配電網(wǎng)及用戶側(cè)低壓脫扣保護(hù)裝置對(duì)電網(wǎng)的影響分析及建議

高翔

摘 要：目前低壓配電網(wǎng)及用戶側(cè)斷路器上一般都安裝了低壓脫扣裝置，這類低壓或失壓保護(hù)裝置能夠在供電電壓發(fā)生電壓暫降或中斷時(shí)，避免用戶設(shè)備損壞。但是當(dāng)鄰近的高壓輸電網(wǎng)發(fā)生接地或相間短路故障時(shí)，電網(wǎng)配置的速動(dòng)保護(hù)裝置盡管正確動(dòng)作，在最快的時(shí)間內(nèi)將故障隔離，大量的低壓脫扣裝置可能無(wú)延時(shí)或瞬時(shí)動(dòng)作，從而導(dǎo)致大范圍的負(fù)荷瞬間損失，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率波動(dòng)甚至引發(fā)更大范圍的電網(wǎng)事故。介紹了廣東電網(wǎng)近年來(lái)因低壓脫扣導(dǎo)致負(fù)荷損失的2起典型事故，通過(guò)EMS事故追憶、PMU等工具對(duì)事故進(jìn)行了分析，討論了低壓脫扣裝置對(duì)電網(wǎng)的影響，最后對(duì)低壓脫扣裝置的管理工作及類似事故的防范措施提出了建議。

關(guān)鍵詞：低壓脫扣 電壓暫降 負(fù)荷損失

隨著電力工業(yè)的發(fā)展和對(duì)電能依賴性的提高，用戶對(duì)電能質(zhì)量及電能可靠性的要求已經(jīng)不能簡(jiǎn)單以供電中斷的次數(shù)和時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)評(píng)價(jià)，不僅供電的中斷會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響，供電電壓的波動(dòng)、降落也會(huì)對(duì)一些生產(chǎn)過(guò)程和用電設(shè)備產(chǎn)生影響。為保護(hù)用戶自身設(shè)備，在低壓配電網(wǎng)及用戶側(cè)低壓斷路器中，用戶大多安裝了低壓、失壓脫扣保護(hù)裝置。

在低壓配電網(wǎng)局部發(fā)生故障或者電壓波動(dòng)時(shí)，因低壓或失壓導(dǎo)致脫扣保護(hù)裝置動(dòng)作的范圍往往限于局部，對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響相對(duì)很小。但是目前的低壓脫扣裝置缺乏管理及標(biāo)準(zhǔn)，其動(dòng)作整定值往往偏低，基本沒有延時(shí)。隨著近年來(lái)廣東省經(jīng)濟(jì)和電網(wǎng)的迅速發(fā)展，廣東電網(wǎng)尤其是珠三角地區(qū)電網(wǎng)呈現(xiàn)負(fù)荷重、密度大、供電半徑小等特點(diǎn)。

1 電壓暫降及低壓脫扣裝置

電壓暫降，又稱電壓驟降、電壓凹陷或電壓跌落，按照電氣與電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的定義，是指工頻條件下電壓均方根值減小到0.1～0.9倍額定電壓之間、持續(xù)時(shí)間為0.5周波（以我國(guó)工頻50 Hz算，1周波是20 ms）至1 min的短時(shí)間電壓變動(dòng)現(xiàn)象。電壓暫降的幅值、持續(xù)時(shí)間和相位跳變是標(biāo)稱電壓暫降的最重要的三個(gè)特征量。

為避免電壓暫降或中斷對(duì)設(shè)備可能造成的影響甚至損害，在低壓配電網(wǎng)及用戶側(cè)饋出線斷路器中，往往配置了低壓或失壓脫扣保護(hù)裝置，在工作電壓低于額定電壓一定程度時(shí)，促使線圈脫扣，切斷負(fù)荷，以保護(hù)設(shè)備。其工作原理為：當(dāng)電壓正常（85%～110%額定電壓）時(shí)，欠壓脫扣器的銜鐵被其鐵芯吸住，斷路器處于運(yùn)行（閉合）狀態(tài)；當(dāng)電壓降低到70%額定電壓以下時(shí)，欠壓脫扣器的鐵芯電磁吸力減少（吸不住銜鐵），銜鐵脫開并帶動(dòng)拉桿撞擊斷路器的脫扣桿，使斷路器跳閘。

2 典型事故

2009年10月3日23：47分，500 kV穗橫甲線發(fā)生A、C相間故障（穗東站主一、主二縱聯(lián)保護(hù)正確動(dòng)作，測(cè)距29.7 km；橫瀝站：主一、主二縱聯(lián)保護(hù)正確動(dòng)作，測(cè)距16.4 km，跳三相）。故障期間電壓瞬間降低，導(dǎo)致相鄰的橫瀝、東莞、增城片區(qū)損失部分負(fù)荷。

首先，根據(jù)PMU波形及故障錄波，受500 kV穗橫甲線兩側(cè)A、C相間故障的影響，橫瀝站、東莞站、增城站的500 kV和220 kV母線A、C相電壓均出現(xiàn)大幅跌落。其中橫瀝站母線電壓跌落最嚴(yán)重，故障期間，跌落至0.55 pu（見圖1）；其次是東莞站和增城站，故障期間分別跌至0.61 pu、0.66 pu。各站母線的B相電壓波形平穩(wěn)，沒有突變。橫瀝、東莞、增城三站母線電壓的跌落直接造成了供電片區(qū)220 kV變電站母線電壓降低，最終導(dǎo)致了用戶終端電壓的瞬間下降，三站所供220 kV片網(wǎng)負(fù)荷損失總共170 MW左右。

3 事故分析

通過(guò)事后統(tǒng)計(jì)分析可知，前述故障的保護(hù)裝置正確動(dòng)作，但是仍導(dǎo)致大量負(fù)荷損失，其主要原因正是系統(tǒng)電壓在事故過(guò)程中瞬間降低，用戶側(cè)設(shè)備低電壓、失壓保護(hù)或脫扣裝置動(dòng)作跳閘所致。同時(shí)，用戶側(cè)安裝的低壓保護(hù)或脫扣裝置大多沒有安裝延時(shí)回路或者延時(shí)回路時(shí)間整定為0 s，導(dǎo)致故障時(shí)用戶側(cè)低壓保護(hù)或脫扣裝置在故障期間瞬時(shí)動(dòng)作。從事后的初步調(diào)查結(jié)果來(lái)看，目前，絕大部分用戶的380 V進(jìn)線斷路器都求安裝了低壓脫扣或類似的失壓保護(hù)裝置，基本已經(jīng)成為了一種常規(guī)的、典型的配置[3]。但是對(duì)于低壓保護(hù)動(dòng)作定值卻缺乏管理，沒有根據(jù)用戶的類型及要求進(jìn)行整定，大部分的低壓動(dòng)作定值過(guò)低。有些用戶和供貨廠家出于成本上的考慮，沒有安裝延時(shí)回路，而配置了延時(shí)回路的延時(shí)時(shí)間整定一般也是出廠時(shí)的廠家默認(rèn)值（一般的廠家默認(rèn)值會(huì)整定為0 s）。

從保護(hù)某些重要尖端的用戶設(shè)備來(lái)說(shuō)，安裝這種低壓脫扣裝置是必要的，但是如果所有或大部分的用戶均安裝這種低壓脫扣裝置，而且無(wú)延時(shí)或延時(shí)時(shí)間極短，動(dòng)作電壓也較低，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障保護(hù)快速正確切除的擾動(dòng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致周邊低壓脫扣裝置大規(guī)模、無(wú)序地動(dòng)作，不僅造成用戶供電中斷，反過(guò)來(lái)也將給電網(wǎng)帶來(lái)極大沖擊，甚至可能引發(fā)連鎖事故并最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

4 結(jié)論及建議

盡管近年來(lái)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間越來(lái)越快，但是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地短路或相間短路故障時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作仍不可避免存在延時(shí)。從故障發(fā)生時(shí)刻到保護(hù)切除時(shí)刻，鄰近的電網(wǎng)供電電壓會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的電壓暫降，雖然電網(wǎng)內(nèi)的低壓減載安全自動(dòng)裝置不會(huì)動(dòng)作，但是用戶出于保護(hù)自身設(shè)備及電壓質(zhì)量目的而安裝的低壓保護(hù)脫扣裝置在電網(wǎng)發(fā)生故障、電壓瞬間降低時(shí)卻可能動(dòng)作，尤其是負(fù)荷密集的重負(fù)荷地區(qū)，可能造成大量負(fù)荷損失，并進(jìn)一步加劇電網(wǎng)的頻率波動(dòng)、事故擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

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