x u e x i a n g w u h a ni n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y w u h a n ，h u b e i4 3 0 0 7 4 ，p r c h i n a m a y ，2 0 1 0 摘要 摘要 目前，化工企业的效益主要从资源、连续i 生生产和销售三个方面的管理决 定，其中化工i , j k 的连续性生产尤为重要，它有助于提高企业效益，是企业生 存和制胜的重要因素，是企业可持续发展的重要保障。 在全球经济一体化的背景下，作为生产工艺连续型的生产企业，工艺条件 苛刻，有些化学反应要求在高温、高压下进行，有的则是要求在低温、高真空 度下进行。这必然要求化工工艺生产的相关公用工程必须尽可能的安全、可靠， 其中供电的安全i 撕口可靠性尤为重要，也即是必须做好电气防晃电工作。防晃 电工作是否做到位，其运行的安全性和可靠性直接影响企业的产品生产成本和 直接经济效益，从而影响企业取得较高的利润率，是否赢得竞争优势。 本文在运用管理学的“木桶原理”对中国石化湖北化肥分公司的薄弱环节 进行了分析，通过对该企业的薄弱环节的分析研究，找出该企业防晃电工程管 理中的薄弱环节，并据此提出强化这些薄弱环节的管理措施，指出必须对于防 晃电进行科学管理，从而增强企业的自身实力，提高企业的竞争能力，使之相 对于竞争者处于优势地位。 关键词：化i i , k ；湖北化肥分公司，防晃电；连续性生产；木桶原理 武汉t 程大学：拌硕士研究生硕十学位论文 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a tp r e s e n t , t h ec h e m i c a l e n t e r p r i s e s b e n e f i t si s m a i n l y d e c i d e db yt h e m a n a g e m e n to ft h er e s o u r c e s ，c o n t i n u o u sp r o d u c t i o na n dm a r k e t i n g ，i nw h i c ht h e c o n t i n u o u sp r o d u c t i o no fc h e m i c a l e n t e r p r i s e sp l a y s av i t a lr o l e i n i m p r o v i n g e n t e r p r i s e sb e n e f i t s t h ec o n t i n u i t yo f p r o d u c t i o ni sn o to n l ya ni m p o r t a n tf a c t o ro f t h e e n t e r p r i s es u r v i v a la n ds u c c e s s ，b u ta l s ot h em a 团i t u d eg u a r a n t e ef o rt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e mo f e n t e r p r i s e s i nt h ec o n t e x to fg l o b a le c o n o m i ci n t e g r a t i o n ，t h em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s w h i c hh a sc o n t i n u o u s p r o d u c t i o np r o c e s sr e q u i r eh a r s ht e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，i ti s r e q u i r e dt h a ts o m ec h e m i c a lr e a c t i o n sb em a d ea th i g ht e m p e r a t u r ea n du n d e rh i g h p r e s s u r e ，a n ds o m ea r er e q u i r e da tl o wt e m p e r a t u r ea n du n d e rh i g hv a c u t u n t h e r e f o r e , t h i sr e q u i r e st h eu t i l i t i e ss y s t e mr e l a t e dt ot h ep r o d u c t i o no fc h e m i c a l p r o c e s sa sf a ra sp o s s i b l ea n dr e l i a b l e ，a n do f w h i c h t h es a f e t ya n d r e l i a b i l i t yo f p o w e r s u p p l yi sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t h em a i np o w e rs y s t e mo fc h e m i c a li n d u s t r yc o m p r i s e sv o l t a g et r a n s f o r m e r , f r e q u e n c yc o n v e r t e r , m o t o r s ，c i r c u i tb r e a k e r s ，e l e c t r i cc a b l e sa n do t h e re q u i p m e n t s i t s o p e r a t i o ns a f e t ya n dr e l i a b i l i t yh a v ead i r e c te f f e c to nt h ep r o d u c t i o nc o s t sa n dd i r e c t e c o n o m i cb e n e f i t s ，t h u sa f f e c tw h e t h e rt h ec o m p a n ya c h i e v e sah i g h e rp r o f i tm a r g i n a n dg a i n sc o m p e t i t i v ea d v a n t a g e t n sa r t i c l ei sf o c u s e do nt h e ”b u c k e tt h e o r y ”o ft h em a n a g e m e n t t h e m a n a g e m e n to ft h ew e a kl i n k si st h ev i t a lw a yt og u a r a n t e ea n di m p r o v et h e e c o n o m i cb e n e f i t so fc h e m i c a le n t e r p r i s e s t h em a n a g e m e n to ft h ew e a kl i n k si n c h e m i c a le n t e r p r i s e si sa s y s t e mw h i c hi sr e l a t i v e l yc o m p l i c a t e di ns t r u c t u r ea n d c o n t e n ta n dh a sr e l a t i v e l ym o r ef a c t o r s t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h em a n a g e m e n to f i i i 武汉t 程大学i ：程硕士研究生硕士学位论文 二二- - 二_ 二一：= 二= ： w e a kl i n k si nt h ec h e m i c a l b u s i n e s s ，i ti se x p e c t e dt oi d e n t i 矽t h em o s ts u j _ t a b l e a p p r o a c h t o s t r e n g t h e n t h e m a n a g e m e n t o fw e a kl i n k s i nc h e i l l i 跚 c o m p a n i e s ，e n h a n c et h e i rb e n e f i t s ，m a k ec o m p a n i e sw i t h s t r o n g e rc o m p e t i t i v ep o w e r , i nt h i s w a y , i ts h o u l dr e m a i ni nt h ed o m i n a n tp o s i t i o ni nt h es a m el mm 恤 p u r p o s eo f g e t t i n gb e t t e rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：c h e m i c a li n d u s t r y ；h u b e if e r t i l i z e r b r a n c h ；p r e v e n te l e c t r i c i t y ； c o n t i n u o u s p r o d u c t i o n ；b a r r e lt h e o r y i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第一章引言1 1 1 研究的背景、理沦意义和现实意义1 1 2 本文的主要思路及研究方法2 1 3 本研究的创新之处3 第二章国内外电气防晃电研究综述5 2 1 国内防晃电交流接触器的研究评述5 2 2 国内防晃电动力u p s 研究评述8 2 2 1 动力u p s 系列8 2 2 2 动力u p s 特点9 2 2 3 动力u p s 应用1 0 2 3 国外防晃电的研究评述1 0 第三章化工企业防晃电的基本概述1 3 3 1 晃电的内涵1 3 3 1 1 晃电的含义1 3 3 1 2 晃电的种类1 3 3 2 晃电的危害1 5 3 2 1 晃电对供电回路电机的影响1 5 3 2 2 晃电对供电回路控制电器的影响1 7 3 2 3 晃电对变频器的影响1 9 3 3 防晃电对化工企业的必要陛分析2 0 第四章化工企业电气工程防晃电的木桶原理分析2 3 4 1 化工企业防晃电工程的木桶原理分析2 3 4 1 1 “木桶理论”概述2 3 武汉。l | j 星人学l ：科硕j l 二研究生硕十学位论文 4 1 2 “木桶理论”的产生2 4 4 1 3 “木桶理论”的演变2 4 4 2 化工企业防晃电工程的描述2 5 4 2 1 化工企业防晃电的工程描述2 5 4 2 2 化工企业防晃电的工程管理2 6 第五章木桶原理在湖北化肥分公司电气工程防晃电中的运用2 9 5 1 理论依据2 9 5 2 ：靓j 徘2 9 5 3 措施3 0 5 4 综合评价3 1 第六章总结与展望3 3 6 1 全文总结3 3 6 2 研瓣3 3 参考文献3 5 致谢3 7 第一章引言 第一章引言 1 1 研究的背景、理论意义和现实意义 化工企业电力系统主要是由变压器、变频器、电动机、断路器及电缆等设 备组成n 1 ，作为生产工艺连续型的生产企业，化工企业工艺条件苛刻，有些化 学反应要求在高温、高压下进行，有的则是要求在低温、高真空度下进行。这 要求化工工艺生产的相关公用工程必须尽可能的安全、可靠。其中，供电的安 全性和可靠性尤为重要，一些关键设备的供电一旦中断即会造成一套或多套装 置停工。对于电力系统而言，系统晃电会造成一些关键设备的电机跳闸停机， 导致装置的非计划停工，给企业造成巨大的经济损失。以中国石化湖北化肥分 公司为例，湖北化j 把分公司主要生产装置有：气化装置、净化装置、合成氨装置、 尿素装置和空分装置各1 套。主要配套及公用工程系统有：总蒸发量为7 0 0 吨 小时的3 台煤锅炉，两台2 5 兆瓦的以热定电发电机组，l 座供水能力2 0 0 0 吨 小时的水厂，装置设计能力年产合成氨3 0 万吨、尿素5 6 万吨。装置非计划停 工一次的直接经济损失大概在4 0 0 万元4 8 0 万元之间，直接影响企业的产品 生产成本和直接经济效益。 统计表明，2 0 0 3 年2 0 0 8 年六年时间里，湖北化肥分公司的化工工艺生产 由于供电系统的系统晃电的原因平均每年中断2 - - 一3 次，其中8 0 都造成整个工 艺生产装置全部停车。每年因为该原因造成的直接经济损失都在1 2 0 0 万元左 右，也就是说六年时间由于供电系统的系统晃电造成工艺生产装置停车给湖北 化肥分公司带来了近7 0 0 0 万元的直接经济损失。 随着中国融入全球经济体系，化工企业面临的来自国内外的竞争越来越激 烈。因此，对于本课题的研究即具有了理论意义和现实价值意义。理论意义表 现在：探索和研究化工企业全面的，全方位的防晃电工程的管理。现实的应用 价值体现在：一是切实解决不同化工工艺要求下的电气工程的投入管理；二是 武汉t ：程人学f 程硕十研究生硕十学位论文 为同行业的企业实施技术改造提供理论借鉴。 1 2 本文的主要思路及研究方法 本文在介绍国内外对电力系统电气防晃电技术的研究的基础上，结合中国 石化湖北化肥分公司的实际，分析湖北化肥分公司电气防晃电工程管理的现状 和存在的问题，提出一套适合中国石化湖北化肥分公司电气防晃电工程科学管 理的有效措施，主要研究思路如下： 第1 章：引言。本章主要介绍本文的研究背景及意义、主要思路、研究方 法以及本文的创新点。 第2 章：文献综述。主要分析研究国内、外对电力系统电气防晃电工程的 研究。 第3 章：化工企业电气防晃电的基本概述。化工企业是生产工艺连续型的 生产企业，化工工艺条件苛刻，供电的可靠性显得尤为重要。认识晃电，便于 采取最有效的电气防晃电措施解决化工企业供电系统中薄弱环节以解决化工企 业供电的安全性和可靠性。 第4 章：化工企业电气工程防晃电的木桶原理分析。本章主要以木桶原理 的产生演变为基础，结合中国石化湖北化肥分公司的实际，提出化工企业电气 工程防晃电管理的基本思路。 第5 章：木桶原理在中国石化湖北化肥分公司电气防晃电工程中的运用。 本章根据中国石化湖北化肥分公司电气防晃电的客观实际，以化工企业供电系 统的原则，提出适合中国石化湖北化肥分公司电气工程防晃电改造具体措施和 方法。 第6 章：总结与展望。结合现代化工企业的运作管理模式，以期望能对化 工企业电气防晃电工程管理理论有更深一步探索。由于供电系统的不断完善和 科学技术的不断进步，本文所涉及的内容有一定的局限性，要根据环境的变化 第一章引言 不断进行完善和提高。 研究方法： 本文拟借鉴国内外在相关领域的研究成果，结合本人在理论学习和实践中 的心得体会，对化工企业电气防晃电工程管理在理论上进一步挖掘和深化，以 理论分析为全篇分析和研究的依托和框架，采用经验归纳和逻辑演绎相结合， 定性分析与定量分析相结合的方法，对已有的理论和实践活动进行提炼和归纳， 再根据中国石化湖北化肥分公司的具体隋况加以运用。 1 3 本研究的创新之处 本研究的创新之处在于运用管理学的“木桶原理”分析研究加强化工企业 薄弱环节的管理是保证和提高化工企业经济效益的重要途径。企业是社会经济 的细胞，企业能否在激烈的市场竞争中保持可持续性发展，关系到国家存亡、 民族兴衰。因此，企业工程管理的研究有着较广泛的社会需求。特别是针对市 场环境变化迅速，竞争异常激烈的行业，有较为明显的应用价值。 武汉ji ：程人学工程硕：卜研究生硕士学位论文 4 第：二章国内外电气防晃电研究综述 第二章国内外电气防晃电研究综述 对于同一个化工企业的不同的工艺流程，有区别的对电气设备采用合理的 的防晃电改造措施，既可以解决那些薄弱环节的供电稳定性和可靠性问题，又 可以很好的解决工程投资的优化问题，从而达到用最少的投入得到最大的产出， 使企业获得最大的利润和效益。 2 1 国内防晃电交流接触器的研究评述 国内防晃电的前期代表产品是广州邦浦电气有限公司研制的f s e 系列抗 晃电交流接触器乜1 。f s e 接触器是一个双线圈结构，系统电源和控制电源正常 状态下，控制模块处于储能状态，接触器的启动和停止与常规接触器一样，当 有“晃电”发生使电压降到接触器的线圈工作维持电压以下时，控制模块开始 工作，以存储能量释放的形式保持接触器线圈继续吸合接触器的铁芯。当系统 电源电压恢复后，控制模块又转入储能状态。由于控制模块使用了特殊的电源 转换部件，使得f s e 接触器的体积和安装结构能够保持原有的特征，另外它不 依赖辅助工作电源和辅助机械装置。f s e 系列抗晃电交流接触器用于交流 5 0 h z 、6 0 h z ，额定工作电压2 2 0 v 3 8 0 v 至1 1 4 0 v 的电力系统中接通和分断供用 电电路，用于连续陛生产作业线因雷击、短路重合等供电系统发生故障的瞬间 失压、失电( 俗称晃电) 保持接触器不脱扣，f s e 接触器的操作接通、分断与 常规接触器完全相同。而且其自身辅助延时装置当事故停电超过定时限时间时， 接触器脱扣，可以躲过由于晃电引起的瞬间电压降低导致的接触器脱扣，起剑 保持工艺设备连续生产不停机的目的。f s e 系列防晃电交流接触器不依赖辅 助工作电源，不依赖辅助工作装置，具有体积小、可靠i 生高的特点。其结构原 理示意图如下图： 武汉l ：程人学一翻翻顽七研究生硕十学位论文 f s e 系列防晃电交流接触器结构原理不意图 p t m c 2 - 6 3 ( 外形同c j 2 0 ) 永磁式防晃电交流接触器。多年来，交流接触器 一直采用普通电磁式，其性能应当说是比较稳定的，但在长期使用中也暴露出一 些问题，如：线圈易烧毁、触头易熔焊、铁心吸合不正时噪音大。而上海普京电 器设备有限公司研制生产的永磁式交流接触器解决了以上难题。永磁式交流接 触器由三部分组成，即：外壳、磁铁、触头灭弧系统。以p t m c l 系列永磁式交流 接触器为例，该系列永磁式交流接触器为直动式、双断点、立体布置，上段为热 固性塑料躯壳固定着辅助触头、主触头及灭弧系统，下段为热固性塑料底座，安 装永磁式操动机构，以及缓冲装置底座上除有使用螺钉固定的安装孔外，还有 卡轨安装用的锁扣，可安装于i e c 标准的宽帽形安装轨e ，拆装方便。该系列永 磁式交流接触器触头灭弧系统采用简单开断灭弧室及u 形铁片灭弧，灭弧效果 良好，接触器采用银基合金触头，灭弧系统配用抗熔焊耐磨损的触头材料，使产 品具有长久的电寿命，辅助触头可任意组合。永磁式交流接触器是以永磁式驱动 机构取代了传统的电磁铁驱动机构而形成的一种新型微功耗接触器，其工作原 理就是利用磁极的同性相斥、异性相吸的原理。因安装在接触器联动机构上的 永磁体的极性是固定不变的，而固定在接触器底座上的软铁在外来控制信号作 用下，与其固化在一起的电子模块产生十几至二十几毫秒的正反脉冲电流，使软 铁产生不同极性，相对永磁体面( 设为n 极) ，吸合为s 极，释放为n 极，保持靠永 磁，从而使接触器主触头达到吸合、保持、释放的目的。由于电子模块的控带| j ， 可根据现场的需要设定释放电压值( 断电为零电压) ，并可延迟一段时间再发出 脉冲电流以实现低电压延时释放或断电的功能，免受大幅值网电压波动的干扰， 6 第二章国内外电气防晃电研究综述 达到稳定工艺系统生产的目的。 永磁式交流接触器的主要特点是： 1 不受电网干扰不打颤，可靠性高，在同样条件下，寿命是c j x 2 系列的 3 5 倍，克服了其可靠性差、线圈易烧毁触头易熔焊等缺点。 2 节电效果好，p t m c l 系列永磁交流接触器平均年用电3 9 9 k w h 台，而 c j x 2 系列交流接触器平均年用电高达8 8 5 6 k w h 台。 3 无温升、无噪声。由于永磁式交流接触器，无电磁线圈，无维持电流，只 有电子模块的工作电流( 0 6 1 5 m a ) ，所以无温升，同时由于该系列接触器 无交流铁芯、短路环等，所以避免了铁芯卡住，低电压时易烧毁，铁芯吸合不正、 短路环断裂或端面有异物时产生较大的交流噪声等现象。 4 可选择释放电压，对电压波动较大的环境可根据其实际工作要求提高 其工作的稳定性。 5 独具延时释放功能，使接触器可避免大幅值电压波动的干扰，达到稳定 工艺系统生产的目的。 d q z - i i 抗晃电智能电机控制嘲：1 抗晃电功能器随着电网的发展、容量 及规模的不断扩大，晃电现象发生的频率越来越多，由于现代化工矿企业生产 装置的规模越来越大，晃电持续时问虽然比较短，但对生产的影响却十分巨大。 瞬间的电压波动将造成数百台电动机跳闸、设备停机，电网电压恢复后电机不 能自行恢复运行，导致连续生产过程紊乱，并有可能造成生产及设备事故。对 于大型装置来说，如果人工进行恢复，花费的时间比较长，而对于一些无人值 守的野外装置，恢复的时间就更长。这对于石油、化工、农药等连续生产装置 来说，产生的诸如安全、环保、废品、原料浪费、产量降低、效益低下等一系 列损失是非常巨大的。根据交流电机的运行特性分析，短时断电对电机转速影 响非常小，电网电压1 次复正常后，立即恢复电机运行是完全可行的，而且启动 的冲击电流较小( 接近额定电流) ，从而保障了重要动力负荷运行的安全l 生和 连续性。本设备应用后，当电网电压超低和断电时间小于整定时间时，只要电 武汉r 程大学1 ：程硕七研究生硕士学位论文 网恢复正常，电机将自行恢复原运转状态。2 简化控制线路，无限扩展控制终 端：随着自动化程度的提高，电动机的二次回路也越来越复杂，化工装置机泵 的控制除基本热保护外，一般都有三地控制：配电盘控制、现场控制、控制室 控制，其控制回路越来越复杂，线路节点较多，故障率非常高。而且由于常规 二次控制回n f 亭j j ：$ n 热保护均采用串联接法，各控制终端互相影响，线路故障 易造成全部失控，检查处理的时间较长，对维修人员的素质要求也较高。而该 产品采用的并联控制方案彻底改变了这个现状。本产品将启动、停止和保护均 采用并联接法，电机运行时控制回路无回路电流，各控制按钮互不影响，单个 控制按钮故障不影响电机运行，特殊隋况下可在电机运行时带电检修现场按钮。 3 防止保护误动作：将传统串接的保护节点改为并接，能防止无功耗保护产品 控制回路中易发生的重复f 生动作，扩展了无功耗保护产品的应用空间。应用于 化工、石化、农药、化肥、医药等流程i 生连续生产装置的机泵控制，发电厂、 热力、供水装置的机泵控制，特别适用于对连续运转要求较高、停机可能造成 严重影响的场合和采用多地控制的用电设备采油、供水等无人值守的泵站、机 房设备控制。 2 2 国内防晃电动力u p s 研究评述 2 2 1 动力u p s 系列 l 、d l j ：经济型，能达到基本要求。 2 、d l t ：通用型，具有较好的充电和放电电路2 i 2 控制刚路。 3 、d l z ：智能；型，在d l t 基础上对储能元件进行全程在线检测和控制，并配有 计算机监控接口。 d l 系列 单相：2 2 0 v 补偿功率0 4 k w - - 2 2 k w 第二章国内外电气防晃电研究综述 补偿时间l s - - 一l o s 三相：3 8 0 v 补偿功率0 4 k w - - 一5 3 0 k w 补偿时间is - - - l o s 单位时间内放电电流i o a 5 0 k a 非标产品，可根据用户提出的要求另行设计方案及指标。 现场环境 1 、必须对现场动力母线和控制母线重新设计和设定调整系统中欠压保护 器保护时间在2 秒以上。 2 、变电所进线开关及馈线开关低电压保护要依据实际情况考虑，进线开关 及馈线开关不能在电网波动时跳脱，以保证供电的连续性双网路供电变电所， 其两路进线开关考虑母联自投，可以在低电压时跳闸动作，但馈线开关不要没置 低压保护单回路供电的变电所，进线开关和馈线开关均不要设置低压保护。 3 、工作条件1 4 ： 工作电压：d c 4 0 0 v 6 0 0 v 工作电流：小于5 0 k a 环境温度：一3 0 + 6 0 相对湿度：9 0 电源电压：3 8 0 v 1 0 2 2 2 动力u p s 特点 1 由于采用了先进的储能元件超大容量电容器为储能单元，动力u p s 具 有超强储电能力，是能提供强大脉冲功率的理想的物理二次电源。 2 动力u p s 瞬间释放功率的能力是蓄电池组的十倍，因此动力u p s 瞬时可以 输出大能量。 3 当将其用作峰值功率需求时，动力u p s 可以保证敏感设备在电网不稳定 武汉一吲鼙人学l 程硕士研究生硕+ 学位论文 的环境下继续运转提高了动力系统的安全| 生和可靠性。 4 实现在线热备支持，无反应时间与普通u p s 串联热备不同，它属于并联 热备减少了普通u p s 热备使用的故障点。 5 可快速充放电，充放电循环寿命在1 0 万次以上操作方便，控制可靠使 用电池对于这种快速、深循环动力需求对电池是有害的。 6 免维护，寿命长属绿色无污染能源这一新产品弥补了动力条件下对大 电流，高功率的瞬时需求这一新产品弥补了国内外变频器所控动力设备对大 电流，高功率的瞬时需求的空白。 2 2 3 动力u p s 应用 1 为电网中断瞬间提供能量支持，即当电网瞬间闪落时提供可靠的动力支 持。 2 适用于大型的交直流电动机及变频调速电机的瞬时动力补偿满足了工 业动力环境的需要。 3 主要用在化工、聚酯、化纤、轧钢、化肥、制药及中小型电厂、电站等 生产连续| 生较强的企业动力系统 4 电网停电时需动力操作时如：化工企业操作流程的切换、电梯保护等场 合。 2 3 国外防晃电的研究评述 加拿大) t 公司针晃电专门研制出。j ，m r r - 2 2 0 ，m r r - 3 8 0 系列晃电继电 器。m r r 在“晃电”结束后，只要“晃电持续时间不超过设定的“晃电” 允许时间t m ( o 1 2 5 s ) ，即按设定的时间t d ( 0 2 5 s ) 再起动被“晃”停的电 机，如“晃电持续时间超过设定的“晃电，允许时间t m ，则m r r 闭锁再起动功 能。现场如有多台电机，只需m r r 设定不同的冉起动时问，就可以实现分批 1 0 第二章国内外电气防晃电研究综述 再起动。 技术参数砸1 ： 1 、“晃电 允许时间t m ：0 5 - - - 8 秒； 2 、再起动时间t d ：o 2 2 5 秒； 3 、低电压设定值：0 ，- - 2 2 0 v a c ( 以相电压为准) ； 4 、恢复电压设定值：0 , - 一2 2 0 va c ( 以相电压为准) ； 5 、可控电机功率：2 2 0 k w ； 6 、时间调整级差：0 1 秒，电压调整级差：o r ； 7 、储存环境温度：一5 5 + 9 0 ；8 、使用环境温度：一4 5 + 9 0 。 m r r - 2 2 0 适用于线圈工作电压为2 2 0 va c5 0 6 0 h z 的交流接触器；m r r - 3 8 0 适 用于线圈工作电压为3 8 0 va c5 0 6 0 h z 的交流接触器。 有关生产过程连续生的化工企业电气工程防晃电的研究，国内外研究者众 多，各种新思想、新理论、新设备层出不穷。 武汉t 程人学上程硕十研究生硕十学位论文 1 2 第二章化工企业防晃电的基本概述 第三章化工企业防晃电的基本概述 化i i , i k 是生产工艺连续型的生产企业，化工工艺条件苛刻，供电的可靠 性就显得尤为重要，认识晃电，便于采取有效的电气防晃电措施是解决化工企 业供电系统薄弱环节的最有效的手段。 3 1 晃电的内涵 3 1 1 晃电的含义 晃电，是指电力系统在运行过程中，由于短路故障重合闸、大型设备启动、 企业内部或外部电网故障、雷击等原因，致使系统电源电压暂时跌落或者消失， 而在电网电压瞬时跌落时间在1 5 秒之内，系统电源电压又恢复正常的现象n 1 。 因此以1 5 秒为界限，分为电网电压瞬时跌落时间在1 5 秒之下的晃电和1 5 秒之上的晃电，前者可由在电动机接触器控制电路中普遍使用的电动机防晃电 辅助保持控制器避免；后者由电动机自起动重合控制器防止晃电，偏重用于重 要负荷电动机的控制。 3 1 2 晃电的种类 引发晃电的原因诸多，但大多都以三种直观原因引发晃电，因此可以根据 引发原因不同的直观表现形式，可以把晃电大致划分为以下几种类型7 1 ： ( 1 ) 电压闪变，电压幅值一系列的随即变化或电压波形包络线呈规则的变 化，一般表现为人眼对电压波动所引起的照明骤明、骤暗而产生的视觉感受。 引起电压闪变的原因有短路，无功补偿，功率冲击性波动负荷。由于波动 性负荷功率因素低，无功变化量也相对较大，且其功率变化过程陕，所以认为 波动性负荷是主要原因。如轧钢机，绞车，电动机，炼钢电弧炉。 武汉j ：程大学l ：程硕士研究生硕七学位论文 负荷中有功率冲击f 生波动负荷时，其在2 3 个电压周期内向电网输送无 功，又在接下来的2 - 3 个电压周期内吸收电网无功，时间很短，实际上s v c 名 副其实，达到了了同步调相机一样好的特l 生曲线，能够很好的抑制闪变。 闪变是电压峰值的波动( 频率在8 8 h z 左右，幅度道达到1 0 时) 作用白炽 灯上对人的视觉产生感官上的影响，人们习惯把闪变称作电压闪变，所以电压 闪变是照度波动主观反应，非电气特性，属于电压幅值的波动。 经典公式乜1 ，a u = ( p 术r + 衅x ) u 2 + 弘( p * x 一啦r ) u 2 近似有a u 0 * x u 2 即电压的减少量u 与负荷需要的无功q 成正比，如果负荷消耗无功，则 需要电网提供无功，负荷处电压就比电网电压低，反之，如果负荷产生无功， 向电网输送无功，则电压高于电网。 ( 2 ) 电压骤升、骤降，电压上升或下降至标称电压的1 1 0 1 8 0 或1 0 9 0 ，持续时间0 5 个周期一- - l m i n 。 电压质量是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电 能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造 成的电能质量。 ( 3 ) 短时断电，持续时间在o 5 周波3 s 的供电中断( 如重合闸，各自 投等) 。 电压闪变主要是表征人眼对灯闪主观感觉的参数。它一般是由开关动作或 与系统的短路容量相比出现足够大的负荷变动引起的。有些电压波动尽管在正 常的电压变化限度以内，但可能产生1 0 h z 左右照明闪烁、刊亡计算机等电压敏 感型电子设备和仪器的正常运行。电压波动和闪变大多产生于配电系统，并通 过配电变压器传递到低压侧的用户电源端。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，都可能产生陕速的 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i 生负荷的非线性 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 赖关系的电网阻抗匕造成电网的电压波动。 1 4 第三章化一 企业防晃电的基本概述 对电压波动与闪变的影响，首选的解决办法是采用电力电子技术，用快 速无功补偿器消除电源的闪变，使电压中工频以外的分量降低。目前很多国家 对电压波动和闪变的允许范围已制定了一系列的标准和规则进行限制，我国于 2 0 0 0 年也经修订后重新颁布了国家标准g b1 2 3 2 6 - 2 0 0 0 电压波动和闪变指标 限值，对电压波动和闪变的允许值做了明确的规定。 3 2 晃电的危害 由于晃电的时间相对很短，小于微处理器的电压采集周期时间，因而常规 的微处理器自动启动设备是无能为力，就不可避免的给化工企业的机器设备带 来突然地短时断电，引起许多重要的低压电机停机，进而导致连续生产过程紊 乱。其危害性可以归为以下情况： 3 2 1 晃电对供电回路电机的影响 电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、交通、冶金、石油、煤炭、 化工、航空、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用。随着工业自动 化程度不断提高，各种各样的控制电机也被大量使用。化工企业中，在大量的 场合应用的是由交流接触器控制下的鼠笼式交流异步电动机拖动化工生产设 备。 一般的鼠笼式交流异步电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋 转部分称为转子。另外还有其它辅助部件和安全如端盖、风扇、罩壳、机座、 接线盒等。低压鼠笼式交流异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三 部分组成。定子的作用是在通过2 2 0 v 3 8 0 v 、5 0 h z 交流电流时产生交变电磁场 和作为低压鼠笼式交流异步电动机的机械支撑。定子绕组镶嵌在定子铁心中， 通过电流时产生感应电动势，实现电能与电磁场能的能量转换。机座的作用主 要是固定和支撑定子铁心以及低压鼠笼式交流异步电动机的整体机械支撑。电 动机运行时，因电能与电磁场能的能量转换过程中的内部损耗而发生的热量通 武汉- 【：程人学t 程硕士研究生硕十学位论文 过铁心传给机座，再由机座表面散发到周围空气中，为了增加散热面积，一般 电动机在机座外表面设计为散热片状，这样就可以避免低压鼠笼式交流异步电 动机内部的热量积聚而导致低压鼠笼式交流异步电动机长期工作在高温状态， 保证低压鼠笼式交流异步电动机的运行安全和延长低压鼠笼式交流异步电动机 的使用寿命。低压鼠笼式交流异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴 组成。转子铁心也是作为低压鼠笼式交流异步电动机磁路的一部分。转子绕组 的作用是感应电动势，通过2 2 0 v - - - - - 3 8 0 v 、5 0 h z 交流电流而产生电磁转矩。转轴 是支撑转子的重量，传递转矩，输出机械功率的主要部件。 电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁 力定律等基础上的。电动势的方向由右手定则来确定。假如磁极不动，转子导 条沿逆时针方向旋转，导条中就能感应出电动势来。因为运动是相对的，在电 动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用， 而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向= - - j l l 左手定则确定，电磁力产生电磁 转矩，电磁转矩就可以带动转子旋转起来。 低压鼠笼式交流异步电动机按其功能可分为驱动电动机和控制电动机；按 电源相数来分类可分为单相低压鼠笼式交流异步电动j f ) 1 矛n - - - 1 r 1 1 f ；压鼠笼式交流 异步电动机；按防护型式可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防水式、 潜水式；按安装结构型式可分为卧式、立式、带底脚、带凸缘等；按绝缘等级 可分为e 级、b 级、f 级、h 级，其中其绝缘等级由e 级、h 级逐级增强。 如果低压鼠笼式交流异步电动机在正常工作时突然掉电，那么在电源电压 恢复时，就可能自行启动，造成人身事故或机械设备损坏。为i i j _ l 电压恢复时 低压鼠笼式交流异步电动机的自行启动或电器元件白行投入工作而设置的保 护，称为失压保护。采用接触器和按钮控制的低压鼠笼式交流异步电动机的启 动制动具有失压保护功能。如果低压鼠笼式交流异步电动机正常工作中电力系 统电压消失，交流接触器会自动释放而切断低压鼠笼式交流异步电动机电源致 使低压鼠笼式交流异步电动机停机。 第三章化： 企业防晃电的基本概述 交流接触器控制下的鼠笼式交流异步电动机由于受晃电影响脱扣释放跳闸 的情况占6 8 ；由于晃电产生的低电压，会导致电机过流，从而使电机热保护 动作跳闸，但是由于晃电导致电机过流跳闸的情况出现的不多。 3 2 2 晃电对供电回路控制电器的影响 p i 控制器以其简单、有效、实用的特性，广泛应用于交流电机控制系 统。交流电机调速系统的速度环和电流环调节器均使用p i 控制器。但交 流电机是一个强耦合的非线性对象，并且其应用环境较为复杂且常常存在 各种干扰，电机参数也会在运行过程中发生变化。因此，p i 控制器在交流 电机调速中由于自身特点还存在不足，例如：p i 控制器直接获取目标和实 际之间的误差，这样就会由于初始控制力太大而出现超调，从而无法解决 快速性和稳定性之间的矛盾。所以交流电机采用p i 控制难以取得令人满意 的调速性能，尤其是在对控制精度要求较高的场合。近年来，出现了模糊 p i 、白适应p i 、神经网络p i 等新型p i 控制器，在一定程度上改善、提高 了交流电机的调速性能。 模糊控制是利用模糊集合来刻画人们日常所使用概念中的模糊性，使 控制器更逼真模仿熟练操作人员和专家的控制经验与方法 1 9 1 。模糊控制的 突出特点：无需建立被控对象的精确数学模型；系统的鲁棒性强，适应于 解决常规控制难以解决的非线性、时变及滞后问题；以语言变量代替常规 的数学变量；推理过程模仿人的思维过程，借鉴专家的知识、经验，处理 复杂的控制问题。 模糊控制的不足之处：本身消除稳态误差的性能较差，难以达到较高 的控制精度。目前，模糊控制在交流控制领域的应用研究取得一些成果， 但仍存在有待进一步研究的问题，如基于模糊控制的交流控制系统的稳定 性分析，如何保证系统的稳定性；模糊控制规则难以确定，对不同的电机 和运行环境，模糊规则需要分别设计；缺乏系统而有规律的模糊规则设计 武汉丁程大学l - - i ：l - 1 硕士研究生硕+ 学位论文 方法等。反馈线性化就是通过非线性反馈或动态补偿的方法将非线性系统 变为线性系统，然后再按线性系统理论设计控制器完成系统的各种控制目 标。然而，非线性系统反馈线性化理论是采用坐标变换及状态或输出反馈 矫正非线性系统的动力学特性，如果单纯地对线性化系统进行鲁棒控制器 设计，并不一定能得到满意效果。另一方面，非线性系统反馈线性化方法 要求参数精确己知或可被精确测量和观测。但电机在运行中参数会发生变 化，这些都不可避免影响系统的鲁棒性，甚至会使系统性能变坏。 s q 0 2 型交流电机控制器是针对平面磨床工作台的横向进给电动机设 计的，其基本特点如下： 1 、采用先进的单片机作为控制中心，精度高，调节方便； 2 、兼有手动连续进给和自动点动进给功能f i r , ； 3 、“手动开关”接通时，电机连续进给，直到该开关断开为止； 4 、“自动开关 点动闭合( 约i o m s ) 时，延时t d e l a y 时间，电机自 动进给t a d j 时间后自动关闭 5 、设有t a d j 时间设定拨码开关，可按要求设置进给时间 6 、控制精度高( t a d j 时间控制精度达1 m s ) 、调节方便、性能可靠、 安装调试方便。 7 、板设置状态指示灯，可以准确指示工作状态，并可根据指示灯的状态 排除一些简单故障。 通常，交流接触器在低压电机控制系统中被广泛应用，而且占了相当 的比例。由于交流接触器工作原理的特点，当电网出现晃电时，会造成交 流接触器操作线圈电压过低或短时断电，导致交流接触器线圈对铁心的吸 引力小于释放弹簧的弹力使接触器脱扣释放。一般交流接电器当电压低于 线圈额定电压的5 0 ，时间超过一个周期时交流接触器脱扣释放，当系统 电压低于交流接触器线圈额定电压的8 0 甚至更高，持续5 个周期时交流 接触器也会脱扣释放。也就是说晃电能够使普通接触器立即脱扣释放或者 第三章化工企业防晃电的基本概述 工作在临界弹跳区，而在化工企业特定的工作环境下，这些情况都是不允许 的。 3 2 3 晃电对变频器的影响 变频器是利用电力半导体器件的通断作