電壓暫降治理措施的研究和應用

摘要：6-10kV中壓供配電網中，由于用戶多、設備雜，設備維護及運行環境等諸多因素，致使電氣設備故障頻發，設備的短路故障會使系統電壓發生暫降，暫降電壓導致一些對電壓要求較高的敏感設備供電中斷，影響生產工序。由于設備故障是不可避免的，電壓暫降的治理問題是電力行業正在探討和亟待解決的攻關項目。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行分析和探討。

關鍵詞：變電站;電壓暫降;治理措施

一、前言

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

二、中壓系統發生電壓暫降的原因

6-10kV中壓系統電壓暫降的發生，大多由于中壓系統內所帶設備發生短路故障，造成瞬間低電壓，再由于系統所帶用戶多、系統短路電流大，使電壓降得更低，造成關鍵設備、輔助設備接觸器釋放，造成停機、停產。

三、中壓系統電壓暫降治理的研究方向

從上述原因看，治理設備短路而造成的電壓暫降，應從以下幾個方向進行控制。

做好設備的運行維護，保證設備安全穩定運行，不發生或少發生短路故障。減少本系統所帶用戶，即使有設備發生短路時，影響只有少量用戶。

通過相應技術措施和手段，應對電壓暫降，保護關鍵設備不受影響。

通過規劃建設進行治理。中壓系統規劃時，不進行預留，少預留容量。防止通過大量的預留容量造成后續增容后短路電流劇增、設備用戶多、關鍵設備多的用戶接入系統。一方面，系統短路參數變化大，原設備、容量、參數等不再適用;另一方面，接入的關鍵設備和用戶多，使中壓系統發生短路故障時，電壓降低過多，影響面積擴大。通過規劃的區域化，可以降低系統短路電流參數，一方面短路時，系統電壓降低較少，另一方面設備選型等級降低，減少大量造價。

四、電壓暫降治理措施

維護好各電氣設備

6-10kV中壓系統電壓暫降的根源是設備，所以維護好設備是第一要務。如做好設備的環境、定修、保養、試驗等工作。保證設備在安全良好的工作環境、穩定可靠的電網質量中，穩定工作，減少設備出現短路故障，減少電壓暫降形成。

通過相應技術措施

2.1應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，安裝于相應控制回路中，使6-10kV的中壓供電系統所帶的設備在短時的低電壓情況下，接觸器輔助觸點不釋放，保持低壓用電設備繼續供電，同時保證關鍵高壓設備的輔助系統持續供電。

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

2.2應用小容量低壓UPS電源安裝于關鍵輔助設備

對于關鍵設備的控制系統，為防止其在電壓暫降時，影響運行，可以通過在其控制系統中，接入小容量的低壓UPS電源。當系統出現低電壓時，UPS電源提供正常的控制電源，從而保證控制系統在暫降的低電壓時，接觸器不失電，持續供電。

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

2.3使用大容量中壓UPS電源應用于關鍵設備

近幾年，針對低電壓的電壓暫降，一些廠家做了大量的工作，制做了相當于中壓系統的UPS電源。此電源安裝于關鍵設備的用系統，中壓系統出現低電壓的電壓暫降時，此中壓UPS電源投入使用，保持關鍵設備繼續運行，當系統電壓恢復正常后，此中壓UPS退出，市電繼續供電運行。

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

2.4關鍵設備電源快速切換裝置應用

上海合凱公司為了應對關鍵設備的電壓暫降研制了中壓一體化成套快切裝置。其功能為當系統發生低電壓的電壓暫降時，在控制設備沒來得及釋放、變頻設備沒停止供電前，將當前的I路供電電源切換至II路供電電源，進行持續供電。

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

2.5動態電壓恢復裝置（超級電容）的應用

動態電壓恢復裝置的應用，也可以緩解一些用戶需求。其工作原理為，當電網處于穩定狀態時，運行在熱后備模式，通過控制算法控制充電電流，使系統處于浮充狀態，與此同時持續檢測電網電壓;當電網岀現低電壓的電壓暫降時，短時內檢測出電網電壓變化，并迅速控制切斷輸入電網電壓，投入補償輸出模式，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電壓相位和幅值一致的交流電壓注入系統，短時為關鍵設備提供電能;在電網電壓短時恢復后，無縫切換到電網供電。

此套設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。

規劃設計中壓供電系統，按生產工序進行區域化供電，相互隔離

北營公司5#總降變電所為66/10kV供電系統，變電所內安裝4臺63MVA變壓器，在10kV側有4段母線，日常分段運行。其4段母線供出負荷如下：煉鐵系統的高爐本體、鼓風機、循環水、噴煤、上料工序和燒結工序;煉鋼系統的精煉、連鑄、循環水、除塵工序;軋鋼系統的加熱爐、軋鋼、水系統等工序;焦化系統的煉焦、干熄焦、化產、備煤上料工序。除主體系統工序外，共用的輔助工序如制氧、空壓站、污水和發電機組。以上各工序電源及發電并網點，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。

鋼鐵企業各工序由于現場生產環境、生產工藝差別較大，為此各電氣設備出現故障頻繁。由于此系統的各設備電源均取自其10kV的其中一段母線，當任意一臺設備出現短路故障時，由于線路長短、短路性質、短路電流等因素，致使最終出現的低電壓程度有所不同，導致低電壓造成停產、停電的面積不同，但每次都造成大面積、多工序停產。

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

由于供電系統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，日常的設備維護、檢修、試驗為設備做好保駕護航。通過同類型鋼鐵企業了解及調研，將設備供電區域化（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。

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

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

此種方式的實現，一方面，在工廠設計時，選擇此種方式進行設計，形成供電區域塊;另一方面，后續改造，有針對性的形成區域塊。

五、結語

電力系統安全運行，其中有諸多因數，電壓暫降治理，根據各配電網絡不同，有相應的解決處理措施。對此，本文主要對電壓暫降治理措施進行了分析，并且以目前的應用進行探究。根據本文分析，通過加強電氣設備狀態檢修，有利于及時發現故障問題，并采取有效的治理措施，保障電力系統安全穩定的運行。對于設備發生故障，關鍵設備不受電壓暫降波及，根據自身電網情況、電網容量選取相應的治理措施可以有效避免。本文推薦以工序為塊，進行區域化供電，當小區域內發生短路故障時，低電壓造成的電壓暫降減少相互影響。

參考文獻：

[1]劉健，等.簡單配電網.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，畢業于本溪冶金高等專科學校，現主要從事本鋼集團北營公司能源總廠電氣管理工作.