防晃电技术（一）接触器再启方案与保持方案分析

引言

低压系统接触器防晃电解决方案中，一直存在着再启动方案和保持方案两者的反复争论。坚持再启动方案的认为，再启动原理简单，在晃电结束后也能启动电机，并且简单可靠已经基本满足工程应用；而坚持保持方案的认为，保持接触器不脱扣，可以在晃电时充分利用系统残余电压的支撑，电机不会导致快速停机或反转，避免电源恢复时直启电机引起的系统冲击。

1.  晃电时母线残压分析

我们可以对晃电产生时，母线的电压情况做一个定性分析（定量分析必须依据系统接线，故障类型以及精确的短路计算来进行分析）。采用定性分析用来阐述原理性问题即避免了大量的精确计算又可以防止因无法获得详细基础数据而造成的无法下手问题。图-1是电源S1发生的远端故障被切除，厂用电系统实现备用电源S2切换到电源恢复正常的整个过程中低压系统母线电压的变化趋势。

图-1

从上面的简单分析可以知道，当供电系统S1发生短路时，系统存在一个短路电压UF（短路电压的大小取决于故障类型、厂用电等效阻抗、系统等效阻抗等）。由于采用定性分析，因此只给出趋势图形。短路发生到切除的时间由外部系统决定，给出典型的值一般为100~200ms。短路故障切除后，厂用电自身由于电机的可逆性原理，进入到母线残压阶段（残压大小取决于电机群的容量，衰减时间取决于负载特性，一般电机群越大，残压值越高）。

2. 晃电再启方案特性分析

当低压系统采用再启动方案解决晃电问题时，在Tqc+Tqh段时间内接触器状态为释放。此时低压电机群完全与低压母线断开，各低压电机按自身的负载特性残压自由衰减，负载较重的电机转速下降快，负载轻的电机转速下降慢。情况如下：（1）电机重载（图-2，T2），电动机储存的电磁能迅速被负载消耗，电机转速当系统电压恢复时已为0，此时启动电机，属于全压直启动（启动电流可能达到5~8倍）。（2）电机轻载（图-2，T3），电压恢复时电机转速不为0，再启动合闸并不检测系统与电机残压相位差、幅值差等，造成反相位合闸可能，导致冲击电流产生（冲击降压变和电机）。（3）低压电机和母线断开后，低压电机残压无法经降压变传递到高压侧，造成备自投或快切检测残压依据不充足（图-2，T1）。

图-2

从上面的分析看，采用接触器再启方案时，低压电机群和母线断开造成电机各自自由衰减，无法进行能量的交互。同时，高压系统的备自投或快切检测残压的依据不够（低压系统电机残压无法反馈到高压系统）。在系统恢复后，会造成各自残压不同，相位不同的电机分别与低压母线合闸，形成多次冲击。

3. 晃电保持方案特性分析

当低压系统采用接触器保持方案解决晃电问题时，在Tqc+Tqh段时间内，接触器不释放，低压电机视为一个电机群。（1）轻载电机可传输反馈能量给重载电机，同时高压电机群也可对低压电机群进行能量交互补充，如图-3所示。

图-3

（2）电机可充分的利用残压进行能量互补，并输出剩余电磁转矩。晃电持续时间在300ms~600ms的统计概率占到了近90%，此时利用机群间的能量互补、高低压能量互补可使低压机群整体处于较为缓慢的减速段，如图-4（电机的残压输出电磁转矩）

图-4

（3）采用保持方案，还有一个较大的好处是有利于快速切换装置的动作。由于在短路发生后高压侧的工作进线断路器断开，快切捕捉高压系统残压与备用进线进行压差、角差和频差比较，在满足系统冲击允许条件下快速投入备用电源（典型时间：100~300ms），使负载供电中断的时间大大缩短。如图-5所示，此时低压系统的残压被等效到高压系统，快切动作合闸对系统的冲击最小。

 图-5

从上面的分析可以得出，采用保持式方案可以实现机群能量互补，电机可充分利用低压系统与高压系统残余能量输出残余电磁力矩；同时，在高压侧采用快切装置时低压机群残压被等效到高压母线统一考虑，在快切动作合闸时保证系统冲击最小。

4. 现场实例分析

 深圳某厂家在2014年年底参与兰炼兰化晃电改造工程招标，以低价中标，在2015年5月份左右供给兰炼300台产品安装完成，供给兰化700台产品只安装了其中300台，剩余400台未安装，据兰炼兰化电仪事业部和机动处以及各生产车间负责人反映，该产品运行状况一般，功能单一，无法满足生产工艺较复杂的场合，如：在兰炼催化剂厂发生过无法让进料泵自启，其原因为主管道内部压力较大，若干台进料泵同时进料，在某个时刻发生晃电，造成几台进料泵电机回路接触器脱扣，再启产品发送自启指令，此时由于主管道回流压力很大，电机根本无法启动，只能停止进料；这种现象反应出再启动式防晃电无法满足在一些复杂工艺重要场合的晃电解决需求，故目前兰炼已经对一部分再启产品进行拆除，兰化剩余400台也不再安装。 

上述的案例采用再启动方案，晃电发生造成接触器脱扣使低压电机和母线脱离，电机在得不到系统残压的支撑（高压系统短路残压支撑和高、低压系统能量交互支撑）转速迅速衰减。由于进料系统的特殊性，主管道回流严重会带动电动机反转。电压恢复时再启装置发合接触器命令，而电机反转系统电势正转，引起合闸瞬间很大的冲击电流，导致继电保护动作切断电机供电回路。

如果采用保持方案，系统能量将实现互补，进料系统电机将得到残压支撑，且电机无法反转（除非进料电机作为发电机带动整个低压电机群和高压电机群都反转，相当于其它电机对进料电机有电磁力矩制动效果），可避免电源恢复时造成的电流冲击问题。