供電系統中晃電現象的危害及其防治措施探討

于 臻

（中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600）

0 引 言

隨著社會經濟的快速發展，供電系統的安全性和平穩性得到了人們的廣泛關注。這就使晃電現象的防治成為了一項重要工作。因此，必須明確晃電現象產生的原因及其給供電系統帶來的危害，并制定科學、合理的抗晃電方案，促進設備抗晃電能力的提升，從而為供電系統穩定發展奠定良好基礎。

1 供電系統中晃電現象產生原因與危害

1.1 產生原因

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象[1]。晃電現象發生的主要原因具體如下。由于電網是由各級變電站構成的，尤其是6（10） kV回路，用戶分布面廣且多，供電線路形式多樣，經常會出現過流故障或者是短路。從故障發生到切除會經歷20～700 ms，此過程中其他正常回路的電壓會出現暫時下降情況，并導致晃電現象的出現。同時，各種內部與外部因素的影響，如設備短路、雷擊以及發電機組投切等，也會導致晃電現象的出現。雷電多發季節，尤其是夏季時，發生晃電問題更為頻繁。

供電系統發生晃電現象的主要原因是雷擊、短路故障以及線路污閃。其中，線路污閃與雷擊導致的對地放電或者是絕緣子閃絡，會使供電電壓出現暫時的下降情況，進而帶來較大范圍的影響，通常持續時間在100 ms以上。短路故障則會使遠端的供電電壓出現嚴重跌落，從而給敏感性較強設備的運行情況帶來不良影響，并導致較為嚴重的經濟損失或者是事故。需注意，短路故障從發生到切除需要的時間會因短路點位置不同而存在差異。

1.2 危 害

對于供電系統設備，晃電現象帶來的危害主要體現在以下兩方面。

第一，控制器。低壓電動機控制系統中，交流接觸器得到了廣泛運用，有利于設備啟停控制的實現。該設備具體工作過程中，如果出現晃電現象，那么就會使操作線圈電壓過低或者是暫時斷電，從而使接觸器因線圈鐵芯電磁吸力不超過彈簧釋放彈力而被釋放。通過分析可知，對于大部分交流繼電器，若線圈電壓小于額定電壓70%，那么一個周期后，接觸器就會釋放；若電壓小于額定電壓50%或者是更多，則接觸器釋放速度會加快。

第二，電動機。發生晃電情況時，因系統電壓下降，企業的動力用電動機會出現過電流，并在一段時間中導致電動機的熱保護動作跳閘。同時，如果選擇的熱保護動作的元件靈敏度較弱、低電壓時間持續時間較長，那么就會給供電回路接觸不良點、絕緣薄弱點等帶來較大影響。在此階段，接線端子與質量較差的電機極易發生故障，并導致接線處被燒壞。

2 供電系統中晃電現象的改造原則與防治措施

2.1 改造原則

對于供電系統，進行晃電現象改造時，必須遵循以下3方面原則。首先，應該嚴格遵循國家與行業相關標準規范，保證與國家技術經濟政策相符[2]。例如，DL/T584-2007《規程》中明確指出，應該將低壓與低頻解列裝置安裝到地區電源側，通常低頻率固定值應該在48～49 Hz，動作時間處于0.2～0.5 s范圍。為使低電壓定值具備充足靈敏系數整定，應該將其整定成額定運行電壓的0.6～0.8倍。其次，改造行為應為人身與設備安全提供保障，并保證供電的經濟合理性、技術先進性以及安全可靠性。最后，改造行為不能給國家電網平穩運行帶來不良影響。

2.2 防治措施

2.2.1 變頻器防治措施

當前，變頻器產品普遍具備過流保護、失壓保護以及過壓保護功能，并且外部電源電壓最大值不能超過額定電壓10%。通常，我國電源線電壓是380 V，最高的則是420 V，而國外變頻器的最大工作電壓則能夠達到460 V，可以為使用用戶提供便利。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，控制電路不會繼續將信號傳輸給驅動電路，會導致晶體管與驅動電路停止工作，電動機處于自動制動狀態。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，變頻器的驅動電機會持續工作一段時間。這段時間主要存在兩種定義，（1）具體時間，如15 ms；（2）主電路直流電壓降低到原本85%時需要的具體時間。如果停電時間、電源失壓時間不超過驅動電機持續工作時間，那么變壓器就可以穩定運行；如果停電時間、電源失壓時間遠大于驅動電機持續工作時間，那么為了自我保護，變頻器會主動停止運行。通常，這段時間都處在1～25 ms范圍，若電源晃電情況強烈，驅動電機持續工作時間處于幾秒鐘之上，那么變頻器就會跳閘，并導致電動機停止運行。因此，為保證電動機正常運行，必須做好變頻器控制工作。

為提高變頻器運行時的抗晃電能力，可采用DCBANK系統，以并聯方式將變頻器直流母線與DCBANK系統連接起來。其中，變頻器的控制電源來自相應的直流母線，如圖1所示。當供電系統出現晃電現象時，變頻器的輸入電壓會降低，但DC-BANK系統在短時間內保持不變，從而保證了所驅動設備的正常運行。

圖1 DC-BANK系統原理圖

2.2.2 關鍵機組防治措施

包含增壓機、壓縮機以及主風機在內的機組系統的各種輔助機械，如冷卻水泵、油煙風機以及潤滑油泵等，都應該具備雙電源與自動切換裝置，且應該保證主電源和后備電源的獨立性，從而為配置合理提供保障。必要時，潤滑油站應該配備獨立直流油泵，并合理設置高位油箱。若油壓聯鎖不允許存在延時，則應該對其進行更為可靠地配置，選擇不間斷電源+變頻器這一方式來供電。

2.2.3 電動機再啟動防治措施

晃電對低壓電動機的影響相對明顯，因此可利用微機電動機保護裝置的再啟動功能進行有效、合理地設置。當供電系統晃電導致運行的電動機停機時，電壓恢復后保護裝置及時發出再啟動信號，使原來運行的電動機安全再啟動，保證生產的連續性。此外，為避免再啟動電動機的容量及數量對電網造成沖擊，可采用分批再啟動的方式。分批再啟動控制系統通過集中采集、分散控制實現，對供電系統的電壓進行準確可靠地監測，判定為晃電時，依據不同批次電動機的設置情況，分別發出啟動信號，通過每個電動機回路獨立的控制模塊實現分批啟動，避免了大批量電動機同時啟動對電網造成較大沖擊而發生整體再啟動失敗，確保了裝置的連續生產。

2.2.4 供電系統防治措施

為有效預防晃電現象，在綜合考慮變壓器保護定值實際配置情況與配電室負荷統計的基礎上，必須加強供電可靠性與系統性。首先，保證總變壓器、各級分變壓器保護與梯級保護配置的合理性，并對內部故障切除選擇性與快速性進行充分考慮。當電網電壓不超過70%時，兩臺降壓變壓器機組會主動啟動低電壓閉鎖裝置，從而達到過流保護目的。此時，變壓器不跳閘主要是通過微機保護裝置的設置時限來保證的，但若電網電壓出現波動，并且低電壓的時間超過2 s，那么就極易導致主變壓器發生跳閘問題，因此必須使10 kV設備的低電壓保護時間在1 s以下。其次，對各個分變壓器負荷率進行優化。應該使變壓器負荷率處于40%～60%，將各段不平衡率降到最低。同時，電壓恢復過程中，應該保證變壓器余量與電動器再啟動需求相符。最后，將抗晃電方案投入實施一段時間后，還應該做好檢驗與完善工作，并結合實際情況，改進不足之處[3]。

3 結 論

做好供電系統中晃電現象的防治工作具有重要意義。因此，必須了解線路污閃、短路故障以及雷擊等導致晃電現象產生的原因，明確其給控制器、電動機以及變頻器等帶來的危害，并從變頻器、電動機再啟動以及供電系統三方面做好晃電防治工作，從而為供電系統平穩運行提供有力保障。