工业配电抗晃电保护器 MODBUS-RTU通讯

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安科瑞刘鸿鹏

摘要 

随着工业自动化水平的提升，生产设备对供电连续性和稳定性的依赖程度越来越高，电网中的电压暂降（俗称“晃电”）问题对工业生产构成了严重威胁。特别是在化工、冶金、半导体等高敏感行业，晃电引发的设备停机、工艺中断甚至安全事故已成为重要的电能质量问题。本文结合国家标准与实际项目经验，重点分析了抗晃电技术在工业低压配电系统中的应用，并以接触器回路与变频回路抗晃电解决方案为例，阐述其技术原理、实施方式及工程效果。

1. 晃电的定义与成因

根据国家标准GB/T301372013及GB/T17626.112008，晃电是指电压暂时性下降（电压暂降）或短时中断，通常持续时间为几毫秒至几秒，幅值可下降至额定电压的30%以下。其常见成因包括电网短路、绝缘击穿、大功率电机启动、雷击浪涌、备用电源切换等瞬态干扰事件。

 2. 晃电的危害

尽管晃电在公共民用建筑中影响不大，但对工业敏感负荷而言，其危害极为严重： 

引起生产停机：自动化控制系统中的接触器、PLC、DCS、变频器等设备极易因电压跌落而跳脱，造成整条生产线停产。

产品报废与能耗损失：流水线中断将导致半成品报废，同时重新启动设备也会带来额外的能源与时间成本。

设备损坏风险：频繁的启停会对电机、变频器、电控柜等造成电气与机械损耗。

安全生产风险：某些危险工艺如加氢、高温反应等环节若意外停电将带来严重安全隐患。

据统计，欧美地区80%以上的电能质量投诉都与电压暂降有关，显示出该问题的普遍性与严重性。

 3. 什么情况需要使用抗晃电装置？ 

抗晃电装置的应用场景主要集中在对电压暂降（晃电）敏感的工业系统中。以下是一些典型情况下需要使用抗晃电装置的情形，适用于判断是否应部署这类设备：

3.1 负载设备对供电连续性要求高

自动化生产线：如汽车制造、包装流水线、数控加工中心等，电压瞬降可能导致整条线停工，造成生产中断或产品报废。

半导体制造：对供电连续性极度敏感，哪怕是几十毫秒的掉电也会导致芯片制程失败。

精密仪器运行中：如医疗设备、实验仪器、检测系统等，突发掉电会损坏设备或失去关键数据。 

3.2 控制系统或元器件对电压敏感

PLC、DCS、工控机等开关电源类设备，电压下跌时极易死机或重启。

电磁类元件如接触器、继电器，其线圈在电压低于额定值的70%以下会释放，造成负载掉电。

电力电子装置如变频器、软启动器等，其母线电压骤降会触发保护机制停机。

3.3 电压暂降在生产现场频繁发生

供电区域电网稳定性差，经常受外部故障影响出现电压波动；

企业周边存在大功率电机启动、电弧炉、电焊机等扰动源；

工厂自身启停大型负载或切换备用电源频繁，引起内部瞬时电压波动。

3.4 停机代价高或影响安全 

化工、制药、冶金等连续性工艺行业，突发停机会导致中间物料报废、温度/压力失控；

涉及危险化学品、高温高压反应装置的工厂，为保障人身与设备安全，必须防止因晃电误停。

重大工程施工现场或无人值守站点，如风电、光伏、远程泵站，晃电可能导致远程设备失联或控制失效。

 3.5 设备本身不具备晃电自恢复能力

传统接触器或电磁元件无储能功能，晃电时必然脱扣；

某些变频器或软启动器不支持再启动功能，掉电后需人工干预；

设备厂家未设置抗晃电功能，或设置不完善/不可调。

 3.6 对运行稳定性和能效要求高的场合

智慧工厂、绿色工厂、零碳产业园等新型高标准工业园区；

制造领域如航天航空等精密设备；

企业希望降低非计划停机率、延长设备寿命、减少故障率。

当一个系统中“晃电=停产=损失”时，就需要使用抗晃电装置。

4. 抗晃电保护装置

交流接触器作为电动机回路重要的控制元件，在工业生产中承担了重要的作用。雷击、 短路重合闸、电网故障、大功率设备启动等原因引起的电压跌落（晃电）现象严重影响接触 器的正常工作，并引起相关联锁设备停机，给企业造成巨大的经济损失。 安科瑞 ARD-KHD-S03 系列抗晃电装置，具备 “晃电保持+晃电再起动”功能，能够 抵御接触器控制回路晃电引起的接触器释放（不包括直流接触器或带节能功能的接触器）， 也可以针对变频、软起回路实现再启动，保障设备的连续性运行，为企业生产保驾护航。

4.1 设备选型

4.2 技术参数

4.3 控制逻辑

4.4 设备规格

4. 5 抗晃电治理原则与策略

根据治理层级划分，晃电问题可从电网源头、线路、配电端到设备终端进行治理。但从成本效益比来看，终端治理（即在低压配电末端和关键设备侧实施防护）是性价比的方法。

主要策略包括：

应用带储能的防晃电接触器

采用具备抗晃电功能的电动机保护器、控制器或变频器

安装独立抗晃电模块，如ARDKHD系列装置，对控制回路进行直流支撑或控制保持

5. 接触器回路的抗晃电应用 

接触器是工业电机控制中常见的低压元件。其电磁线圈对电压变化极为敏感，一般在电压下降至70%以下时即释放，导致电机断电。针对这一问题，目前主流治理方案包括：

UPS供电：为控制回路配置备用电源，切换时间<1ms，但成本高且对感性负载适应性差。

防晃电接触器：内部带电容储能，但存在过压易损与断电延时问题。

再起动控制：通过电动机保护器逻辑实现，但无法应对毫秒级晃电。

抗晃电模块（ARDKHDS03A/B）：通过内置储能电容，在晃电时维持接触器吸合，电压恢复后自动继续运行或重启动，是当前选择之一。

结语

电压暂降是当前工业用户面临的突出电能质量问题之一。晃电虽短，但影响深远。通过在接触器、变频器、软启动器等关键设备前端部署抗晃电装置，可显著提升系统抗扰能力，避免因瞬时电压波动导致的设备跳脱和生产中断。随着工业配电智能化水平提升，抗晃电治理将成为工业系统稳定运行的重要保障手段之一，值得在更多敏感负载场景中推广应用。