東莞電網(wǎng)低壓脫扣器配置策略分析

李海濤 謝偉倫 李世亨 劉 平 歐陽森

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523120；2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東 廣州 510640）

0 引言

電壓暫降目前己成為很多發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的居第一位的電能質(zhì)量問題，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其重要性將迅速提升，并可能上升為居第一位的電能質(zhì)量問題。隨著電網(wǎng)中的電壓暫降日漸增多，電網(wǎng)公司、電力用戶都開始日漸重視。目前，供電部門在配網(wǎng)中廣泛采用具有欠壓（失壓）脫扣功能的低壓斷路器來保證供電可靠性指標(biāo)。低壓斷路器中配置的低壓脫扣器（以下簡(jiǎn)稱低壓脫扣器）對(duì)電壓暫降十分敏感，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，低壓脫扣器可在10ms 左右動(dòng)作。

2012年5月5日，東莞電網(wǎng)220kV 東黎甲線發(fā)生A、B 相間短路接地故障，60ms 后故障切除；故障期間，橫瀝片區(qū)110kV 元浦雙線也相繼發(fā)生了相間故障，重合閘動(dòng)作成功，恢復(fù)雙線運(yùn)行。EMS 系統(tǒng)顯示，此次相間短路事故前東莞電網(wǎng)負(fù)荷為8276MW，而由相間短路故障引起的大范圍電壓暫降導(dǎo)致了東莞電網(wǎng)約747MW 的負(fù)荷發(fā)生了低壓脫扣器跳閘事件。此次主網(wǎng)事故對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行影響非常大，由于節(jié)點(diǎn)電壓大幅跌落，低壓脫扣器動(dòng)作跳閘導(dǎo)致了大量負(fù)荷損失，負(fù)荷損失達(dá)到了東莞電網(wǎng)總負(fù)荷的9.03%。

本論文采取現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、多方收資與研究分析相結(jié)合的方法，具體工作是按照用電客戶受電端開關(guān)設(shè)備與控制負(fù)荷的相關(guān)功能和配置要求，從低壓開關(guān)設(shè)計(jì)與制造、受電工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用選型配置、用電客戶運(yùn)行維護(hù)等環(huán)節(jié)，調(diào)查收集相應(yīng)的技術(shù)資料和實(shí)際應(yīng)用信息，在此基礎(chǔ)上整理分析對(duì)電壓敏感元件的應(yīng)用功能需求，并根據(jù)設(shè)計(jì)制造依據(jù)和行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀、工程設(shè)計(jì)配置技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)應(yīng)用情況、用戶運(yùn)行管理實(shí)情分析總結(jié)電壓暫降對(duì)低壓脫扣器的影響，研究應(yīng)對(duì)措施。

1 用戶調(diào)研

由于客觀原因及工作時(shí)間有限，調(diào)研區(qū)域無法百分百覆蓋所有的用戶，用戶調(diào)研收資區(qū)域的選擇遵循以下兩個(gè)原則：

（1）屬負(fù)荷中心區(qū)，用戶量大、行業(yè)類型多，有代表性；

（2）受電壓暫降事件影響較大，特別是近期受影響較顯著；

按上述原則，選擇東莞地區(qū)110kV 塘廈站、110kV 鳳崗站地區(qū)用戶作為調(diào)研對(duì)象進(jìn)行分析。

圖1 東莞塘廈站用戶側(cè)低壓脫扣器調(diào)研情況

對(duì)塘廈站用戶資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后得知：塘廈站共有用戶377 戶，普查數(shù)量357 戶，普查覆蓋率達(dá)到95%；塘廈站的負(fù)荷低壓脫扣器的動(dòng)作延時(shí)主要是0～300ms，其他為500ms 以上，沒有用戶的低壓脫扣器延時(shí)整定在300ms～500ms 之間。圖1 給出了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)情況，圖中比例按負(fù)荷比例計(jì)算。

圖2 東莞鳳崗站用戶側(cè)低壓脫扣器調(diào)研情況

統(tǒng)計(jì)鳳崗站用戶材料后得知：鳳崗站有用戶413 戶，普查數(shù)量為412 戶，普查覆蓋率達(dá)到99.8%，鳳崗站負(fù)荷以工業(yè)為主，低壓脫扣器延時(shí)配置方面，500ms 以上或已退出的比例最大，約有29.9%的負(fù)荷退出了低壓脫扣器。圖2 給出了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)情況，圖中比例按負(fù)荷比例計(jì)算。

2 開關(guān)廠家調(diào)研

根據(jù)對(duì)東莞地區(qū)主要開關(guān)廠家調(diào)研，得到東莞地區(qū)常用低壓開關(guān)以及相應(yīng)的低壓脫扣器的配置情況，見表1 所示。

表1 目前東莞地區(qū)常用低壓開關(guān)及相應(yīng)的低壓脫扣器配置情況

從上表可看出，目前常用框架式開關(guān)的低壓脫扣器的交流額定電壓一般為380V、220V，一般都可帶延時(shí)模塊，通常延時(shí)范圍通常為0.5～5s。

3 低壓脫扣器配置方式分析

3.1 配置瞬時(shí)型低壓脫扣器

據(jù)調(diào)研，目前應(yīng)用中的低壓開關(guān)中配有的低壓脫扣器，相當(dāng)一部分采用的是瞬時(shí)型，即不帶延時(shí)模塊的。然而，配置瞬時(shí)型低壓脫扣器存在的問題有：

（1）電網(wǎng)瞬時(shí)波動(dòng)、閃變或正常操作可能會(huì)引起低壓脫扣器動(dòng)作，造成用戶或者用電設(shè)備突然斷電，影響用戶的生產(chǎn)；

（2）電壓暫降時(shí)，非故障系統(tǒng)的低壓脫扣器動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致?lián)p失大量負(fù)荷，從而使非故障電路的斷路器動(dòng)作跳閘，負(fù)荷大量損失，從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率上升，可能發(fā)生高周切機(jī)，甚至高周解列；

（3）線路故障跳閘、限電、檢修等情況下，0.4kV 低壓斷路器也會(huì)因低壓脫扣器動(dòng)作而跳閘，必須由人工對(duì)低壓斷路器進(jìn)行合閘操作后電路才能復(fù)電，工作量大，降低了供電的連續(xù)性。

3.2 配置延時(shí)型低壓脫扣器

低壓脫扣器配置延時(shí)模塊的作用是通過加裝延時(shí)元器件使低壓脫扣器在電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降事件時(shí)經(jīng)過適當(dāng)延時(shí)后動(dòng)作，合理避開部分暫態(tài)事件影響，減少用戶平均停電時(shí)間，提高用戶供電可靠性。

低壓脫扣器配置延時(shí)模塊的國(guó)標(biāo)依據(jù)為GB/T 16895.10-2010（《低壓電氣裝置》），其明確規(guī)定：“如果被保護(hù)用電器具的運(yùn)行方式允許短暫斷電或失壓而無危險(xiǎn)，欠電壓保護(hù)器可延時(shí)動(dòng)作”。實(shí)際中，配置延時(shí)模塊需要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）電網(wǎng)各電壓等級(jí)故障的持續(xù)時(shí)間

500kV 等級(jí)系統(tǒng)一旦發(fā)生短路故障，系統(tǒng)短路故障持續(xù)時(shí)間不超過100ms，通常＜80ms；220kV 等級(jí)的系統(tǒng)短路故障，系統(tǒng)短路故障持續(xù)時(shí)間不超過120ms，通常＜80ms；10kV 系統(tǒng)的短路故障一般只會(huì)影響到同一變電站的10kV 系統(tǒng)，影響范圍是局部的，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)有很大的沖擊，短路故障持續(xù)時(shí)間一般不超過500ms。

（2）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)事件統(tǒng)計(jì)

廣東電網(wǎng)公司的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)主站目前有212個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，圖3 是2012年1月至2012年9月期間有電壓暫降事件時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)殘壓低于70%（選擇殘壓低于70%的原因是國(guó)標(biāo)GB14048.1-2006 中對(duì)低壓脫扣器動(dòng)作范圍的規(guī)定）的電壓事件柱狀圖，電壓事件統(tǒng)計(jì)情況見表2。

圖3 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)殘壓低于70%的電壓事件柱狀圖

表2 廣東電網(wǎng)2012年1～9月殘壓低于70%的電壓事件統(tǒng)計(jì)

從表2 中可以看出，廣東電網(wǎng)2012年1月至9月期間，在220kV及以上電網(wǎng)的212個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共監(jiān)測(cè)到殘壓低于70%的電壓暫降事件共930個(gè)，其中82.8%的事件持續(xù)時(shí)間＜500ms。因此，低壓脫扣器設(shè)置500ms 的延時(shí)后，理論上可使低壓開關(guān)避開82.8%的電壓暫降事件，而不發(fā)生跳閘。

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 電力用戶

考慮到用電客戶受電設(shè)備的數(shù)量與多樣性，電網(wǎng)電壓暫降或者電壓暫降后的恢復(fù)過程中出現(xiàn)危害人身和財(cái)產(chǎn)安全的風(fēng)險(xiǎn)極高，在受電工程設(shè)計(jì)選型和運(yùn)行使用中，應(yīng)認(rèn)真分析應(yīng)用需求，不宜隨意棄用或拆除低壓脫扣器；可能的話，應(yīng)選擇加裝延時(shí)模塊。原則如下：

（1）對(duì)于居民住宅小區(qū)、辦公機(jī)構(gòu)、商場(chǎng)及其他場(chǎng)合（包括醫(yī)院、酒店、學(xué)校等）等，在電壓下降及隨后電壓恢復(fù)過程中對(duì)人員和設(shè)備安全造成危險(xiǎn)的情況，應(yīng)當(dāng)安裝低壓脫扣器；如果該風(fēng)險(xiǎn)可以接受，則不要求安裝低壓脫扣器。如安裝低壓脫扣器，建議配置延時(shí)模塊，且延時(shí)設(shè)置不小于1s。

（2）對(duì)工業(yè)用戶，應(yīng)安裝低壓脫扣器并配置延時(shí)模塊，尤其是對(duì)有精密儀器、精密電子器械、機(jī)械機(jī)電、磨具、五金制品等對(duì)電能質(zhì)量要求較高的用電負(fù)荷，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備要求配置低壓脫扣器和延時(shí)模塊，建議延時(shí)設(shè)置為0.5s 及以上。

（3）退出低壓脫扣器等同于加無窮大延期。這一措施應(yīng)謹(jǐn)慎使用，且應(yīng)在確保設(shè)備及人身安全的前提下，知會(huì)用戶，簽訂同意書，并在開關(guān)醒目位置粘貼安全警示標(biāo)志，提醒自復(fù)電危險(xiǎn)等內(nèi)容字樣。

4.2 供電部門

（1）建議供電管理部門牽頭，相關(guān)技術(shù)部門協(xié)調(diào)配合，研究完善對(duì)用戶設(shè)備入網(wǎng)的技術(shù)管理規(guī)定，根據(jù)用戶的不同負(fù)荷性質(zhì)分類，有針對(duì)性地配置安裝合適低壓脫扣器。

（2）用戶入網(wǎng)時(shí)供電局應(yīng)向用戶說明電網(wǎng)能提供的電能質(zhì)量信息，如果用戶對(duì)電能質(zhì)量有更高的要求，用戶可自行配備各種補(bǔ)償裝置，以提高用戶處的電能質(zhì)量。

（3）增強(qiáng)優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供用電設(shè)備可靠性和運(yùn)行操作質(zhì)量，降低電網(wǎng)故障幾率、縮短故障切除時(shí)間。

4.3 設(shè)計(jì)部門

設(shè)計(jì)部門應(yīng)重視并細(xì)化用戶受電工程設(shè)計(jì)工作。在用戶受電工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該全面準(zhǔn)確了解用電設(shè)備性能，分析用電系統(tǒng)及設(shè)備對(duì)電壓暫降敏感情況，作為設(shè)計(jì)低電壓保護(hù)功能的依據(jù)。認(rèn)真貫徹執(zhí)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)定，按實(shí)際需求做好受電開關(guān)保護(hù)設(shè)計(jì)配置工作。

4.4 開關(guān)制造商

由調(diào)研情況可知，低壓脫扣器的尺寸和使斷路器脫扣的脫扣力都沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，廠家生產(chǎn)的脫扣機(jī)構(gòu)的脫扣力不一樣，脫扣裝置和斷路器之間不能任意配合，必須由斷路器廠根據(jù)本廠生產(chǎn)的斷路器性能選擇合適的脫扣裝置，建議改進(jìn)低壓脫扣器和延時(shí)模塊的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，提高其兼容性。

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