企業電網晃電的原因及對策分析

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的兩個供電中心。熱電站主要供化纖、化工、油品質量升級項目新建裝置、一催化、二聯合氣分、水源等公用工程、三產及居民用電。總開閉所主要供二催化、四聯合、重整、常壓等裝置用電，兩個系統在企業內部互相獨立，共同接入供電公司220KV變電站。伴隨著某企業的不斷擴建，內部電網也日益擴大，變壓器及饋電線路數量增多，電源瞬時失壓，即“晃電”的現象越來越頻繁，其主要原因是相鄰回路故障引起的電壓波動幾率增加了。石化企業對生產的連續性要求強，因此，每一次晃電都會造成生產重大經濟損失。

“晃電”是指，因雷擊、短路或其他原因造成的電網電壓瞬時跌落(電壓凹陷)，電網電壓暫降或電壓中斷，時間在1.5秒之內，又恢復正常的現象。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%。—旦電壓有效值降低到接近于零稱為中斷，IEC定義為1%以下，美國電氣和電子工程師協會IEEE定義為10%以下。

1 晃電造成的影響

1.1 近年來晃電給企業帶來的停產事故案例

自2008年2月20日至2014年6月7日，某企業共發生8起典型“晃電”事故，其中有2起是外電網“晃電”造成，其它都是企業內部電網故障，造成供電系統“晃電”。

1.2 晃電對同一電壓等級的影響

根據發生故障時，對供電系統的影響情況，可以將供電系統分成三部分:

1.2.1 直接故障系統:故障點所在的回路及其下級系統，至第一道保護和開關，可以通過保護動作使開關跳閘切除的故障部分。

1.2.2 關聯故障系統:與直接故障系統處于同一供電網絡，或并列運行的系統，發生故障時，會受到直接影響的供電網絡部分，

1.2.3 正常運行系統:故障發生時，沒有受到故障的影響，或不會受到故障的影響。

當供電系統中某點出現短路時，它所在的回路保護啟動，開關應該跳閘，將其從電網中切除出來，保障電網的正常運行。往往是保護和開關都按要求正確動作，將故障點有效地從電網中切除了，但電網中的其它設備也受到了影響，甚至造成了其它生產裝置大面積設備停運，形成了關聯故障系統。

1.3 晃電對下一電壓等級的影響

故障支路電壓等級越高影響范圍越大，電壓等級高，不僅直接故障系統中下級所帶回路多、設備多，受直接故障系統影響的關聯故障系統下級所帶的回路、設備也更多。關聯故障系統更龐大。

2 晃電產生的原因

2.1 某企業的電網結構

某企業內部有2個互相獨立的電網:熱電站電網和開閉所電網，電源分別引自供電公司220kV變電站的110 kV系統和6 kV系統。

熱電站電網1999年建成投用，其110kV系統主結線為雙母線。裝有三臺110kV/35kV/6kV/75MVA三繞組有載調壓電力變壓器，大1#、2#、3#發電機組分別經大1#、2#、3#主變與系統并網運行，35kV系統主結線為三段式單母線分段。

熱電站下級設有9個35kV變電站。其中有1#、2#、3#、4#、5#、6#站設有35KV母線及開關柜，均單母分段運行，分別裝有兩臺35KV/6(10)KV變壓器，1#站為空壓機組增設一臺35KV/10KV變壓器。7#、8#、9#、5#站II期為升級改造增加的35KV變電站，采用線變組結構，分別裝設兩臺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 電網產生晃電的原因

分析自2008年以來某企業產生晃電的主要原因，歸結為以下幾個方面:

2.2.1 35KV設備運行可靠性低，故障率高

原熱電站35kV系統開關柜為國產金屬鎧裝柜，故障率高、開關開斷時間長、開斷容量不足。發生故障時，不能可靠分斷，將故障點從電網隔離，反而易造成次生事故和事故擴大，如08年2.20，35KV開關柜崩燒事故。1#、2#、4#站35KV開關柜為2005年更換，較1999年所上的開關柜有所改進，故障率還是相對較高，在運行過程中被及時發現，未形成事故。

2.2.2 35kV電纜系統過大，故障幾率高、影響面大

35KV電纜饋出線有20個回路，22根電纜，總長約50KM，有電纜中間頭27個，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，各種動土作業易造成外護套受傷，埋下隱患。

2.2.3 架空線路長，所處環境、路徑復雜，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等級用電設備故障率高。

3 晃電造成生產裝置波動的原因

3.1 電網“晃電”故障的持續時間長

繼電保護采集到短路故障信息到啟動保護出口動作的固有時間一般為20—30ms；斷路器接到保護分閘命令到斷路器斷開的固有分閘時間，一般為40—60ms；斷路器分斷回路的過程中，從觸頭斷開產生電弧的瞬間開始，到電弧完全熄滅為止的燃弧時間間隔，需要10—20ms，也就是說從故障發生到從電網中隔離開，至少需要70—110ms，若需啟動后備保護，時間至少還會延長200—300 ms。

3.2 敏感設備對電壓凹陷的承受能力差

電網發生波動時，對電壓較為敏感的設備將會最先動作，如:交流接觸器在電壓低壓45%時，持續20-30ms線圈會釋放，持續30-40ms交流電磁閥會釋放，持續20ms控制類設備會關閉。變頻類設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，時間超過20ms，就會造成設備停機，而故障時，綜保和斷路器分閘至少需要70—110ms，因此，只要系統發生故障，就有可能造成關聯故障系統的生產波動。電壓凹陷持續時間越長，造成的后果越嚴重，會有更多的控制類設備的無壓釋放，電動機也會受到大電流沖擊。

4 對策及分析

4.1 優化電力系統

4.1.1 優化熱電站電力系統

(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系統主接線三段單母單分段改為雙母雙分段，提高設備運行可靠性，降低故障率。增強故障情況下的開關柜的熱穩定性，動作的可靠性，和快速切除故障的能力。

(3)完善35kV無功補償裝置，降低線路損耗，提高系統電壓，提高短時故障時的穩壓能力，減弱電壓凹陷深度。

(4)熱電站110kV聯絡線、35kV到1#、2#、4#站的饋出線路改為光纖縱差保護。即保護了電力線路全長，和35KV變壓器，又增強故障判斷的靈敏性和準確性，提高了動作的快速性，達到快速切除故障點，縮短晃電時間。

(5)取消下級35KV站的開關柜，采用線路變壓器組加隔離開關結構。簡化系統，減少故障點和故障發生幾率。

4.1.2 優化6KV用電系統

(1)對廠外水源地6KV架空線路改造，一方面再將一部分裸導線改為絕緣線，砍伐沿線區域樹木，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增設隔離變壓器，使其與廠內電網隔離開，避免頻繁的故障影響廠內6kV系統運行，和造成廠內6KV設備和線路累積損壞。同時，改進架空線路故障保護。

(3)壓縮短路后備保護級差時間，由0.3S的級差時間，調整到0.2S，由保護動作延時時間改為保護動作加斷路器跳開總時間。整體縮短故障切除時間，尤其是故障支路電壓等級越高，動作延遲時間縮短越多，切除故障更快速。

眾所周知，學生作為學校的主體，學生的健康成長是應一個學校最為關注的，更何況這時的學生正處于人生觀，價值觀定型的關鍵時期，學校應該通過多方面了解學生對學生進行整體評價。通過大數據學校方面可以很好地了解學生的心理狀況，生活情況。如果發現學生有心理方面的問題可以及時做出相應的措施，給予正確的指引，防止意外的發生。

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

4.2 提高抗晃電能力

4.2.1 改變熱電站運行方式

熱電站的運行方式由并列運行調整為分列運行，故障發生時，縮小關聯故障系統，以減小故障影響面積。

4.2.2 完善備自投功能，增上無擾動切換裝置，與備自投相結合

無擾動切換相當于不間斷供電電源切換，實時跟蹤、判斷、捕捉負荷的母線殘壓(在較高時)與備用電源電壓的最佳合閘時機點，動作切換時間理論數據在100ms以內，一般100-200ms將故障供電線路切換至正常線路。當殘壓電壓大于45%時另一路電源投入，接觸器沒有釋放，且電機運轉速度還較高，實現備用電源快速無擾動投入，對另一路電源的沖擊也會很小，對生產裝置的影響也會很小。當無擾動裝置不能設定時間內切換時，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 備自投系統與可靠的分批自起動結合

低壓系統中，對電壓敏感的設備居多，應該有瞬時失電備用電源自投和自起動設備相配合。當電壓暫降時長達到備自投條件時，備自投裝置啟動，備用電源接入后，同時有可靠的自起動設備能夠分期分批將停機設備再次啟動起來，將會有效減少停機時間，最終使裝置生產不受影響。

由于大部分晃電持續時間在幾十到幾百毫秒，達不到備自投啟動條件，但敏感設備已釋放，自起動設備必須在低于接觸器釋放時間內，也即在60mS以內，捕捉到電壓的凹陷。失壓時間稍長，再次起動可能會對電源帶來較大的沖擊，只限在重要負荷電動機的控制中采用。為了能使更多的電機能夠自動再起動，常根據系統容量對電機分批次啟動，一般在母線電壓恢復3S內完成全部起動。用于主要裝置，需自起動電機數量多的變電所。

4.2.4 低電壓保護增加延時

高壓設備的防晃電能力大多取決于低電壓保護的延時時間，一般按0.5S整定，個別重要負荷，整定時間會設置在0.9S或更長，進口機組，如PTA的BC101的低電壓延時只有0.1S，在起初的晃電中，會率先停機，低電壓延時調整后，和其它高壓電機一樣，晃電時，沒有出現低電壓停機。

4.2.5 延緩控制類設備釋放

將控制器的電源改為不間斷供電電源，避免控制器瞬時失電的停機發生。空壓幾臺進口機組，現場控制器的電源取自低壓回路，晃電時間超20ms，控制器就有會因失電而出口繼電器動作，發出停機命令。將其控制電源改為由UPS電源供電。在新增的進口機組中，應注意其控制器的供電電源，要直接改由不間斷的電源系統供電。

4.2.6 改進機組潤滑系統

采用電源取自不同段的兩臺輔助潤滑油泵，或者采用油壓緩沖系統，避免晃電時，電機轉速下降，主油泵油壓供應不足，輔泵不能正常起動，而低油壓聯鎖停機。

4.2.7 改進電纜敷設方式

擇機對35KV電纜采用專用槽盒或電纜溝敷設，或增設電纜中間頭井，降低中間頭進水或愛潮損壞幾率，且便于檢查與發現隱患。降低電纜線路故障。

5 結語

減少晃電給企業帶來損失，是一個長期的工作，一方面要從電力系統著手，避免高電壓等級的不穩定因素，避免和減少造成電網波動幾率、縮短波動的時限，另一方面從下級用電增強搞晃電的能力，和減少區域內的高壓設備故障對電網的影響。經過近幾年的不斷改進，已取得了一定的成效，還有一些改進需在2015年停工檢修時才能進行。

[1]于永源楊綺雯，電力系統分析，北京，中國電力出版社.

[2]李玉海劉昕李鵬，電力系統主設備繼電保護試驗，北京，中國電力出版社.