一、項目背景

由于公司電網(wǎng)電壓波動，低壓電動機(jī)及變頻器由于受到外部電網(wǎng)波動，導(dǎo)致非計劃停機(jī)，對公司正常生產(chǎn)、科研及項目造成極大影響。經(jīng)過查找原因分析，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)晃電幅度和時間均超過接觸器線圈保持電壓的范圍和時限，致使接觸器欠壓釋放，變頻器對電壓較為敏感，電壓跌落80%以下低電壓保護(hù)功能動作，變頻器報低電壓故障而使變頻器停止運(yùn)行。

作為一家連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)，由于受到晃電現(xiàn)象的影響，伴隨電網(wǎng)電壓暫降，超過大約80毫秒的電壓暫降會引起各類高低壓電動機(jī)及變頻器設(shè)備報警并非計劃停機(jī)，對公司正常生產(chǎn)、科研及項目造成極大影響，生產(chǎn)的中斷不僅會使產(chǎn)能下降，還會影響產(chǎn)品品質(zhì)，造成高額的經(jīng)濟(jì)損失。更嚴(yán)重的是有可能發(fā)生人身安全事故。

通過和客戶詳細(xì)的溝通，分析了客戶目前的一次供電系統(tǒng)圖，整體了解了企業(yè)的供電現(xiàn)狀和需求，因現(xiàn)場高壓容量等問題，無法進(jìn)行無擾動切換，現(xiàn)只針對低壓做抗晃電解決方案（停電或手動倒閘不在此方案內(nèi)）。

二、需求分析

1.晃電現(xiàn)象的危害

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于外部線路受到雷擊、瞬時短路等故障造成企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)相鄰線路短路故障、大型或大批電動機(jī)起動等原因，造成電壓瞬間較大幅度波動后恢復(fù)，這種現(xiàn)象通常稱為晃電，持續(xù)時間0.5個周期到Z長1分鐘，幅值下降至標(biāo)稱電壓的90%-10%。

晃電發(fā)生時，會對生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場設(shè)備造成一系列的危害：

電壓暫降幅度過大或持續(xù)時間過長，會使電動機(jī)、變頻器、軟啟動器等設(shè)備停機(jī)，造成生產(chǎn)中斷，產(chǎn)生諸如安全、環(huán)保、廢品、原料浪費(fèi)、產(chǎn)量降低等一系列損失；

晃電恢復(fù)期間，對大批電機(jī)的重起動，還會對電機(jī)再次造成大電流的沖擊，危及設(shè)備和人身的安全；

2.需求闡述

低壓側(cè)

在低壓負(fù)載側(cè)，掛載有大量的電動機(jī)類負(fù)荷和變頻器，其中有些設(shè)備是生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常，400V低壓系統(tǒng)中的電動機(jī)控制回路是接觸器控制回路，一般交流繼電器當(dāng)電壓低于線圈額定電壓的50%，時間超過20ms時接觸器釋放；當(dāng)電壓低于80%甚至更高，持續(xù)五個周波時接觸器也釋放，造成低壓電動機(jī)失電停機(jī)。而對于變頻器，一般都具有過壓、失壓、過流及瞬時停電等多種保護(hù)功能，當(dāng)遭遇“晃電”時電源電壓下降到額定電壓的70%或失電，變頻器低電壓保護(hù)動作關(guān)閉變頻器輸出，電動機(jī)處于慣性停車狀態(tài)。由于變頻器運(yùn)行指令繼電器也因“晃電”而釋放，電源恢復(fù)正常后變頻器因沒有運(yùn)行指令而無法激活瞬間停電再啟動功能，需人工復(fù)位解除低電壓故障才能重啟變頻器，導(dǎo)致正常生產(chǎn)被迫中斷。當(dāng)高壓側(cè)快切方案在極端情況下，未能實(shí)現(xiàn)快速切換，而是通過同期或殘壓方式切換時，切換時間可能會延長到200-300ms，控制回路有釋放風(fēng)險，所以需要配置相應(yīng)的補(bǔ)充措施提高其可靠性。

為了解決關(guān)鍵設(shè)備停機(jī)問題，在設(shè)計改造方案時，需要綜合考慮以下需求：

1. 當(dāng)電源失電后，控制回路釋放，為了保證生產(chǎn)工藝不中斷，在電源瞬時恢復(fù)時對已釋放的電氣元件立即自動重合，使其迅速恢復(fù)連續(xù)性生產(chǎn)。

2. 整個生產(chǎn)工藝流程是通過DCS分布式控制系統(tǒng)控制，各節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間存在相互關(guān)聯(lián)性，當(dāng)設(shè)備停機(jī)后，仍需要與DCS保持正常通信，避免造成連鎖停機(jī)。

3. 針對重要設(shè)備的補(bǔ)充措施屬于分布式治理方案，現(xiàn)場配置數(shù)量較多，需要綜合考慮成本投入、安裝空間、安裝便捷性。

4. 大量電機(jī)一起重新起動，存在產(chǎn)生起動沖擊電流的風(fēng)險，改造方案中要考慮增加相應(yīng)功能避免這種風(fēng)險。

5. 改造方案要考慮不增加新的故障點(diǎn)風(fēng)險，不改變原有控制回路。

三、方案概述

方案的理念是從配電網(wǎng)系統(tǒng)的整體考慮，立足從源頭解決問題，對于電網(wǎng)造成的晃電治理，有兩種方式，一種在電源端解決，即當(dāng)外電源波動時提供連續(xù)輸出的穩(wěn)定電源，用以保證所帶負(fù)荷的正常工作電壓。一種在負(fù)載控制端解決，即當(dāng)外電源晃電時敏感性電氣元件釋放后，在電源瞬時恢復(fù)時對已釋放的電氣元件立即自動重合，使其迅速恢復(fù)連續(xù)性生產(chǎn)。

目前先在負(fù)載控制端分布解決，即當(dāng)電源晃電時，配置的方案通過對負(fù)載控制回路的保持與重起或是通過對動力回路的電壓補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的工作連續(xù)性。比如UPS電源、低電壓穿越、馬達(dá)保護(hù)器輔助功能、抗晃電模塊。

l UPS電源：通過串聯(lián)UPS電源，保證負(fù)載在晃電時供電連續(xù)，正常工作，在線式UPS切換時間短，滿足要求。由于是采用串接方式，首先會增加故障風(fēng)險，另外，電源支撐裝置的容量需與實(shí)際所帶的負(fù)荷容量匹配，特別是對于大功率設(shè)備，造價太高，安裝位置較為分散，數(shù)量較多，這樣核算下來投入總成本巨大，而且用于儲能的蓄電池，對環(huán)境要求高，需要定期更換，后續(xù)維護(hù)成本也很高。

l 低電壓穿越裝置：主要針對變頻器設(shè)備，當(dāng)晃電發(fā)生，裝置通過內(nèi)部BOOST升壓模塊，對變頻器直流母線進(jìn)行補(bǔ)償，維持變頻器正常工作。此方案成本也較高，只針對生產(chǎn)工藝中關(guān)鍵的變頻器節(jié)點(diǎn)。

l 馬達(dá)保護(hù)器輔助功能：裝置以保護(hù)功能為主，抗晃電功能為輔助功能，只是以繼電器信號開出為存在，馬達(dá)保護(hù)內(nèi)部無儲能電源，發(fā)生晃電后裝置無法正常工作，此時與DCS的傳輸信號（如：運(yùn)行、故障等信號）容易丟失。當(dāng)控制回路再來電后，馬達(dá)保護(hù)需要對停電前的工況進(jìn)行判斷，是否能夠再次起動電機(jī)，判斷時間過長，無法對電機(jī)的再起時間進(jìn)行控制。對于變頻器無法實(shí)現(xiàn)再起。

l 抗晃電模塊：晃電發(fā)生時，通過內(nèi)部超級電容保證模塊正常工作，恢復(fù)供電后，通過內(nèi)部繼電器吸合，分批自動再起動電機(jī)、變頻、軟啟動。體積小巧，磁吸結(jié)構(gòu)，安裝方便。

綜合考慮客戶實(shí)際需求，從抗晃電效果、安全可靠性、投入成本、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、改造便捷性等多方面綜合評估，給出了DCM-621KH抗晃電模塊的整體解決方案。

市場上抗晃電模塊有兩種方式，分別為儲能保持式和儲能再起式。儲能保持式的原理即在給接觸器提供直流或交流的輔助電源，當(dāng)電網(wǎng)晃電時保持接觸器線圈持續(xù)的吸合電壓，使接觸器線圈不釋放，當(dāng)電壓恢復(fù)時接觸器主回路保持連通狀態(tài)，則電動機(jī)因接觸器線圈吸合得電而繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)。而儲能再起式的原理是晃電時保持接觸器的啟動指令，不保持接觸器的線圈，則接觸器會因晃電而欠壓釋放，當(dāng)電壓瞬時恢復(fù)時由于接觸器啟動回路為閉鎖狀態(tài)，則接觸器線圈得電而吸合，同時自保持接點(diǎn)閉合，電動機(jī)因得電而再加速運(yùn)行。

通過我司對客戶選擇和市場使用狀況的深入了解，對兩種方式做了比較和調(diào)研，認(rèn)為儲能再起式較為安全、可靠、實(shí)用，原因列表如下：

由于晃電的時間一般在100ms左右，所要治理的抗晃電負(fù)載基本為風(fēng)機(jī)、泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即有一定慣性，當(dāng)接觸器、變頻器因晃電而釋放后，風(fēng)機(jī)和水泵仍維持較高的轉(zhuǎn)速處于高慣性之中，當(dāng)電源瞬時恢復(fù)后，儲能再起式抗晃電裝置使接觸器自動重合，電動機(jī)在高轉(zhuǎn)速下再加速運(yùn)行對工藝影響不大，同時這種控制方式對原系統(tǒng)的接線和控制方式?jīng)]有任何改動，由于采用并聯(lián)控制方式，即使本身設(shè)備故障也不會影響原有系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這是Z*的使用優(yōu)勢，即不會因解決一個小概率暫態(tài)事件而對原來的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

儲能保持式抗晃電方式由于采用串接方式，利用儲能電容放電的方式維持接觸器的吸合電壓值，這樣增加了故障的幾率，一旦抗晃電設(shè)備出現(xiàn)故障也會導(dǎo)致原有設(shè)備非計劃停機(jī)。還有由于晃電時保持接觸器線圈不釋放，對接觸器的物理結(jié)構(gòu)會有影響，對接觸器動靜觸頭頻繁分合閘的壽命有影響。

基于以上情況的分析和調(diào)研，采用儲能再起式抗晃電技術(shù)較為符合和實(shí)用。

四、方案實(shí)施

1.直起式電動機(jī)

模塊工作原理為，通過采集負(fù)載的工作電源、接觸器線圈電壓以及控制回路電壓形成復(fù)合判據(jù)，起動結(jié)束后延時5秒進(jìn)入抗晃待機(jī)模式，當(dāng)接觸器位置信號發(fā)生了變化時，內(nèi)部超級電容系統(tǒng)自動投入，系統(tǒng)開始計時，在設(shè)定的Z長晃電時間內(nèi)，如果系統(tǒng)自動恢復(fù)了供電，經(jīng)再起動延時起動電機(jī)，恢復(fù)晃電前正常工況，從而保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

根據(jù)以往大量的改造經(jīng)驗，結(jié)合客戶實(shí)際電機(jī)二次回路，配置DCM621KH抗晃模塊

端子1和端子4為控制電源L和N，取接觸器控制回路的控制電源；電動機(jī)再起動控制器的工作電源及檢測電壓輸入。

端子2和端子3為接觸器狀態(tài)反饋信號及再起開出，并聯(lián)接在起動回路當(dāng)中；檢測并判斷接觸器的停止與運(yùn)行的不同狀態(tài)，以及在晃電后對接觸器的再次起動。

端子7和端子8為運(yùn)行信號，并聯(lián)在DCS采集的運(yùn)行信號回路中，當(dāng)晃電發(fā)生時，信號出口閉合反饋DCS，防止DCS因晃電而跳閘，回路再起后信號出口返回。

低壓電動機(jī)回路依據(jù)“持續(xù)生產(chǎn)、分批改造”的思路，進(jìn)行分批改造。

預(yù)計改造時間：直起式電機(jī)每抽屜約30分鐘。

改造完成后預(yù)期達(dá)到的效果簡述如下:

正常工作時,當(dāng)手動或遠(yuǎn)程起動電機(jī)后，KM線圈得電，KM接觸器吸合， DCM621KH檢測到KM吸合狀態(tài)，開始充電，5S充電結(jié)束后，進(jìn)入抗晃待機(jī)模式，晃電發(fā)生后，電壓暫降，KM主動釋放，電機(jī)停機(jī)，DCM621KH內(nèi)部超級電容自動投入，為抗晃電模塊正常供電，系統(tǒng)開始計時，在設(shè)定的Z長晃電時間內(nèi)(Z長9秒)，如果系統(tǒng)自動恢復(fù)了供電，經(jīng)再起動延時，裝置RS繼電器吸合，自動再起動電機(jī),恢復(fù)晃電前的正常工況。

2.變頻式電動機(jī)

配置DCM621KH抗晃模塊,方案圖如下:

端子1和端子4為控制電源L和N，取變頻器控制回路的控制電源；電動機(jī)再起動控制器的工作電源及檢測電壓輸入。

端子2和端子3為接觸器狀態(tài)反饋信號及再起開出，并聯(lián)接在起動回路當(dāng)中；檢測并判斷接觸器的停止與運(yùn)行的不同狀態(tài)，以及在晃電后對接觸器的再次起動。

端子7和端子8為運(yùn)行信號，并聯(lián)在DCS采集的運(yùn)行信號回路中，當(dāng)晃電發(fā)生時，信號出口閉合反饋DCS，防止DCS因檢測到接觸器斷開而發(fā)出停機(jī)命令，回路再起后信號出口返回。

端子9和端子10為復(fù)歸信號，并聯(lián)在DCS復(fù)歸信號回路中，當(dāng)晃電發(fā)生時，變頻器因晃電告警，此時需先復(fù)歸變頻器才能再次起動。

端子11和端子12為報警信號，串聯(lián)在DCS采集的報警信號回路中，當(dāng)晃電發(fā)生時，信號出口斷開，防止DCS因檢測到變頻器故障信號而發(fā)出停機(jī)命令，回路再起后信號出口返回。

預(yù)計改造時間：變頻器每回路約1小時。

改造完成后預(yù)期達(dá)到的效果簡述如下:

正常工作時，當(dāng)手動或遠(yuǎn)程起動變頻器后，1KA1線圈得電,1KA1接觸器吸合，DCM621KH檢測到1KA1吸合狀態(tài),開始充電，5S充電結(jié)束后，進(jìn)入抗晃待機(jī)模式,晃電發(fā)生后，電壓暫降，1KA1主動釋放，變頻器停機(jī)，DCM621KH的AL繼電器打開，閉鎖“變頻器故障閉鎖信號”輸出，DCM621KH內(nèi)部超級電容自動投入，為抗晃電模塊正常供電，系統(tǒng)開始計時，在設(shè)定的Z長晃電時間內(nèi)(Z長9秒)，如果系統(tǒng)自動恢復(fù)了供電，裝置RE復(fù)位繼電器閉合，復(fù)位變頻器故障，經(jīng)再起動延時，裝置RS繼電器吸合，自動再起動變頻器，恢復(fù)晃電前的正常工況。

五、主要特點(diǎn)和基本參數(shù)

1.主要特點(diǎn)

起動電機(jī)自動待機(jī)，手動停車自動放電；

＞ 磁吸安裝，可靠靈活；

＞ 接插端子，維護(hù)便捷；

＞ 脈沖起動，節(jié)能可靠；

＞ 晃電時間Z長達(dá)10S，且易修改；

＞ 再起動延時可修改，利于分批多電機(jī)環(huán)境；

＞ 電壓波動未引起接觸器釋放，不會對抗晃模塊產(chǎn)生影響。

2.基本參數(shù)

＞ 系統(tǒng)功耗：  1W

＞ 安裝方式：  磁吸式

＞ 外型尺寸：  64mm*47mm*96mm（寬*高*深）

＞ 產(chǎn)品凈重：  約300克

＞ 適用電壓 ： AC220V（可定制）

＞ 起動節(jié)點(diǎn)容量： 常開，5a 440Vac/300Vdc

＞ RUN信號容量：常開，超時返回，5A  250Vac/30Vdc

＞ 晃電時間：0-9s可調(diào)，步進(jìn)1S，0時模塊退出。

＞ 再起延時：0-1S 連續(xù)可調(diào)，步進(jìn)0.1S

＞ 適用回路：直接起動、變頻器、軟起動

六、裝置外觀與安裝方式

需要對現(xiàn)場進(jìn)行方案勘察，對現(xiàn)場電動機(jī)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行探討，確?？够畏桨父脑旌蟮男Ч?。DCM621KH產(chǎn)品體積小，磁吸式安裝方式（如圖1，圖2），現(xiàn)場安裝方便。

標(biāo)簽：再起式抗晃儀抗晃電模塊晃電保護(hù)器