水煤浆气化高压煤浆泵抗电网“晃电”改造

1 概述

兖矿鲁南化肥厂是连续生产的化工企业，高压煤浆泵是水煤浆加压气化系统的关键设备。高压煤浆泵使用富士变频器FRN110G11-4CX 进行变频调速，电气原理图如图1 中A 所示，变频器具有过压、欠压和瞬间停电保护。对变频器来说，有一个正常的工作电压范围，当供电电网的电压由于某种原因瞬间“晃电”跌落时，变频器直流母线电压也相应的瞬间跌落，欠电压保护功能动作，使得变频器处于报警停机状态(欠电压LU)。一般，只要电网瞬间电压跌落周期>0.02 s，对于变频器来说，直流电压下降过多，当低于DC 400 V，持续时间为0.015 s时，变频器欠电压保护功能动作跳闸，使高压煤浆泵停车，从而导致气化炉停炉，气化工艺系统减量，严重制约气化工艺系统的安全、长周期、稳定运行。

另外，在变频调速电气系统中，当电网电压波动———“晃电”，电网电压降至交流接触器额定工作电压的70%以下时，高压煤浆泵辅机润滑油泵电机电气主回路交流接触器释放，当润滑油泵电机的润滑油油压降至0.15 MPa 以下时，工艺联锁保护也会引起高压煤浆主机变频器停止工作。

2 改造方案

只要解决在电网电压波动———“晃电”时，使高压煤浆泵变频器保护不动作和高压煤浆泵辅机润滑油泵电机电气主回路交流接触器不释放，就可以确保高压煤浆泵主机不“跳车”，就能消除电气系统的运行缺陷，降低高压煤浆泵主机跳车次数，从而确保气化水煤浆工艺系统的安全、长周期、稳定运行。因此分两部分对电气系统进行了改造，具体改造内容如下。

2.1 变频器抗“晃电”改造

采用上海隽睿自动化技术有限公司专业研制，生产的电动机不间断电源MUPS(Motoer Un原interrupter Supply)系统DC-BANK，改造了高压煤浆泵变频器主电路的中间直流回路。具体是将高压煤浆泵变频器主电路中的直流回路P(+)、N(-)引出，接至直流支撑装置的直流输出的接触器MF1 上，在电网“晃电”时，依靠蓄电池QFB1 为高压煤浆变频器提供稳定的电源，保证变频器输出不变，使高压煤浆泵电机转速不波动或高压煤浆变频器欠电压保护功能不动作，达到高压煤浆泵主机不跳车的目的。高压煤浆泵变频器直流电源支撑装置电气原理图如图1所示。

MUPS 系统是基于VVVF(变频器)及DCBANK(直流支撑系统)的组织构架。一套DCBANK系统可支持多台乃至上百台电动机在晃电/停电时不间断工作，因此MUPS 是针对电动机群设计的理想电源系统。该电源系统特别适用于连续生产的化工行业，产品运行稳定，发挥了正常的断电保护功能。直流电源支撑装置主要由蓄电池、整流充电器CD1、静态开关SW1、直流接触器MF1、执行单元等组成。静态开关采用大功率器件组成直流电子开关，采用在线跟踪和电压自动监控，保证主电源电压波动和失电时，系统瞬时切换到电池供电，变频器的输出频率没有变化。执行单元由断路器和接触器冗余组成，控制关系为断路器锁定接触器，能准确地执行直流电源子系统的投入/撤出转换。

当电网供电正常时，开关SW1处于关断状态，切断电池组与变频器的通路，直流支撑装置通过整流设备对蓄电池进行浮充电，装置储能;当支撑回路交流电源低于变频器低压保护值时，监控系统触发静态开关SW1瞬间导通，可以做到变频器由交流供电到由电池组供电的瞬时转换。

2.2 润滑油泵交流接触器抗“晃电”改造

更换高压煤浆泵辅机润滑油泵电机电气主回路交流接触器，将原CJ20系列交流接触器更换为FS 系列抗晃电交流接触器，根据工艺要求，将高压煤浆泵辅机润滑油泵电机电气主回路FS 系列抗晃电交流接触器不脱扣时间设为1.0 s，保证该接触器在电网电压波动时不释放。如果电网电压波动持续的时间超过1.0 s，FS 系列抗晃电交流接触器脱扣，原起动、停止按钮保持原有的状态不变。

FS 系列抗晃电交流接触器主要用于供远距离接通和分断电路之用，以保护由于雷击、短路故障等原因引起的电网“晃电”。FS 系列抗晃电交流接触器是一个双线圈结构，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交流接触器一样。当发生“晃电”现象电网电压降到交流接触器线圈的吸合电压75% 以下时，控制模块开始工作，以储能释放的形式保持接触器继续吸合，接触器主触头保持不脱扣(不脱扣时间有0.5 s、1.0 s、1.5 s、2.0 s、3.0 s)。当电源电压恢复后，控制模块又转入储能状态。FS 系列抗晃电交流接触器电气原理图如图2 所示。

3 改造效果

改造前，高压煤浆泵2006 年运行中主要异常状况统计如表1所列。

改造后高压煤浆泵2007 年运行中主要异常状况统计如表2所列。

统计结果表明高压煤浆泵采用变频器直流电源支撑装置和更换为FS 系列抗晃电交流接触器后，在系统电压波动时，没有引起高压煤浆泵主机跳车，起到了保护作用，保证了高压煤浆泵的稳定运行，达到了预期的目的。

4 结语

2006 年5 月，投资近70 万元对3 台气化高压煤浆泵进行了抗“晃电”改造，经过改造，保障了气化高压煤浆泵在电网异常时的可靠运行。如果气化3 台时，任何1 台高压煤浆泵跳车，都将导致气化炉停炉，使气化工艺系统减量，从而影响后续甲醇系统和尿素系统减量，将会造成直接经济损失近40万元，因此只要减少两次高压煤浆泵在电网异常时跳车事故，就可收回全部投资。现在，我们将本成果进一步扩展到我厂“28 000 m3新空分”汽轮机驱动空压机稀油站润滑油泵电机等的重要设备上，以确保整个化工生产系统的稳定运行。