企業(yè)電網(wǎng)晃電的原因及對(duì)策分析

張淼(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

熱電站、煉油總開閉所是某企業(yè)的兩個(gè)供電中心。熱電站主要供化纖、化工、油品質(zhì)量升級(jí)項(xiàng)目新建裝置、一催化、二聯(lián)合氣分、水源等公用工程、三產(chǎn)及居民用電?？傞_閉所主要供二催化、四聯(lián)合、重整、常壓等裝置用電，兩個(gè)系統(tǒng)在企業(yè)內(nèi)部互相獨(dú)立，共同接入供電公司220KV變電站。伴隨著某企業(yè)的不斷擴(kuò)建，內(nèi)部電網(wǎng)也日益擴(kuò)大，變壓器及饋電線路數(shù)量增多，電源瞬時(shí)失壓，即“晃電”的現(xiàn)象越來越頻繁，其主要原因是相鄰回路故障引起的電壓波動(dòng)幾率增加了。石化企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性要求強(qiáng)，因此，每一次晃電都會(huì)造成生產(chǎn)重大經(jīng)濟(jì)損失。

“晃電”是指，因雷擊、短路或其他原因造成的電網(wǎng)電壓瞬時(shí)跌落(電壓凹陷)，電網(wǎng)電壓暫降或電壓中斷，時(shí)間在1.5秒之內(nèi)，又恢復(fù)正常的現(xiàn)象。電壓暫降IEEE的定義下降到額定值的90%至10%；IEC定義為90%至1%?！╇妷河行е到档偷浇咏诹惴Q為中斷，IEC定義為1%以下，美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)IEEE定義為10%以下。

1 晃電造成的影響

1.1 近年來晃電給企業(yè)帶來的停產(chǎn)事故案例

自2008年2月20日至2014年6月7日，某企業(yè)共發(fā)生8起典型“晃電”事故，其中有2起是外電網(wǎng)“晃電”造成，其它都是企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)故障，造成供電系統(tǒng)“晃電”。

1.2 晃電對(duì)同一電壓等級(jí)的影響

根據(jù)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)供電系統(tǒng)的影響情況，可以將供電系統(tǒng)分成三部分:

1.2.1 直接故障系統(tǒng):故障點(diǎn)所在的回路及其下級(jí)系統(tǒng)，至第一道保護(hù)和開關(guān)，可以通過保護(hù)動(dòng)作使開關(guān)跳閘切除的故障部分。

1.2.2 關(guān)聯(lián)故障系統(tǒng):與直接故障系統(tǒng)處于同一供電網(wǎng)絡(luò)，或并列運(yùn)行的系統(tǒng)，發(fā)生故障時(shí)，會(huì)受到直接影響的供電網(wǎng)絡(luò)部分，

1.2.3 正常運(yùn)行系統(tǒng):故障發(fā)生時(shí)，沒有受到故障的影響，或不會(huì)受到故障的影響。

當(dāng)供電系統(tǒng)中某點(diǎn)出現(xiàn)短路時(shí)，它所在的回路保護(hù)啟動(dòng)，開關(guān)應(yīng)該跳閘，將其從電網(wǎng)中切除出來，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。往往是保護(hù)和開關(guān)都按要求正確動(dòng)作，將故障點(diǎn)有效地從電網(wǎng)中切除了，但電網(wǎng)中的其它設(shè)備也受到了影響，甚至造成了其它生產(chǎn)裝置大面積設(shè)備停運(yùn)，形成了關(guān)聯(lián)故障系統(tǒng)。

1.3 晃電對(duì)下一電壓等級(jí)的影響

故障支路電壓等級(jí)越高影響范圍越大，電壓等級(jí)高，不僅直接故障系統(tǒng)中下級(jí)所帶回路多、設(shè)備多，受直接故障系統(tǒng)影響的關(guān)聯(lián)故障系統(tǒng)下級(jí)所帶的回路、設(shè)備也更多。關(guān)聯(lián)故障系統(tǒng)更龐大。

2 晃電產(chǎn)生的原因

2.1 某企業(yè)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

某企業(yè)內(nèi)部有2個(gè)互相獨(dú)立的電網(wǎng):熱電站電網(wǎng)和開閉所電網(wǎng)，電源分別引自供電公司220kV變電站的110 kV系統(tǒng)和6 kV系統(tǒng)。

熱電站電網(wǎng)1999年建成投用，其110kV系統(tǒng)主結(jié)線為雙母線。裝有三臺(tái)110kV/35kV/6kV/75MVA三繞組有載調(diào)壓電力變壓器，大1#、2#、3#發(fā)電機(jī)組分別經(jīng)大1#、2#、3#主變與系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，35kV系統(tǒng)主結(jié)線為三段式單母線分段。

熱電站下級(jí)設(shè)有9個(gè)35kV變電站。其中有1#、2#、3#、4#、5#、6#站設(shè)有35KV母線及開關(guān)柜，均單母分段運(yùn)行，分別裝有兩臺(tái)35KV/6(10)KV變壓器，1#站為空壓機(jī)組增設(shè)一臺(tái)35KV/10KV變壓器。7#、8#、9#、5#站II期為升級(jí)改造增加的35KV變電站，采用線變組結(jié)構(gòu)，分別裝設(shè)兩臺(tái)35KV/6(10)KV變壓器。由各站6(10)KV供電至各裝置變電所、水源架空線路等。

2.2 電網(wǎng)產(chǎn)生晃電的原因

分析自2008年以來某企業(yè)產(chǎn)生晃電的主要原因，歸結(jié)為以下幾個(gè)方面:

2.2.1 35KV設(shè)備運(yùn)行可靠性低，故障率高

原熱電站35kV系統(tǒng)開關(guān)柜為國產(chǎn)金屬鎧裝柜，故障率高、開關(guān)開斷時(shí)間長、開斷容量不足。發(fā)生故障時(shí)，不能可靠分?jǐn)?，將故障點(diǎn)從電網(wǎng)隔離，反而易造成次生事故和事故擴(kuò)大，如08年2.20，35KV開關(guān)柜崩燒事故。1#、2#、4#站35KV開關(guān)柜為2005年更換，較1999年所上的開關(guān)柜有所改進(jìn)，故障率還是相對(duì)較高，在運(yùn)行過程中被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，未形成事故。

2.2.2 35kV電纜系統(tǒng)過大，故障幾率高、影響面大

35KV電纜饋出線有20個(gè)回路，22根電纜，總長約50KM，有電纜中間頭27個(gè)，電纜及中間頭大部分直埋于土里，中間頭絕緣易受潮降低，或擊穿。另外，沒有電纜專用路徑或通道，各種動(dòng)土作業(yè)易造成外護(hù)套受傷，埋下隱患。

2.2.3 架空線路長，所處環(huán)境、路徑復(fù)雜，易受樹木、車輛、周圍異常情況影響，造成接地、短路故障，也易遭雷擊破壞。

2.2.4 6/10KV等級(jí)用電設(shè)備故障率高。

3 晃電造成生產(chǎn)裝置波動(dòng)的原因

3.1 電網(wǎng)“晃電”故障的持續(xù)時(shí)間長

繼電保護(hù)采集到短路故障信息到啟動(dòng)保護(hù)出口動(dòng)作的固有時(shí)間一般為20—30ms；斷路器接到保護(hù)分閘命令到斷路器斷開的固有分閘時(shí)間，一般為40—60ms；斷路器分?jǐn)嗷芈返倪^程中，從觸頭斷開產(chǎn)生電弧的瞬間開始，到電弧完全熄滅為止的燃弧時(shí)間間隔，需要10—20ms，也就是說從故障發(fā)生到從電網(wǎng)中隔離開，至少需要70—110ms，若需啟動(dòng)后備保護(hù)，時(shí)間至少還會(huì)延長200—300 ms。

3.2 敏感設(shè)備對(duì)電壓凹陷的承受能力差

電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，對(duì)電壓較為敏感的設(shè)備將會(huì)最先動(dòng)作，如:交流接觸器在電壓低壓45%時(shí)，持續(xù)20-30ms線圈會(huì)釋放，持續(xù)30-40ms交流電磁閥會(huì)釋放，持續(xù)20ms控制類設(shè)備會(huì)關(guān)閉。變頻類設(shè)備一般在額定電壓的65%-85%，也只能維持20ms。

綜上所述，電壓凹陷深度大，時(shí)間超過20ms，就會(huì)造成設(shè)備停機(jī)，而故障時(shí)，綜保和斷路器分閘至少需要70—110ms，因此，只要系統(tǒng)發(fā)生故障，就有可能造成關(guān)聯(lián)故障系統(tǒng)的生產(chǎn)波動(dòng)。電壓凹陷持續(xù)時(shí)間越長，造成的后果越嚴(yán)重，會(huì)有更多的控制類設(shè)備的無壓釋放，電動(dòng)機(jī)也會(huì)受到大電流沖擊。

4 對(duì)策及分析

4.1 優(yōu)化電力系統(tǒng)

4.1.1 優(yōu)化熱電站電力系統(tǒng)

(1)將熱電站原35kV金屬鎧裝柜更新為高性能的ABB 35kV GIS組合電氣裝置。并將35kV系統(tǒng)主接線三段單母單分段改為雙母雙分段，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，降低故障率。增強(qiáng)故障情況下的開關(guān)柜的熱穩(wěn)定性，動(dòng)作的可靠性，和快速切除故障的能力。

(3)完善35kV無功補(bǔ)償裝置，降低線路損耗，提高系統(tǒng)電壓，提高短時(shí)故障時(shí)的穩(wěn)壓能力，減弱電壓凹陷深度。

(4)熱電站110kV聯(lián)絡(luò)線、35kV到1#、2#、4#站的饋出線路改為光纖縱差保護(hù)。即保護(hù)了電力線路全長，和35KV變壓器，又增強(qiáng)故障判斷的靈敏性和準(zhǔn)確性，提高了動(dòng)作的快速性，達(dá)到快速切除故障點(diǎn)，縮短晃電時(shí)間。

(5)取消下級(jí)35KV站的開關(guān)柜，采用線路變壓器組加隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)。簡化系統(tǒng)，減少故障點(diǎn)和故障發(fā)生幾率。

4.1.2 優(yōu)化6KV用電系統(tǒng)

(1)對(duì)廠外水源地6KV架空線路改造，一方面再將一部分裸導(dǎo)線改為絕緣線，砍伐沿線區(qū)域樹木，另一方面將路線架在在人員出入少，距建筑物或廠礦遠(yuǎn)的地方，減少外力破壞造成接地、短路故障幾率。

(2)在6kV水源架空線路饋出側(cè)增設(shè)隔離變壓器，使其與廠內(nèi)電網(wǎng)隔離開，避免頻繁的故障影響廠內(nèi)6kV系統(tǒng)運(yùn)行，和造成廠內(nèi)6KV設(shè)備和線路累積損壞。同時(shí)，改進(jìn)架空線路故障保護(hù)。

(3)壓縮短路后備保護(hù)級(jí)差時(shí)間，由0.3S的級(jí)差時(shí)間，調(diào)整到0.2S，由保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間改為保護(hù)動(dòng)作加斷路器跳開總時(shí)間。整體縮短故障切除時(shí)間，尤其是故障支路電壓等級(jí)越高，動(dòng)作延遲時(shí)間縮短越多，切除故障更快速。

眾所周知，學(xué)生作為學(xué)校的主體，學(xué)生的健康成長是應(yīng)一個(gè)學(xué)校最為關(guān)注的，更何況這時(shí)的學(xué)生正處于人生觀，價(jià)值觀定型的關(guān)鍵時(shí)期，學(xué)校應(yīng)該通過多方面了解學(xué)生對(duì)學(xué)生進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。通過大數(shù)據(jù)學(xué)校方面可以很好地了解學(xué)生的心理狀況，生活情況。如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生有心理方面的問題可以及時(shí)做出相應(yīng)的措施，給予正確的指引，防止意外的發(fā)生。

(4)在饋出回路多、線路長的變電所增設(shè)接地選線裝置，快速選中接地線路并報(bào)警，人為進(jìn)行隔離，縮短故障排除時(shí)間，降低接地故障對(duì)其它線路及設(shè)備的損害。如5#站I期、1#泵房、開閉所。

4.2 提高抗晃電能力

4.2.1 改變熱電站運(yùn)行方式

熱電站的運(yùn)行方式由并列運(yùn)行調(diào)整為分列運(yùn)行，故障發(fā)生時(shí)，縮小關(guān)聯(lián)故障系統(tǒng)，以減小故障影響面積。

4.2.2 完善備自投功能，增上無擾動(dòng)切換裝置，與備自投相結(jié)合

無擾動(dòng)切換相當(dāng)于不間斷供電電源切換，實(shí)時(shí)跟蹤、判斷、捕捉負(fù)荷的母線殘壓(在較高時(shí))與備用電源電壓的最佳合閘時(shí)機(jī)點(diǎn)，動(dòng)作切換時(shí)間理論數(shù)據(jù)在100ms以內(nèi)，一般100-200ms將故障供電線路切換至正常線路。當(dāng)殘壓電壓大于45%時(shí)另一路電源投入，接觸器沒有釋放，且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度還較高，實(shí)現(xiàn)備用電源快速無擾動(dòng)投入，對(duì)另一路電源的沖擊也會(huì)很小，對(duì)生產(chǎn)裝置的影響也會(huì)很小。當(dāng)無擾動(dòng)裝置不能設(shè)定時(shí)間內(nèi)切換時(shí)，由備自投裝置完成切換。適用于新上變電所或更新改造的變電所。

4.2.3 備自投系統(tǒng)與可靠的分批自起動(dòng)結(jié)合

低壓系統(tǒng)中，對(duì)電壓敏感的設(shè)備居多，應(yīng)該有瞬時(shí)失電備用電源自投和自起動(dòng)設(shè)備相配合。當(dāng)電壓暫降時(shí)長達(dá)到備自投條件時(shí)，備自投裝置啟動(dòng)，備用電源接入后，同時(shí)有可靠的自起動(dòng)設(shè)備能夠分期分批將停機(jī)設(shè)備再次啟動(dòng)起來，將會(huì)有效減少停機(jī)時(shí)間，最終使裝置生產(chǎn)不受影響。

由于大部分晃電持續(xù)時(shí)間在幾十到幾百毫秒，達(dá)不到備自投啟動(dòng)條件，但敏感設(shè)備已釋放，自起動(dòng)設(shè)備必須在低于接觸器釋放時(shí)間內(nèi)，也即在60mS以內(nèi)，捕捉到電壓的凹陷。失壓時(shí)間稍長，再次起動(dòng)可能會(huì)對(duì)電源帶來較大的沖擊，只限在重要負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的控制中采用。為了能使更多的電機(jī)能夠自動(dòng)再起動(dòng)，常根據(jù)系統(tǒng)容量對(duì)電機(jī)分批次啟動(dòng)，一般在母線電壓恢復(fù)3S內(nèi)完成全部起動(dòng)。用于主要裝置，需自起動(dòng)電機(jī)數(shù)量多的變電所。

4.2.4 低電壓保護(hù)增加延時(shí)

高壓設(shè)備的防晃電能力大多取決于低電壓保護(hù)的延時(shí)時(shí)間，一般按0.5S整定，個(gè)別重要負(fù)荷，整定時(shí)間會(huì)設(shè)置在0.9S或更長，進(jìn)口機(jī)組，如PTA的BC101的低電壓延時(shí)只有0.1S，在起初的晃電中，會(huì)率先停機(jī)，低電壓延時(shí)調(diào)整后，和其它高壓電機(jī)一樣，晃電時(shí)，沒有出現(xiàn)低電壓停機(jī)。

4.2.5 延緩控制類設(shè)備釋放

將控制器的電源改為不間斷供電電源，避免控制器瞬時(shí)失電的停機(jī)發(fā)生?？諌簬着_(tái)進(jìn)口機(jī)組，現(xiàn)場控制器的電源取自低壓回路，晃電時(shí)間超20ms，控制器就有會(huì)因失電而出口繼電器動(dòng)作，發(fā)出停機(jī)命令。將其控制電源改為由UPS電源供電。在新增的進(jìn)口機(jī)組中，應(yīng)注意其控制器的供電電源，要直接改由不間斷的電源系統(tǒng)供電。

4.2.6 改進(jìn)機(jī)組潤滑系統(tǒng)

采用電源取自不同段的兩臺(tái)輔助潤滑油泵，或者采用油壓緩沖系統(tǒng)，避免晃電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，主油泵油壓供應(yīng)不足，輔泵不能正常起動(dòng)，而低油壓聯(lián)鎖停機(jī)。

4.2.7 改進(jìn)電纜敷設(shè)方式

擇機(jī)對(duì)35KV電纜采用專用槽盒或電纜溝敷設(shè)，或增設(shè)電纜中間頭井，降低中間頭進(jìn)水或愛潮損壞幾率，且便于檢查與發(fā)現(xiàn)隱患。降低電纜線路故障。

5 結(jié)語

減少晃電給企業(yè)帶來損失，是一個(gè)長期的工作，一方面要從電力系統(tǒng)著手，避免高電壓等級(jí)的不穩(wěn)定因素，避免和減少造成電網(wǎng)波動(dòng)幾率、縮短波動(dòng)的時(shí)限，另一方面從下級(jí)用電增強(qiáng)搞晃電的能力，和減少區(qū)域內(nèi)的高壓設(shè)備故障對(duì)電網(wǎng)的影響。經(jīng)過近幾年的不斷改進(jìn)，已取得了一定的成效，還有一些改進(jìn)需在2015年停工檢修時(shí)才能進(jìn)行。

[1]于永源楊綺雯，電力系統(tǒng)分析，北京，中國電力出版社.

[2]李玉海劉昕李鵬，電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)試驗(yàn)，北京，中國電力出版社.