电力系统抗“晃电”技术研讨

电力系统抗“晃电”技术研讨

孙兴喜

金陵石化公司，江苏省南京市，210000；

摘要：由于现代企业逐步实现规模化发展，对电力系统的供电可靠性、平稳性要求越来越高，即使晃电持续时间较短，也会造成十分严重的影响，如设备停运、电机跳闸，给安全生产带来极大的威胁。抗“晃电”一直是困扰电力系统安全运行的工作难点，本文通过对几种抗晃电技术方案进行分析评价及比较，选择最优方案在以后重点推广。

关键字：电压波动  晃电  跳闸

一、“晃电”的定义及现象

1．“晃电”是指电力系统在运行过程中，因雷击、短路或其他原因造成的电网短时电压波动后又恢复正常电压的现象[1]。

2．“晃电”会造成电压波动，而通常电压降低是我们关注的重点，“晃电”时间极短(100~300ms)，幅值大多在50~70V之间。在雷雨天气，“晃电”现象时常发生。

二、“晃电”的危害

1．发生“晃电”，当造成电压降低时，电动机在保证输出功率相同的情况下，电流将会增大，容易造成绕组过热，接触器触头发热等，引发设备故障或“暗伤”。

2．当系统发生“晃电”时，电压降低，电机的电磁力矩减少导致转速降低，其所带负荷出力减少，会造成工艺连锁停车。

3．一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能[2]，当使用变频器来调节控制电动机时，电源的剧烈波动可能会使变频器调速的电动机停止运行。

4．更主要的是，由于现场大量使用常规接触器，而常规接触器固有电磁特性，当电网出现“晃电”，电压波动较大时，操作线圈两端电压短时消失或过低，使线圈对铁芯的吸力小于释放弹簧的作用力，进而释放接触器[3]。

三、抗“晃电”技术

1. 外系统故障抗晃电技术

快速切换装置

1）基本原理：

早期的快切装置是应用于发电厂厂用电系统。为了便于分析，以单台电动机和单个电源系统为案例，充分简化电动机和备用电源系统的等效电路，将励磁阻抗、绕组电阻等参数忽略，电动机用等效电势VM和等效电抗XM来表示，备用电源系统用等效电势VS和等效电抗XS表示[4]，如图-1所示。将系统失电后的母线残压相量变化轨迹图以极坐标的形式绘出，如图-2。

图-1                                                                图-2

假设工作电源与备用电源同相，当母线失电后，根据残压曲线图-2所示，母线残压将由A向B移动。若此时在A-B段内备用电源开关能够合上，如果备用电源开关能够在A-B段内合上，母线残压衰减不大，电机转速降低较少，启动电流也不大，这即是“快速切换”[5]。

影响快速合闸成功率的因素：

① 初始相角(潮流、故障引起)

② 起动方式(快速起动)

③ 开关固有合闸时间

④ 负荷情况(相位变化速度)

2）技术先进性

快切装置可以在失去工作电源的母线段电压、频率幅值下降不多的前提下尽快实现备用电源切换，一是减少因再起动电流对电网的冲击；二是减少因残压与备用电源电压向量差造成对电气设备的冲击；三是尽快恢复设备运行状态。

3）装置故障对系统的影响

快切装置一般装设在企业电力系统主变电站电源侧，快切装置一旦发生故障，或造成拒动或造成误切等较为严重的事故，因此对快切装置自身的可靠性有非常高的要求，建议按照设备的寿命周期在电子设备达到之前进行强制更换，不要超期运行。

2. 系统内故障抗晃电技术

2.1 抗晃电接触器

①基本原理（含典型接线图）：

当接触器的线圈通电吸合后将自动以机械锁合使其触头接通工作，当电源出现欠压时接触器线圈的释放不会导致主触头断开，该接触器包括接触器、机械锁扣部分及跳闸线圈部分。锁扣接触器控制接线较为复杂，如图所示，当电机启动按钮SB1按下后，9、15间的接触器辅助常闭接点KM使时间继电器KT率先动作，跳闸回路中的KT延时闭合点瞬时打开，将跳闸回路开路，接触器吸合线圈得电，主触头吸合，机械锁扣部分锁死，完成一次接触器合闸过程。此时9、15间的接触器辅助常闭接点KM断开使接触器吸合线圈断电，1、15间的接触器辅助常开接点KM使时间继电器KT保持吸合，如果电源停电，KT失电，跳闸回路中的KT延时闭合点将延时闭合接通脱扣线圈使接触器跳闸。其中跳闸回路Lu-Nu必须由一套UPS提供不间断、稳定的220V交流电源，确保跳闸线圈动作正常。

图

②优缺点分析：

优点：正常运行时，接触器线圈不带电，仅靠机械锁扣装置来保持触头的接通状态。故具有以下优点：

1）线圈不带电没有铁损和铜损，节能效果显著；

2）延长线圈运行使用寿命；

3）电压波动对其没有影响，不会因为电压降低而造成跳闸和线圈烧坏现象，运行的可靠性显著提高；

4）没有电磁噪声，改善了工作环境。

缺点：必须由一套UPS提供跳闸电源，如UPS故障将使所有接触器无法跳闸。接线方式复杂，更换现有常规接触器需增加UPS，操作柱如为一开一闭开关要改为二开开关需更换操作柱。

2. 2 AVC装置

1）基本原理：

ABB的AVC（动态电压调节器）是一种“主动式”系统，串联在供电电源和保护负载之间，起持续监测输入侧电源电压的作用，当供电电压偏离额定电压水平时，动态电压调节器会通过IGBT逆变器和注入变压器，以正确的相位角迅速注入一个适当的补偿电压，从而实现电压调节。原理图如下：

2）优缺点分析：

优点：①安全性高，设备自身发生故障时，对负载影响不大，不会引起负载掉电；

②电能损耗低，无储能元件，不需要维护；

③电压暂降补偿时间长，具有强大的过载和动态响应能力；

④可持续在线调节电压，具有电压暂升保护功能。

缺点：价格昂贵，成本高。无法解决停电问题，三相电压同时跌落50%以下时，无法补偿到80%以上。

2.3 UPS 装置

1）基本原理：

为避免因晃电造成供电电源不可靠、主触头分开的情况，在低压配电柜里建立独立的配电系统，通过配电系统对需要二次电源的元件提供优质可靠并且不间断的电源。保证当系统发生短时晃电时，接触器线圈正常工作，保持主触头的吸合，避免因晃电造成的事故扩大，如停机、甩负荷等。

2）优缺点分析：

优点：①结构简单，配线不复杂，适合配备于多数量回路有抗晃电要求的配电柜，可以解决因晃电造成工艺连锁误动的情况；②应用范围广，不仅可以应用在电机控制回路上，对于变频器等设备的控制回路也可以应用[6]。③可利用并联冗余技术，对相同的负载使用多个UPS供电，保证系统的高可靠性。

缺点：UPS成本较高、维护工作量大。

四、总结

由于晃电原因的复杂性和多样性，完全杜绝晃电无法实现。要尽可能降低晃电的发生及其影响程度，主要可从以下几方面开展工作：

加强主接线系统的可靠性。架空外线路数量减少、铁塔增高，遭受雷击概率大大降低，系统环网运行提高运行可靠性。当发生外系统回路故障时，主要由快切装置实现电源切换，快速切除故障回路且投入正常电源。

增加自备发电机功率。提高厂区内自供电能力，降低对外系统电源的依赖性。

当厂区内供电系统发生故障时，主要依靠其他抗晃电措施作后备保障。低压电动机抗晃电措施从原理上来说，抗晃电接触器最优，系统故障时电动机联网运行，庞大的电动机群可以防止系统电压过快跌落。跳闸将立即造成工艺连锁的电动机回路，控制回路电源改由UPS电源供电；对于少数较为关键的由变频器控制的电动机，可以采用动态电压调节器。抗晃电接触器在制造质量稳定可靠以后可以继续使用。

参考文献

[1]王岩.浅析化工企业中晃电的危害及预防措施[J].科技视界,2018,(8):238-239.

[2]宋玉才.防晃电技术在石油化工企业中的应用[J].电气技术,2007,(7):73-75.

[3]袁皓.低压配电设备防晃电的几点措施[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(14):2077-2078.

[4]徐凯．快切技术在区域供电系统中的应用[D].北京:华北电力大学,2009

[5]张学勤．厂用电电源快速切换装置的应用[J]．电气应用,2010,11(46)

[6]王岩.浅析化工企业中晃电的危害及预防措施[J].科技视界,2018,(8):238-239.

作者简介：孙兴喜，男，2008年毕业于南京航空航天大学，工学学士学位，金陵石化热电部，HSE工程师

作者简介：孙兴喜，男，2008年毕业于南京航空航天大学，工学学士学位，金陵石化热电部，HSE工程师