配電網及用戶側低壓脫扣保護裝置對電網的影響分析及建議

高翔

摘 要：目前低壓配電網及用戶側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裝置能夠在供電電壓發生電壓暫降或中斷時，避免用戶設備損壞。但是當鄰近的高壓輸電網發生接地或相間短路故障時，電網配置的速動保護裝置盡管正確動作，在最快的時間內將故障隔離，大量的低壓脫扣裝置可能無延時或瞬時動作，從而導致大范圍的負荷瞬間損失，并可能導致系統頻率波動甚至引發更大范圍的電網事故。介紹了廣東電網近年來因低壓脫扣導致負荷損失的2起典型事故，通過EMS事故追憶、PMU等工具對事故進行了分析，討論了低壓脫扣裝置對電網的影響，最后對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。

關鍵詞：低壓脫扣 電壓暫降 負荷損失

隨著電力工業的發展和對電能依賴性的提高，用戶對電能質量及電能可靠性的要求已經不能簡單以供電中斷的次數和時間長短來評價，不僅供電的中斷會對生產造成影響，供電電壓的波動、降落也會對一些生產過程和用電設備產生影響。為保護用戶自身設備，在低壓配電網及用戶側低壓斷路器中，用戶大多安裝了低壓、失壓脫扣保護裝置。

在低壓配電網局部發生故障或者電壓波動時，因低壓或失壓導致脫扣保護裝置動作的范圍往往限于局部，對電網的沖擊影響相對很小。但是目前的低壓脫扣裝置缺乏管理及標準，其動作整定值往往偏低，基本沒有延時。隨著近年來廣東省經濟和電網的迅速發展，廣東電網尤其是珠三角地區電網呈現負荷重、密度大、供電半徑小等特點。

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會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、持續時間為0.5周波（以我國工頻50 Hz算，1周波是20 ms）至1 min的短時間電壓變動現象。電壓暫降的幅值、持續時間和相位跳變是標稱電壓暫降的最重要的三個特征量。

為避免電壓暫降或中斷對設備可能造成的影響甚至損害，在低壓配電網及用戶側饋出線斷路器中，往往配置了低壓或失壓脫扣保護裝置，在工作電壓低于額定電壓一定程度時，促使線圈脫扣，切斷負荷，以保護設備。其工作原理為：當電壓正常（85%～110%額定電壓）時，欠壓脫扣器的銜鐵被其鐵芯吸住，斷路器處于運行（閉合）狀態；當電壓降低到70%額定電壓以下時，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穗橫甲線發生A、C相間故障（穗東站主一、主二縱聯保護正確動作，測距29.7 km；橫瀝站：主一、主二縱聯保護正確動作，測距16.4 km，跳三相）。故障期間電壓瞬間降低，導致相鄰的橫瀝、東莞、增城片區損失部分負荷。

首先，根據PMU波形及故障錄波，受500 kV穗橫甲線兩側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相電壓均出現大幅跌落。其中橫瀝站母線電壓跌落最嚴重，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，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220 kV變電站母線電壓降低，最終導致了用戶終端電壓的瞬間下降，三站所供220 kV片網負荷損失總共170 MW左右。

3 事故分析

通過事后統計分析可知，前述故障的保護裝置正確動作，但是仍導致大量負荷損失，其主要原因正是系統電壓在事故過程中瞬間降低，用戶側設備低電壓、失壓保護或脫扣裝置動作跳閘所致。同時，用戶側安裝的低壓保護或脫扣裝置大多沒有安裝延時回路或者延時回路時間整定為0 s，導致故障時用戶側低壓保護或脫扣裝置在故障期間瞬時動作。從事后的初步調查結果來看，目前，絕大部分用戶的380 V進線斷路器都求安裝了低壓脫扣或類似的失壓保護裝置，基本已經成為了一種常規的、典型的配置[3]。但是對于低壓保護動作定值卻缺乏管理，沒有根據用戶的類型及要求進行整定，大部分的低壓動作定值過低。有些用戶和供貨廠家出于成本上的考慮，沒有安裝延時回路，而配置了延時回路的延時時間整定一般也是出廠時的廠家默認值（一般的廠家默認值會整定為0 s）。

從保護某些重要尖端的用戶設備來說，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，而且無延時或延時時間極短，動作電壓也較低，當電網發生故障保護快速正確切除的擾動時，可能會導致周邊低壓脫扣裝置大規模、無序地動作，不僅造成用戶供電中斷，反過來也將給電網帶來極大沖擊，甚至可能引發連鎖事故并最終導致系統崩潰。

4 結論及建議

盡管近年來繼電保護裝置動作時間越來越快，但是當電網發生接地短路或相間短路故障時，保護的動作仍不可避免存在延時。從故障發生時刻到保護切除時刻，鄰近的電網供電電壓會出現短時的電壓暫降，雖然電網內的低壓減載安全自動裝置不會動作，但是用戶出于保護自身設備及電壓質量目的而安裝的低壓保護脫扣裝置在電網發生故障、電壓瞬間降低時卻可能動作，尤其是負荷密集的重負荷地區，可能造成大量負荷損失，并進一步加劇電網的頻率波動、事故擴大。

參考文獻

[1]國家標準.GB14048.1-2006低壓開關設備和控制設備[S].2006.

[2]楊雄平，羅向東，李揚絮.一起復雜相間接地短路故障引起的負荷損失事故分析[J].廣東電力，2009，22（2）：63-67.

[3]武曉朦，劉健，畢鵬翔.配電網電壓穩定性研究[J].電網技術，2006，30（24）：31-35.

[4]陳為化，江全元，曹一家.基于神經網絡集成的電力系統低電壓風險評估[J].電網技術，2006，30（17）：14-18.