配電系統(tǒng)電壓波動優(yōu)化措施

胡萬立

摘要：隨著社會的發(fā)展，我國的電力行業(yè)的發(fā)展也越來越迅速。對配電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性也要求越來越高，比如高壓三相感應電動機短路造成母線電壓突變，直接影響到供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以對這類故障進行了分析，介紹了高壓感應電動機短路故障的計算方法，同時建立了二維電磁場有限元仿真模型，分別對不同短路的故障方式進行了仿真計算和分析，計算結(jié)果可以為整個系統(tǒng)的繼電保護設備設計提供可靠依據(jù)。

關鍵詞：大型高壓三相感應;電動機短路;故障分析

引言

工業(yè)牽引電動機是化工、鋼廠、煤礦和礦山等行業(yè)的主要驅(qū)動設備，其運行的安全性和可靠性對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營至關重要，尤其是在10KV系統(tǒng)有短路電流時，直接影響到低壓供電系統(tǒng)電壓波動，造成低壓電機晃電跳停。拖動部分主要動力源還是依靠電力拖動，電動機在工廠起到至關重要的拖動機械動力源。電動機主要結(jié)構為外殼、定子、轉(zhuǎn)子及軸承部分組成，電動機的軸承是動靜機構之間重要的承載部件，主要起保證電動機氣隙均勻和有效傳遞負載的作用，針對電動機不同運行工況，合理、正確地選擇與應用軸承是電動機設計的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)電動機的不同工作特性，如本體結(jié)構、承載類型、工作轉(zhuǎn)速和軸承壽命等，電動機的軸承選擇也有所不同。選擇合適的軸承，有利于軸承充分發(fā)揮其固有特性，從設計源頭防范因軸承工作不良導致的風險，從而提高電動機運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，有效降低電動機在役期間的維護和檢修成本，保障企業(yè)長期、安全、穩(wěn)定地開展生產(chǎn)和經(jīng)營。

1概述

感應電機的瞬態(tài)過程對電網(wǎng)和電機本身的沖擊會隨著電機功率的增加而變得越發(fā)嚴重，其中電動機的短路故障是最常見的瞬態(tài)過程之一。有必要針對大型感應電動機短路故障的整個運行過程及各個物理量隨時間的變化規(guī)律進行研究和分析，確認短路故障過程中對電機和整個系統(tǒng)影響比較嚴重的電氣參數(shù)和機械參數(shù)，進而為整個系統(tǒng)的繼電保護設備選擇和調(diào)試提供可靠的理論依據(jù)，防止因短路故障產(chǎn)生的較大沖擊電流和脈動轉(zhuǎn)矩影響電動機和整個系統(tǒng)的安全性。利用有限元法研究可以避免忽略感應電動機短路時其轉(zhuǎn)子中所感應的渦流、集膚效應、氣隙磁場的高次諧波、鐵心的磁飽以及不同運行條件對電動機電磁參數(shù)的影響等因素，可以更準確地反映出電動機內(nèi)部電磁場的分布情況，能夠?qū)Χ搪窢顟B(tài)下電動機的運行特性進行更好地描述。

2配電變壓器三相不平衡的危害

配電變壓器三相不平衡不僅增加了變壓器損耗，同時給變壓器及配電線路運行也帶來的嚴重的安全隱患。三相不平衡會增加變壓器損耗。配電變壓器的功率損耗通常有兩種，一種為空載損耗，另一種為負載損耗，一般情況下，空載損耗是固定不變的。由于變壓器所帶的負載不斷變化，負載損耗也會隨之而改變，在忽略其它因素的情況下，負載損耗與此變壓器的負載電流的二次方成正比關系。配電變壓器三相不平衡運行時，三相繞組的總損耗可計算為在三相不平衡狀態(tài)下則會形成顯著的附加損耗。

配電變壓器三相不平衡還會損害用電設備。低壓配電系統(tǒng)的配電方式一般分為三相三線制和三相四線制兩種接線方式，而我國大部分地區(qū)采用的是三相四線制接線方式，當三相負載不對稱運行時，變壓器二次側(cè)的三相電流不對稱，在中性線中產(chǎn)生零序電流，零序電流所感應出的電動勢使二次側(cè)電壓不對稱，中性點發(fā)生漂移。

每一單相負載相電壓的對稱程度會隨著中性點漂移的不同程度而產(chǎn)生變化，使某一相的相電壓過低，而某一相的相電壓過高，嚴重時甚至會接近線電壓，部分負載將不能在額定電壓狀態(tài)下工作，使用電設備壽命減短甚至出現(xiàn)燒毀的現(xiàn)象。

三相不平衡還會增加線路損耗。采用三相四線制供電的電路中，在三相電壓對稱下三相電流平衡時線路的功率損耗最小。在三相電流失衡的狀態(tài)下運行時，線路中的失衡電流產(chǎn)生的附加損耗就會使線路中的功率增加。

3優(yōu)化措施分析

3.1低壓系統(tǒng)晃電造成電機跳停措施

控制源頭系統(tǒng)穩(wěn)定，減少10KV系統(tǒng)各回路故障率，提高10kV用電設備質(zhì)量、保護裝置動作靈敏性。對低壓終端變頻器重要供電回路可以增加DC-BANK及低壓終端工頻供電回路增加保護器自帶抗晃電綜保，減少設備因系統(tǒng)晃電造成跳停事故

3.2自動控制調(diào)整換相

三相不平衡自動換相器的主要構成部分是主控制器和自動切換單元。其中的主控制器是負責三相電流和零線電流的采集，將配電變壓器的不平衡度計算出來，結(jié)合變壓器出口三相電流、零線電流、節(jié)點接入相序、用戶負載狀況，制定出配電變壓器平衡控制策略，從而得出最佳的相別切換方案。自動控制調(diào)整換相裝置能夠通過自動切換單元對用戶的相別進行切換，降低三相電流失衡的危害，促進電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。當前，我國的切換開關最快的切換時間是1s，這會對用戶造成瞬時停電200～250ms，這對大于0.9功率因數(shù)的配變臺區(qū)電壓不敏感的用戶節(jié)點上并不適用。

自動調(diào)壓換相終端在采集到實時功率、電壓、電流數(shù)據(jù)信息后，會以載波方式將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)匯總終端。該裝置主要是因為加裝了一套保持系統(tǒng)，使得其區(qū)別于傳統(tǒng)自動調(diào)平，其中間繼電器及接觸器能夠帶負荷，當下達切換指令后，該裝置還能通過保持系統(tǒng)進行負荷運行，時長達2-5ms，而負荷開關正好在200ms內(nèi)完成切換，也就避免了瞬間停電的情況。

安裝在配變臺區(qū)的數(shù)據(jù)匯總終端，其任務是收集匯總變壓器所有分支采集來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主站。此外，該數(shù)據(jù)匯總終端會判斷出系統(tǒng)內(nèi)預先下達的定值切換條件，通過篩選將主站下達的符合動作條件的切換命令進行分派，這無疑是具備了數(shù)據(jù)匯總與分發(fā)命令的功能。

3.3三相不平衡補償器

在三相不平衡補償器中，主要是以曲折接線變壓器和無功分相補償器為基礎。其中的曲折接線變壓器用了特殊方式連接的變壓器，屬于一種三相繞組，其特點是高正序阻抗、低零序阻抗，這就使得零序電流避開中性線而直接流經(jīng)曲折變壓器，這里的曲折接線變壓器起到了補償中線電流的作用。而無功分相補償器的作用是平衡相間電流，經(jīng)配電變壓器的功率因素進行提高，從而使得電壓質(zhì)量得到改善。

在針對有復雜負荷特征的配變臺區(qū)的用戶，會存在較大的單相用戶負荷差異而形成三相不平衡，從而使得中性線電流比額定電流多25%，功率因數(shù)在0.9以下，此時最好應用三相不平衡補償器進行調(diào)整換相。

3.4負載率過大的影響優(yōu)化

在電機的生產(chǎn)運行中，若在將電機的負載運行范圍較大時，我們可以電機的實際運行環(huán)境對電機的負載率進行控制，在對負載率的實際控制中我們需要考慮電機的實際運行環(huán)境，環(huán)境對電機負載率的主要影響則是溫度，因此在安裝過程中我們需要對電機散熱性進行考慮，這方可保證電機在工作中的運行效率和運行質(zhì)量，若在電機運行中電機的負載率較低我們在進行調(diào)整時，需要從電機功率的選擇性的角度著手，若想對低功率的電機進行調(diào)節(jié)時，可以借助耦合器啟動器對電機在運行過程中的變頻進行適當調(diào)整。我們針對電機負載率進行檢測主要是進行電機的質(zhì)量進行檢測，若在實際工作電機的負載率與工作運行有著一定的差距，我們可以借助極對數(shù)進行負載率的調(diào)整以實現(xiàn)工作效率的需要。

結(jié)語

結(jié)合實際定寬壓力電動機的本體結(jié)構、承載類型、工作轉(zhuǎn)速和軸承壽命等，綜合考慮可靠性和經(jīng)濟性，開發(fā)設計了一種能承受聯(lián)合負荷的滾動軸承結(jié)構及油浴潤滑結(jié)構。電動機投運效果證明了定寬壓力電動機軸承及其潤滑結(jié)構設計的合理性及有效性。10kv系統(tǒng)晃電，也針對性對低壓終端用電設備增加抗晃電措施，提高了設備長、安、穩(wěn)、優(yōu)運行。

參考文獻

[1]劉萬順，黃少鋒，徐玉琴.電力系統(tǒng)故障分析[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]王春迎，王少珠，林瑞全，等.三相同步發(fā)電機的瞬態(tài)短路有限元分析[J].機電技術，2011，（01）：72-74.