企業供電系統晃電的解決方案

摘要:供電系統是企業的重要動力來源，是提高企業自動化水平和生產效率的必然選擇。其安全可靠運行，關系到整個生產設備運行正常與否。本文分析了供電系統產生晃電的原因及基本類型，闡述了晃電的主要危害，探討了企業供電系統晃電解決對策。

關鍵詞:企業;供電系統;晃電;解決對策

1引言

電力系統在運行過程中，由于雷擊、短路故障重合閘、企業外部或內部電網故障、大型設備起動等原因，會造成電壓瞬間較大幅度波動或者短時斷電又恢復，這種現象通常稱為“晃電”。生產型企業對供電系統的可靠性、穩定性和安全性要求較高，但由于各種原因常常造成供電系統晃電，致使交流接觸器釋放，高壓電動機低電壓保護跳閘。輕者造成生產裝置波動，重者造成裝置停車，給企業造成重大經濟損失。因此，應當加大對抗晃電的研究，進一步提高企業抗晃電能力，避免晃電事故的發生。

2供電系統產生晃電的原因及基本類型

2.1供電產生晃電的原因

由于雷擊、短路或其他原因造成電網短時電壓波動或短時斷電的現象俗語稱“晃電”。產生的原因:電網由各級變電站組成，特別是10kV回路，用戶分布點多面廣，極易產生短路或過流故障，發生故障后，該回路的繼電保護動作，切除故障回路。從故障發生到故障切除時間為20～700ms。在此期間，其它正常回路電壓會暫降，造成晃電現象。另外，夏季是雷電多發季節，電網電壓也會暫降，造成晃電。

2.2供電系統產生晃電的基本類型

2.2.1電壓驟降、驟升

電壓驟降、驟升，持續時間0.5個周期至1min，電壓上升或下降至標稱電壓的110～180%或10～90%。電壓暫降/驟降是電壓有效值降至標稱值(Nominal Value)的10%至90%，且持續時間為10ms至1min(典型持續時間為10ms～600ms)的電能質量事件之一。嚴重的電壓暫降，將使用電設備停止工作，或引起所生產產品質量下降，同時，電壓暫降影響的嚴重性則隨用電設備的特性而異。電壓驟降、聚升事故通過會嚴重影響汽車、半導體、塑料、石化、紡織、光纖、飲料乳業、移動通信等生產領域的正常生產與運營。通常情況下，以下重要設備容易受電壓暫降的影響，比如:冷卻裝置控制、直流電機驅動、可編程邏輯控制器(PLC)、機械裝置、可調速驅動裝置等。

2.2.2短時斷電

短時斷電，持續時間在0.5個周波至3s的供電中斷(如備自投、重合閘等)。短路故障可能會引起系統遠端供電電壓較為嚴重的跌落，影響工業生產過程中對電壓敏感的電氣設備的正常工作，甚至造成嚴重的經濟損失。保護裝置切除故障、誤動以及運行人員誤操作等均可引起供電中斷。當保護裝置跳閘切斷給某一用戶供電的線路時，該供電線路上將出現電壓中斷。這種情況一般僅在該線路上發生故障時才會出現，而相鄰的非故障線路上都將發生不同程度的電壓暫降。

2.2.3電壓閃變

電壓波形包絡線呈規則的變化或電壓幅值一系列的隨機變化，一般表現為人眼對電壓波動所引起的照明異常而產生的視覺感受。產生電壓波動和閃變的主要原因是工業用電負荷，如電弧爐、電焊機的運行和電容器投切等，都可能產生快速的電壓變化。電壓波動與諧波的產生有類似的物理原因，如沖擊性負荷的非線性特性、規則或不規則的分合閘操縱等。使非線性的交變負荷電流在與頻率有依賴關系的電網阻抗上造成電網的電壓波動。產生電壓閃變的主要原因是:用電設備具有沖擊負荷或波動負荷，如電弧爐、煉鋼爐、軋鋼機、電焊機、軌道交通、電氣化鐵路、以及短路試驗負荷等;系統發生短路故障，引起電網波動和閃;系統設備自動投切時產生操作波的影響，如備用電源自動投切、自動重合閘動作等;系統遭受雷擊引起的電網電壓波動等。

3供電系統產生晃電的危害

企業供電系統產生晃電現象，會對企業的安全生產造成嚴重危害和后果。影響生產的連續性，造成生產材料浪費，嚴重影響企業生產效益;甚至有可能造成生產安全事故，導致生產設備損毀，造成無法挽回的損失。

3.1晃電對供電回路控制電器的危害

交流接觸器在低壓電動機控制系統中應用非常廣泛，占了相當大的比例。由于工作原理的特點，當電網出現晃電時，會造成其操作線圈短時斷電或電壓過低，導致線圈對鐵芯的吸力小于釋放彈簧的彈力使接觸器釋放。據資料介紹，一般交流繼電器當電壓低于線圈額定電壓的50%，時間超過一個周期時接觸器釋放;當電壓低于80%甚至更高，持續五個周期時接觸器也釋放。

3.2晃電對供電回路電動機的危害

晃電由于低電壓，會導致企業動力用電動機過電流，從而使電動機熱保護動作跳閘。在企業自備電廠，相比之下，晃電導致電動機過電流的情況出現得不多，由于變頻器應用的數量相比電動機應用的數量不算多，晃電導致變頻器停止的情況相比之下也不多，在大量場合應用的交流接觸器受晃電影響釋放跳閘的情況出現得相對很多。

3.3晃電對變頻器的危害

一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護功能。對于電源電壓的上限，一般規定不能超過額定的10%，當電源線電壓為380 V 時，其上限值為420 V。某些國外進口的變頻器最高工作電壓可達460 V，這對國內用戶是十分有利的。變頻器的逆變器件為GTR 時，一旦失壓(指電壓下降到額定電壓的70%，西門子變頻器MDV 系列為76%)或停電，控制電路將停止向驅動電路輸出信號，使驅動電路和GTR 全部停止工作， 電動機將處于自由制動狀態。逆變器件為IGBT 時，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續工作一個短時間td，對于td有2 種規定方法，一種是具體的規定時間，如15 ms;另一種規定為主電路的直流電壓下降到原值的85%所需的時間。若失壓或停電時間totd，變頻器自我保護停止運行。只要電源“晃電”較為強烈，都有可能使變頻器調速的電動機停止運行。

4供電系統晃電解決對策

解決供電系統晃電的根本出路在于確保供電系統的絕對穩定，采取綜合措施，提高企業供電系統抗晃電能力。

4.1企業外部供電系統的措施

連續性生產企業特別是重型生產企業對供電的可靠性要求較高，其供電一般采用雙電源(或多電源)供電。在進行外部供電系統設計時最好能使兩條(或多條)電源來自不同的變電站，如果很難做到這一點，至少也要使兩條(或多條)電源取自由不同變壓器帶的母線段，這樣可以避免上級變電站一段母線出問題時造成全廠停電。同時輸電線路應裝設自動重合閘裝置，這樣即使停電也會使工廠停電的時間大為縮短，盡量減少損失。

4.2企業內部供電系統的措施

4.2.1重要系統采用不間斷電源和發電機

采用不間斷電源是確保電源穩定的一種重要方法。重要的控制系統如DCS、PLC以及機房重要數據中心的工作電源應由UPS電源接人，增強抗擾動性。對裝置中因停電可能出現重大設備事故或人身傷害事故的設備可配備事故發電機，在系統出現失電的情況下起動事故發電機，由事故發電機恢復其供電。對裝置重要且可由渦輪驅動的機組正常生產時盡可能采用由渦輪驅動，這樣可以避免因供電系統晃電造成重要機組停車。

4.2.2采取分列運行方式

對廠內總降壓變電站以及下級各變電站宜采用分列運行方式，即廠里的兩條(或多條)電源各帶變電所的一段母線，兩段(或多段)母線之間的母聯開關宜裝設備用電源自投裝置，各級自投的自投時限由總降壓變電站往下逐漸加大。

4.2.3重要動力設備增加晃電停車再起動功能

對重要設備的電動機在其控制回路中增設晃電停車再起動功能，高壓電動機晃電來電后即自起動對高壓電動機，可通過延長其低電壓保護跳閘的時限來實現電動機晃電來電后即自起動，在供電系統出現晃電的情況下使其低電壓保護延時動作跳閘，若在延時的范圍內電壓恢復則電動機立即起動。采用可帶空氣延時觸頭的交流接觸器如LG1-D系列交流接觸器，這樣在供電系統晃電時可以通過延時觸頭來實現電動機的主回路接觸器的自保持回路延時打開，若晃電停車后在延時觸頭設定的延時時間范圍內電壓恢復即可實現自起動。電動機主回路接觸器采用閉合與斷開兩個線圈，只有脫扣線圈得電方能斷開的鎖扣接觸器如CJ12B-S系列鎖扣接觸器。利用時間繼生電器實現電動機的自起動，通過調整時間繼電器KT的時間，可調整晃電停車后電壓恢復時的有效時間。利用能耗延時實現電動機的自起動。這種方法常用于ME， DW及其他系列用于控制電動機的斷路器，它是通過與斷路器的失壓脫扣線圈并聯一個電容器，在失電或出現系統電壓過低的情況下，電容器上儲存的電能通過失壓脫扣線圈放電，從而延長其跳閘時間。

4.3采取直流支撐技術

變頻器是由整流器和逆變器兩部分組成。通過對變頻器的研究，變頻器低電壓指其中間直流回路低電壓(即逆變器輸入電壓過低)。一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護功能。變頻器的逆變器件為GTR時，一旦失壓或停電，控制電路將停止向驅動電路輸出信號，使驅動電路和GTR全部停止工作，電動機將處于自由制動狀態。逆變器件為IGBT時，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續工作一個短時間td，若失壓或停電時間t0td ，變頻器自我保護停止運行。一般td都在15～25ms，只要電源“晃電”較為強烈，to都在幾秒鐘以上，變頻器自我保護停止運行，使電動機停止運行。結合變頻器的原理和工作方式，采用抗晃電系統，可以有效解決變頻器低壓跳閘。

4.4高壓電動機的抗晃電措施

高壓電動機作為生產型企業的重要動力來源，保證其正常工作，對確保企業的正常生產運營具有十分重要的現實意義。高壓電動機的抗晃電一般利用母線上的電壓互感器來監視電壓的變化，通過時間繼電器的延時作用，延時一定時間后，再去動作于斷路器的跳閘，就可實現斷電延時自起動功能。通過科學設置進線柜低電壓保護定值，避免進線柜低電壓保護不必要的動作，減少晃電產生。要盡量安裝微機備自投綜合保護裝置，解決回路中接點多故障率高的問題，提高綜合判斷的能力和保護動作的可靠性。同時，要通過附加中間繼電器或更改微機保護合閘脈沖時間。

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