電壓暫降治理措施的研究和應(yīng)用

摘要：6-10kV中壓供配電網(wǎng)中，由于用戶多、設(shè)備雜，設(shè)備維護(hù)及運行環(huán)境等諸多因素，致使電氣設(shè)備故障頻發(fā)，設(shè)備的短路故障會使系統(tǒng)電壓發(fā)生暫降，暫降電壓導(dǎo)致一些對電壓要求較高的敏感設(shè)備供電中斷，影響生產(chǎn)工序。由于設(shè)備故障是不可避免的，電壓暫降的治理問題是電力行業(yè)正在探討和亟待解決的攻關(guān)項目。目前部分廠家針對此問題，出具了一部分解決方案，如低壓接觸器增加延時釋放接點、對關(guān)鍵部位安裝大容量UPS等措施。本文對電壓暫降的治理措施進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：變電站;電壓暫降;治理措施

一、前言

6-10kV的中壓供電系統(tǒng)所帶的線路、電動機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備較多，普遍應(yīng)用于日常生活、生產(chǎn)工作當(dāng)中。此電壓等級的電氣線路和電氣設(shè)備敷設(shè)和安裝到每處需用的部位，部分路徑和現(xiàn)場條件較為惡劣，為此線路和設(shè)備的故障時常發(fā)生。特別是鋼鐵企業(yè)，由于設(shè)備較多且集中、運行環(huán)境不良、電氣設(shè)備不受重視，導(dǎo)致設(shè)備時常發(fā)生接地、短路等故障。當(dāng)短路故障發(fā)生時，系統(tǒng)電壓會瞬時下降，暫降的電壓會導(dǎo)致敏感設(shè)備，如變頻器、低壓接觸器、帶有低電壓保護(hù)的設(shè)備隨之跳閘，造成供電中斷，生產(chǎn)工序停產(chǎn)，影響正常生產(chǎn)。針對低電壓的電壓暫降治理措施，探討如下。

二、中壓系統(tǒng)發(fā)生電壓暫降的原因

6-10kV中壓系統(tǒng)電壓暫降的發(fā)生，大多由于中壓系統(tǒng)內(nèi)所帶設(shè)備發(fā)生短路故障，造成瞬間低電壓，再由于系統(tǒng)所帶用戶多、系統(tǒng)短路電流大，使電壓降得更低，造成關(guān)鍵設(shè)備、輔助設(shè)備接觸器釋放，造成停機(jī)、停產(chǎn)。

三、中壓系統(tǒng)電壓暫降治理的研究方向

從上述原因看，治理設(shè)備短路而造成的電壓暫降，應(yīng)從以下幾個方向進(jìn)行控制。

做好設(shè)備的運行維護(hù)，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行，不發(fā)生或少發(fā)生短路故障。減少本系統(tǒng)所帶用戶，即使有設(shè)備發(fā)生短路時，影響只有少量用戶。

通過相應(yīng)技術(shù)措施和手段，應(yīng)對電壓暫降，保護(hù)關(guān)鍵設(shè)備不受影響。

通過規(guī)劃建設(shè)進(jìn)行治理。中壓系統(tǒng)規(guī)劃時，不進(jìn)行預(yù)留，少預(yù)留容量。防止通過大量的預(yù)留容量造成后續(xù)增容后短路電流劇增、設(shè)備用戶多、關(guān)鍵設(shè)備多的用戶接入系統(tǒng)。一方面，系統(tǒng)短路參數(shù)變化大，原設(shè)備、容量、參數(shù)等不再適用;另一方面，接入的關(guān)鍵設(shè)備和用戶多，使中壓系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，電壓降低過多，影響面積擴(kuò)大。通過規(guī)劃的區(qū)域化，可以降低系統(tǒng)短路電流參數(shù)，一方面短路時，系統(tǒng)電壓降低較少，另一方面設(shè)備選型等級降低，減少大量造價。

四、電壓暫降治理措施

維護(hù)好各電氣設(shè)備

6-10kV中壓系統(tǒng)電壓暫降的根源是設(shè)備，所以維護(hù)好設(shè)備是第一要務(wù)。如做好設(shè)備的環(huán)境、定修、保養(yǎng)、試驗等工作。保證設(shè)備在安全良好的工作環(huán)境、穩(wěn)定可靠的電網(wǎng)質(zhì)量中，穩(wěn)定工作，減少設(shè)備出現(xiàn)短路故障，減少電壓暫降形成。

通過相應(yīng)技術(shù)措施

2.1應(yīng)用低壓接觸器輔助接觸器延時釋放接點

此種方式原理為，通過使用帶有延時釋放接點的低壓接觸器，安裝于相應(yīng)控制回路中，使6-10kV的中壓供電系統(tǒng)所帶的設(shè)備在短時的低電壓情況下，接觸器輔助觸點不釋放，保持低壓用電設(shè)備繼續(xù)供電，同時保證關(guān)鍵高壓設(shè)備的輔助系統(tǒng)持續(xù)供電。

此種方式應(yīng)對電壓暫降的實現(xiàn)方式可通過設(shè)計時設(shè)備選型、運行時設(shè)備改造兩種方式實現(xiàn)。但對于運行設(shè)備改造時，工作量和改造難度較大，投資費用適中。

2.2應(yīng)用小容量低壓UPS電源安裝于關(guān)鍵輔助設(shè)備

對于關(guān)鍵設(shè)備的控制系統(tǒng)，為防止其在電壓暫降時，影響運行，可以通過在其控制系統(tǒng)中，接入小容量的低壓UPS電源。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低電壓時，UPS電源提供正常的控制電源，從而保證控制系統(tǒng)在暫降的低電壓時，接觸器不失電，持續(xù)供電。

此種方式的實現(xiàn)，對于新設(shè)計和運行設(shè)備加裝，都很方便和快捷。針對關(guān)鍵設(shè)備，在其控制電源接入UPS即可實現(xiàn)，投資費用根據(jù)使用UPS容量確定，整體費用不高。

2.3使用大容量中壓UPS電源應(yīng)用于關(guān)鍵設(shè)備

近幾年，針對低電壓的電壓暫降，一些廠家做了大量的工作，制做了相當(dāng)于中壓系統(tǒng)的UPS電源。此電源安裝于關(guān)鍵設(shè)備的用系統(tǒng)，中壓系統(tǒng)出現(xiàn)低電壓的電壓暫降時，此中壓UPS電源投入使用，保持關(guān)鍵設(shè)備繼續(xù)運行，當(dāng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，此中壓UPS退出，市電繼續(xù)供電運行。

此種方式實現(xiàn)，可以通過設(shè)計和運行改造兩種方式實現(xiàn)，但單臺的投資費用較高，使用數(shù)量多，則整體費用超高。

2.4關(guān)鍵設(shè)備電源快速切換裝置應(yīng)用

上海合凱公司為了應(yīng)對關(guān)鍵設(shè)備的電壓暫降研制了中壓一體化成套快切裝置。其功能為當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生低電壓的電壓暫降時，在控制設(shè)備沒來得及釋放、變頻設(shè)備沒停止供電前，將當(dāng)前的I路供電電源切換至II路供電電源，進(jìn)行持續(xù)供電。

此套設(shè)備我廠并沒有應(yīng)用，但從原理上分析，此套設(shè)備應(yīng)對關(guān)鍵設(shè)備的電壓暫降有很好的效果。但從設(shè)備投資上，此套系統(tǒng)投資較高，另一回路電源需長時間熱備用，隨時準(zhǔn)備帶負(fù)荷投入運行，整體造價能相應(yīng)提高，其一次設(shè)備投資較多、備用回路利用率低，設(shè)備的一次、二次控制連鎖方式相對繁鎖。

2.5動態(tài)電壓恢復(fù)裝置（超級電容）的應(yīng)用

動態(tài)電壓恢復(fù)裝置的應(yīng)用，也可以緩解一些用戶需求。其工作原理為，當(dāng)電網(wǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，運行在熱后備模式，通過控制算法控制充電電流，使系統(tǒng)處于浮充狀態(tài)，與此同時持續(xù)檢測電網(wǎng)電壓;當(dāng)電網(wǎng)岀現(xiàn)低電壓的電壓暫降時，短時內(nèi)檢測出電網(wǎng)電壓變化，并迅速控制切斷輸入電網(wǎng)電壓，投入補(bǔ)償輸出模式，吸取自身超級電容的存儲能量，控制逆變輸出與暫降前電網(wǎng)電壓相位和幅值一致的交流電壓注入系統(tǒng)，短時為關(guān)鍵設(shè)備提供電能;在電網(wǎng)電壓短時恢復(fù)后，無縫切換到電網(wǎng)供電。

此套設(shè)備由于提供容量有限，適用于容量在5000kVA以下的用戶，不適用能耗較大的鋼鐵冶金用戶。

規(guī)劃設(shè)計中壓供電系統(tǒng)，按生產(chǎn)工序進(jìn)行區(qū)域化供電，相互隔離

北營公司5#總降變電所為66/10kV供電系統(tǒng)，變電所內(nèi)安裝4臺63MVA變壓器，在10kV側(cè)有4段母線，日常分段運行。其4段母線供出負(fù)荷如下：煉鐵系統(tǒng)的高爐本體、鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)水、噴煤、上料工序和燒結(jié)工序;煉鋼系統(tǒng)的精煉、連鑄、循環(huán)水、除塵工序;軋鋼系統(tǒng)的加熱爐、軋鋼、水系統(tǒng)等工序;焦化系統(tǒng)的煉焦、干熄焦、化產(chǎn)、備煤上料工序。除主體系統(tǒng)工序外，共用的輔助工序如制氧、空壓站、污水和發(fā)電機(jī)組。以上各工序電源及發(fā)電并網(wǎng)點，均為5#變電所10kV的4段母線，基本覆蓋了一個鋼鐵廠的全部工序。

鋼鐵企業(yè)各工序由于現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)工藝差別較大，為此各電氣設(shè)備出現(xiàn)故障頻繁。由于此系統(tǒng)的各設(shè)備電源均取自其10kV的其中一段母線，當(dāng)任意一臺設(shè)備出現(xiàn)短路故障時，由于線路長短、短路性質(zhì)、短路電流等因素，致使最終出現(xiàn)的低電壓程度有所不同，導(dǎo)致低電壓造成停產(chǎn)、停電的面積不同，但每次都造成大面積、多工序停產(chǎn)。

由于此供電負(fù)荷過于集中，且全部為電纜出線，隨之而來存在著電容電流過大、系統(tǒng)短路電流過大的隱患;為了消除隱患，相應(yīng)安裝了消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)、各處變電所設(shè)備的短路開斷電流也隨之增大，并在系統(tǒng)改造中增加限流電抗器等措施進(jìn)行緩解，造成供配電系統(tǒng)配置繁雜，出現(xiàn)故障的幾率更高。

由于供電系統(tǒng)故障的影響面積巨大，讓我們在解決的方式、方法上面下功夫，日常的設(shè)備維護(hù)、檢修、試驗為設(shè)備做好保駕護(hù)航。通過同類型鋼鐵企業(yè)了解及調(diào)研，將設(shè)備供電區(qū)域化（即分散供電），并相互隔離開，此舉故障時相互影響可降至最低。

我們調(diào)研、研討故障影響面大的改造解決方式，由于未能提前規(guī)劃解決，需后期進(jìn)行改造，即在附近再建設(shè)幾個66kV總降變電所，將部分工序負(fù)荷進(jìn)行遷移，或增加35kV電壓等級，安裝對應(yīng)35kV變壓器，在小工序前加裝兩臺35/10kV變壓器進(jìn)行供電，形成以各生產(chǎn)工序為塊的供電方式。各生產(chǎn)工序間有兩臺35kV變壓器做為隔離，短路故障時相互工序之間影響變小，其系統(tǒng)電容電流降低很多、短路電流小很多，設(shè)備選型同比降低標(biāo)準(zhǔn)。

通過此舉，以工序為塊，進(jìn)行供電系統(tǒng)配置，其運行穩(wěn)定性能提高較多，即每個工序為一個35kV變電所，對其10kV系統(tǒng)進(jìn)行供電，10kV系統(tǒng)不再龐大，不涉及其它生產(chǎn)工序，自成一個系統(tǒng)。此種情況唯一缺點增加了35kV電壓等級的變壓器及相應(yīng)設(shè)施，但整體上從電纜輸送能力、設(shè)備降低容量、影響面積小等方式計算，均為有利。

此種方式的實現(xiàn)，一方面，在工廠設(shè)計時，選擇此種方式進(jìn)行設(shè)計，形成供電區(qū)域塊;另一方面，后續(xù)改造，有針對性的形成區(qū)域塊。

五、結(jié)語

電力系統(tǒng)安全運行，其中有諸多因數(shù)，電壓暫降治理，根據(jù)各配電網(wǎng)絡(luò)不同，有相應(yīng)的解決處理措施。對此，本文主要對電壓暫降治理措施進(jìn)行了分析，并且以目前的應(yīng)用進(jìn)行探究。根據(jù)本文分析，通過加強(qiáng)電氣設(shè)備狀態(tài)檢修，有利于及時發(fā)現(xiàn)故障問題，并采取有效的治理措施，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。對于設(shè)備發(fā)生故障，關(guān)鍵設(shè)備不受電壓暫降波及，根據(jù)自身電網(wǎng)情況、電網(wǎng)容量選取相應(yīng)的治理措施可以有效避免。本文推薦以工序為塊，進(jìn)行區(qū)域化供電，當(dāng)小區(qū)域內(nèi)發(fā)生短路故障時，低電壓造成的電壓暫降減少相互影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉健，等.簡單配電網(wǎng).中國電力出版社，2017.8：3-9.

第一作者簡介：任小慶，1982年4月出生，男，工程師，畢業(yè)于本溪冶金高等?？茖W(xué)校，現(xiàn)主要從事本鋼集團(tuán)北營公司能源總廠電氣管理工作.