供電系統(tǒng)中晃電現(xiàn)象的危害及其防治措施探討

于 臻

（中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600）

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，供電系統(tǒng)的安全性和平穩(wěn)性得到了人們的廣泛關(guān)注。這就使晃電現(xiàn)象的防治成為了一項(xiàng)重要工作。因此，必須明確晃電現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及其給供電系統(tǒng)帶來(lái)的危害，并制定科學(xué)、合理的抗晃電方案，促進(jìn)設(shè)備抗晃電能力的提升，從而為供電系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

1 供電系統(tǒng)中晃電現(xiàn)象產(chǎn)生原因與危害

1.1 產(chǎn)生原因

晃電，即電壓暫降或者是電壓驟降，是指供電電壓的有效值完全損失或者是突然下降后又回到正常值附近的一種現(xiàn)象[1]?；坞姮F(xiàn)象發(fā)生的主要原因具體如下。由于電網(wǎng)是由各級(jí)變電站構(gòu)成的，尤其是6（10） kV回路，用戶(hù)分布面廣且多，供電線(xiàn)路形式多樣，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過(guò)流故障或者是短路。從故障發(fā)生到切除會(huì)經(jīng)歷20～700 ms，此過(guò)程中其他正?；芈返碾妷簳?huì)出現(xiàn)暫時(shí)下降情況，并導(dǎo)致晃電現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時(shí)，各種內(nèi)部與外部因素的影響，如設(shè)備短路、雷擊以及發(fā)電機(jī)組投切等，也會(huì)導(dǎo)致晃電現(xiàn)象的出現(xiàn)。雷電多發(fā)季節(jié)，尤其是夏季時(shí)，發(fā)生晃電問(wèn)題更為頻繁。

供電系統(tǒng)發(fā)生晃電現(xiàn)象的主要原因是雷擊、短路故障以及線(xiàn)路污閃。其中，線(xiàn)路污閃與雷擊導(dǎo)致的對(duì)地放電或者是絕緣子閃絡(luò)，會(huì)使供電電壓出現(xiàn)暫時(shí)的下降情況，進(jìn)而帶來(lái)較大范圍的影響，通常持續(xù)時(shí)間在100 ms以上。短路故障則會(huì)使遠(yuǎn)端的供電電壓出現(xiàn)嚴(yán)重跌落，從而給敏感性較強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行情況帶來(lái)不良影響，并導(dǎo)致較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或者是事故。需注意，短路故障從發(fā)生到切除需要的時(shí)間會(huì)因短路點(diǎn)位置不同而存在差異。

1.2 危 害

對(duì)于供電系統(tǒng)設(shè)備，晃電現(xiàn)象帶來(lái)的危害主要體現(xiàn)在以下兩方面。

第一，控制器。低壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，交流接觸器得到了廣泛運(yùn)用，有利于設(shè)備啟停控制的實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備具體工作過(guò)程中，如果出現(xiàn)晃電現(xiàn)象，那么就會(huì)使操作線(xiàn)圈電壓過(guò)低或者是暫時(shí)斷電，從而使接觸器因線(xiàn)圈鐵芯電磁吸力不超過(guò)彈簧釋放彈力而被釋放。通過(guò)分析可知，對(duì)于大部分交流繼電器，若線(xiàn)圈電壓小于額定電壓70%，那么一個(gè)周期后，接觸器就會(huì)釋放；若電壓小于額定電壓50%或者是更多，則接觸器釋放速度會(huì)加快。

第二，電動(dòng)機(jī)。發(fā)生晃電情況時(shí)，因系統(tǒng)電壓下降，企業(yè)的動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)過(guò)電流，并在一段時(shí)間中導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)動(dòng)作跳閘。同時(shí)，如果選擇的熱保護(hù)動(dòng)作的元件靈敏度較弱、低電壓時(shí)間持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，那么就會(huì)給供電回路接觸不良點(diǎn)、絕緣薄弱點(diǎn)等帶來(lái)較大影響。在此階段，接線(xiàn)端子與質(zhì)量較差的電機(jī)極易發(fā)生故障，并導(dǎo)致接線(xiàn)處被燒壞。

2 供電系統(tǒng)中晃電現(xiàn)象的改造原則與防治措施

2.1 改造原則

對(duì)于供電系統(tǒng)，進(jìn)行晃電現(xiàn)象改造時(shí)，必須遵循以下3方面原則。首先，應(yīng)該嚴(yán)格遵循國(guó)家與行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證與國(guó)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策相符[2]。例如，DL/T584-2007《規(guī)程》中明確指出，應(yīng)該將低壓與低頻解列裝置安裝到地區(qū)電源側(cè)，通常低頻率固定值應(yīng)該在48～49 Hz，動(dòng)作時(shí)間處于0.2～0.5 s范圍。為使低電壓定值具備充足靈敏系數(shù)整定，應(yīng)該將其整定成額定運(yùn)行電壓的0.6～0.8倍。其次，改造行為應(yīng)為人身與設(shè)備安全提供保障，并保證供電的經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)先進(jìn)性以及安全可靠性。最后，改造行為不能給國(guó)家電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)不良影響。

2.2 防治措施

2.2.1 變頻器防治措施

當(dāng)前，變頻器產(chǎn)品普遍具備過(guò)流保護(hù)、失壓保護(hù)以及過(guò)壓保護(hù)功能，并且外部電源電壓最大值不能超過(guò)額定電壓10%。通常，我國(guó)電源線(xiàn)電壓是380 V，最高的則是420 V，而國(guó)外變頻器的最大工作電壓則能夠達(dá)到460 V，可以為使用用戶(hù)提供便利。若變頻器逆變器件選擇的是大功率的巨型晶體管，那么在停電或者是外部電源失壓情況下，控制電路不會(huì)繼續(xù)將信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，會(huì)導(dǎo)致晶體管與驅(qū)動(dòng)電路停止工作，電動(dòng)機(jī)處于自動(dòng)制動(dòng)狀態(tài)。如果逆變器件選擇絕緣柵雙極型晶體管，那么在停電或者是電源失壓情況下，變頻器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)持續(xù)工作一段時(shí)間。這段時(shí)間主要存在兩種定義，（1）具體時(shí)間，如15 ms；（2）主電路直流電壓降低到原本85%時(shí)需要的具體時(shí)間。如果停電時(shí)間、電源失壓時(shí)間不超過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)工作時(shí)間，那么變壓器就可以穩(wěn)定運(yùn)行；如果停電時(shí)間、電源失壓時(shí)間遠(yuǎn)大于驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)工作時(shí)間，那么為了自我保護(hù)，變頻器會(huì)主動(dòng)停止運(yùn)行。通常，這段時(shí)間都處在1～25 ms范圍，若電源晃電情況強(qiáng)烈，驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)工作時(shí)間處于幾秒鐘之上，那么變頻器就會(huì)跳閘，并導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。因此，為保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，必須做好變頻器控制工作。

為提高變頻器運(yùn)行時(shí)的抗晃電能力，可采用DCBANK系統(tǒng)，以并聯(lián)方式將變頻器直流母線(xiàn)與DCBANK系統(tǒng)連接起來(lái)。其中，變頻器的控制電源來(lái)自相應(yīng)的直流母線(xiàn)，如圖1所示。當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)晃電現(xiàn)象時(shí)，變頻器的輸入電壓會(huì)降低，但DC-BANK系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)保持不變，從而保證了所驅(qū)動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行。

圖1 DC-BANK系統(tǒng)原理圖

2.2.2 關(guān)鍵機(jī)組防治措施

包含增壓機(jī)、壓縮機(jī)以及主風(fēng)機(jī)在內(nèi)的機(jī)組系統(tǒng)的各種輔助機(jī)械，如冷卻水泵、油煙風(fēng)機(jī)以及潤(rùn)滑油泵等，都應(yīng)該具備雙電源與自動(dòng)切換裝置，且應(yīng)該保證主電源和后備電源的獨(dú)立性，從而為配置合理提供保障。必要時(shí)，潤(rùn)滑油站應(yīng)該配備獨(dú)立直流油泵，并合理設(shè)置高位油箱。若油壓聯(lián)鎖不允許存在延時(shí)，則應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行更為可靠地配置，選擇不間斷電源+變頻器這一方式來(lái)供電。

2.2.3 電動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)防治措施

晃電對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)的影響相對(duì)明顯，因此可利用微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的再啟動(dòng)功能進(jìn)行有效、合理地設(shè)置。當(dāng)供電系統(tǒng)晃電導(dǎo)致運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，電壓恢復(fù)后保護(hù)裝置及時(shí)發(fā)出再啟動(dòng)信號(hào)，使原來(lái)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)安全再啟動(dòng)，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。此外，為避免再啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的容量及數(shù)量對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，可采用分批再啟動(dòng)的方式。分批再啟動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)集中采集、分散控制實(shí)現(xiàn)，對(duì)供電系統(tǒng)的電壓進(jìn)行準(zhǔn)確可靠地監(jiān)測(cè)，判定為晃電時(shí)，依據(jù)不同批次電動(dòng)機(jī)的設(shè)置情況，分別發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，通過(guò)每個(gè)電動(dòng)機(jī)回路獨(dú)立的控制模塊實(shí)現(xiàn)分批啟動(dòng)，避免了大批量電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊而發(fā)生整體再啟動(dòng)失敗，確保了裝置的連續(xù)生產(chǎn)。

2.2.4 供電系統(tǒng)防治措施

為有效預(yù)防晃電現(xiàn)象，在綜合考慮變壓器保護(hù)定值實(shí)際配置情況與配電室負(fù)荷統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，必須加強(qiáng)供電可靠性與系統(tǒng)性。首先，保證總變壓器、各級(jí)分變壓器保護(hù)與梯級(jí)保護(hù)配置的合理性，并對(duì)內(nèi)部故障切除選擇性與快速性進(jìn)行充分考慮。當(dāng)電網(wǎng)電壓不超過(guò)70%時(shí)，兩臺(tái)降壓變壓器機(jī)組會(huì)主動(dòng)啟動(dòng)低電壓閉鎖裝置，從而達(dá)到過(guò)流保護(hù)目的。此時(shí)，變壓器不跳閘主要是通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)置時(shí)限來(lái)保證的，但若電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)，并且低電壓的時(shí)間超過(guò)2 s，那么就極易導(dǎo)致主變壓器發(fā)生跳閘問(wèn)題，因此必須使10 kV設(shè)備的低電壓保護(hù)時(shí)間在1 s以下。其次，對(duì)各個(gè)分變壓器負(fù)荷率進(jìn)行優(yōu)化。應(yīng)該使變壓器負(fù)荷率處于40%～60%，將各段不平衡率降到最低。同時(shí)，電壓恢復(fù)過(guò)程中，應(yīng)該保證變壓器余量與電動(dòng)器再啟動(dòng)需求相符。最后，將抗晃電方案投入實(shí)施一段時(shí)間后，還應(yīng)該做好檢驗(yàn)與完善工作，并結(jié)合實(shí)際情況，改進(jìn)不足之處[3]。

3 結(jié) 論

做好供電系統(tǒng)中晃電現(xiàn)象的防治工作具有重要意義。因此，必須了解線(xiàn)路污閃、短路故障以及雷擊等導(dǎo)致晃電現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，明確其給控制器、電動(dòng)機(jī)以及變頻器等帶來(lái)的危害，并從變頻器、電動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)以及供電系統(tǒng)三方面做好晃電防治工作，從而為供電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障。