炼油系统关键机组抗电网波动技术选择及应用

一、电网波动对关键机组油泵电机稳定运行产生的影响

炼油系统关键机组使用高压电机作为动力驱动压缩机运行, 而机组润滑油系统中的油泵电机是由交流接触器控制其运行的, 当电网出现波动时, 由于电压下降或中断, 线圈对铁心的吸引力小于释放弹簧的弹力使得接触器释放, 导致该油泵电机跳闸, 然而该油泵往往通过油压低联锁参数将联锁高压电机跳闸, 致使该关键机组非计划停车, 造成不必要的损失, 因此尽快提高关键机组油泵电机抗电网波动能力是非常有必要的。

二、关键机组抗电网波动存在的主要问题

根据炼油系统近几年历次电网波动造成关键机组联锁停机的事故分析得出, 关键机组的主油泵能否再启动、辅助油泵能否切换成功并不是保住油压避免停主机的唯一要素, 事实证明, 即使关键机组主油泵再启动了或辅助油泵切换成功了, 但该机组仍旧因为油压低而联锁停机, 原因为电网波动后油泵再启动建立油压的时间普遍长于机组油压低联锁停机时间, 由此可以看出, 机组油压系统对油泵电机抗电网波动能力要求很高, 目前在用的技术已无法满足要求。为了保证在电网波动情况下, 关键机组油泵电机不受影响仍可以正常工作, 电机转速及输出功率不受影响, 公司经过多方调研讨论后决定考虑是否可以将电压补偿技术引进应用到关键机组油泵电机回路中去。

三、针对关键机组油泵电机的两种电压补偿技术方案综述

目前针对石化行业关键机组油泵电机电压补偿技术方案主要有以下两种:

1. 动力UPS技术方案

动力UPS与一般的UPS有些不同, 动力UPS是基于变频器及直流支撑系统的组织架构, 方案的核心是采用DC-BANK对变频器直流回路提供另一路直流电压, 其IGBT逆变器就能不间断地输出三相正弦交流电压, 而且电压为0-380V, 频率为0-50Hz连续可调, 实现电机的软启动或变频调速运行。系统在直流母线端配有一组免维护蓄电池, 可以在电网电压跌落时输出的直流母线电压保持不变。系统在电网电压正常时, 自动对蓄电池进行充电控制, 以保证其始终处于容量充足的状态。

2. 南京飓能EnLVRT技术方案

南京飓能公司低电压穿越支撑装置En-LVRT是以AC变频+LOW DC BACKUP为基础, 在380V用电系统与异步电动机之间增加一个带直流输入端子的变频器, 同时增加低压DC BACKUP, 在变频器直流输入端子与低压DC备份电源之间串联一个DC/DC升压变换器。

该装置功能描述:当电网电压正常时通过变频器的交流输入端向油泵电机供电, 保持油泵电机为恒速运行状态;当电网电压故障时将利用超级电容和直流升压变换器通过变频器的直流输入端口向油泵电机供电, 直至3s以内电网电压恢复正常, 但如果电网电压故障持续时间超过3s, 则允许变频器保护停机。变频器交流供电模式和直流供电模式的切换时间在0ms左右, 为自动切换动作。

四、两种电压补偿技术方案分析比较选择

通过对以上这两种电压补偿技术方案综述的了解, 发现它们类似之处在于均采用变频器方式, 由超级电容或蓄电池为变频器直流母线供电, 确保电网系统波动时, 不间断的提供输出电源, 但主要区别在于:动力UPS的DC-BANK一般采用蓄电池作为直流储能电源, 而南京飓能En-LVRT则是以进口超级电容作为储能元件。

1. 从以下几个方面对超级电容与蓄电池进行分析比较:

(1) 技术方面:超级电容器大多是双电层结构, 同电解电容器相比, 这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。同蓄电池相比, 超级电容器储存电荷的能力高, 并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等技术特点。

(2) 投资方面:超级电容器作为新技术产品, 市场应用10年左右, 起初价格很贵, 大约1~2美元/法拉, 随着超级电容器作为标准产品大批量供应市场, 价格也大大降低, 目前平均0.01~0.02美元/法拉。虽然总体上较蓄电池相比从初期投资上略高, 但从长远角度来看, 是值得的。

(3) 寿命方面:超级电容充放电次数达100万次, 免维护, 使用温度范围广, -40度到70度;而蓄电池, 充放电次数一般达不到1000次, 还需要定期维护, 检测电池内阻, 低于-20度时很难释放出电。

(4) 体积方面:超级电容从占地面积上远远小于电池组。

综上所述, 可以得出使用超级电容优于使用蓄电池的结论, 南京飓能En-LVRT技术方案具有较为明显的技术优势, 结合实际情况考虑觉得它更适合些。所以为进一步提高炼油系统关键机组抗电网波动能力, 公司决定利用二催化装置检修机会将它应用到二催化气压机机组1#辅助油泵电机回路中去。

结语

应用在二催化气压机1#辅助油泵电机回路中的南京飓能En-LVRT经受住了现场实际运行的考验, 验证了其抗电网波动能力确实达到了预期的效果。

另外, 还要提醒一下本文探讨说明的只是以蓄电池作为直流储能电源的动力UPS技术不适合在此处应用, 但是天津泰策公司生产的以进口超级电容作为直流储能电源的动力UPS电压补偿装置其实也是值得大家考虑应用的, 记住千万不要选择国产超级电容, 因为它在炼油系统第三空压站空压机的辅助油泵上曾有过应用, 根据其实际运行情况来看, 发现国产超级电容性能不稳定, 质量不可靠, 问题较多, 目前已退出运行。

而且, 本文主要是从机组油泵电机的角度来分析考虑如何提高炼油系统关键机组抗电网波动能力的, 采用电压补偿装置只是关键机组供电系统内的一项抗电网波动措施而已, 为了更好地保证关键机组抗电网波动能力, 对于上级供电系统的抗电网波动措施也是要同步跟进的, 所以我公司正积极准备与北京供电公司沟通协调, 在外输电线路增上光纤纵差保护, 特别是在经常电网波动的凤凰亭系统中要采取光纤纵差与快切相结合的技术措施, 以提高故障状态下的快速切除、快速恢复能力。

摘要：本文通过对动力UPS和南京飓能EnLVRT两种电压补偿技术方案进行综述分析比较, 最终确定选择应用南京飓能低电压穿越支撑装置EnLVRT来提高炼油系统关键机组抗电网波动能力。

关键词：电网波动,电压补偿技术,超级电容