浅论油田配电系统电压暂降的抑制措施

浅论油田配电系统电压暂降的抑制措施

马晓炜

（新疆石油设计工程有限公司新疆克拉玛依市834000）

摘要：电压暂降成为影响配电网电能质量主要因素之一，通常会造成电机停机、设备停运等事故，给用户带来损失。本文根据新疆油田发生因配电网电压暂降造成油田生产设备停运事故，结合相关理论分析了油田配电系统电压暂降的成因，着重介绍了在实际运行中使用动态电压暂降补偿装置抑制配电网电压暂降的措施。

关键词：电压暂降；抑制措施；动态补偿装置

1前言

随着电力电子技术的不断发展和进步，数字式自动化技术设备在石油生产中得到广泛应用，如变频调速设备、可编程控制器、计算机系统设备等。而配电网电压暂降会直接影响变频器、控制器等装置的正常工作。据统计，自动化程度很高的工业用户一般每年要遭受10~50次与电能质量问题相关的干扰，其中因电压暂降和中断而造成的事故约占事故总数的83%。

本文将分析新疆油田生产中配电网电压暂降对生产设备的影响，着重介绍通过在实际项目中使用动态电压暂降补偿装置抑制配电网电压暂降的技术措施。

2电压暂降定义及产生的原因

2.1电压暂降定义

电压暂降是一个动态电能质量问题，是指供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的现象。衡量电压暂降有两个主要指标：电压暂降幅值和持续时间。国际电工委员会（IEC）则将其定义为下降到额定值的90%～1%，持续时间为10ms～1min。国际电气与电子工程师协会（IEEE）将其定义为下降到额定值的90%至10%，其典型持续时间为0.5～30周波。

2.2电压暂降的原因

造成电压暂降的原因较为复杂，总体说来引起电压暂降的原因是线路中在短时间内出现了远远超过正常情况的大电流，结果导致出现了远低于正常电压的电压。引起瞬间大电流的原因往往是线路中出现了短路故障，随着故障线路中的保护装置迅速动作，切除故障点，于是电压又恢复正常，这就形成了短暂的电压降低。

3对新疆油田电网电压暂降故障分析

新疆油田电网中大量的用电负荷为异步电动机，并配置变频调速装置，所以当电网发生电压暂降时，直接使变频器停运，进而造成电机停机、设备停运等事故。以新疆油田风城作业区发生的最近一次由电压暂降引起的大面积电机停机事故为例，负责风城作业区供电的110kV风城变电站由于上级电源220kV变电站内由于35kV电缆头爆裂，造成接地短路故障，约60ms后，保护装置动作切除故障，期间110kV风城变电站10kV侧母线电压降低幅值达到72%，造成作业区内约60多台锅炉进水用柱塞泵停泵，锅炉保护系统启动自动停炉。由于没有蒸汽注入，100多口稠油油井停抽，给油田生产造成严重损失。

究其原因，因为油田作业区电源变电站侧发生短路故障，波及变电站所辖配电网络，虽然保护装置及时动作切除故障，但由于保护固有动作时间需要3~6个周波，故障持续时间满足电压暂降的指标，从时间上无法避免电压暂降的发生。而此次事故使10kV侧母线电压降幅到达72%，造成用户端的锅炉柱塞泵电机配套变频器停运（变频器电压检测元件都设置在直流环节，当变频器的逆变器失压或停电后，经过一个短暂工作时间（一般为15~25ms）将停止向驱动电路输出信号，变频器停止运行。），进而导致电机停机。

4电压暂降的抑制措施

对于电压暂降抑制措施可以分别从供电系统、设备本身及用户本身系统着手。

从供电系统来说可以通过改造电网，降低故障发生频率来抑制电压暂降的发生，但供电系统的改进牵连广泛，需要大量的经济和科技投入，需做整体评估与策略考虑才能确定最有效和经济的改进方式。设备自身提高对电压暂降的承受能力则需要设备制造商从技术上解决设备对电压的敏感度，使设备对电压暂降有一定的抗干扰能力，而这无疑对设备制造商提出了更高的技术要求，也提高了设备制造商的制造成本和用户的采购成本。

对用户本身系统进行改进，加装各类补偿装置是目前抑制电压暂降最直接、有效的途径。常用的补偿装置有以下几种：

1）不间断电源（UPS）仅针对线性、阻抗型等负载的供电，但对于感性负载、电机及容性负载，UPS会出现投资成本高、浪费能源、产生大量谐波，进而对电网产生严重的污染，影响电气设备运行的稳定性、串联供电可靠率低等问题。

2）固态切换开关（SSTS），是采用半导体固态开关作为切换设备，当供电电压波动过大时，能够在2-4ms将现有负荷切换至备用电源，从而实现多电源之间的不间断变换，适合大容量负荷或是高压大功率负荷。但在切换过程中仍然会使用户有短暂的电压暂降或断电情况发生。

3）电压暂降保护器（VSP）应用于直流型负载,将交流电源经整流后调压，达到一定的电压等级后储存，在电压暂降发生时通过升压装置提供直流电能（小于200微秒），确保负载平稳运行。

4）动态电压调节装置(DynamicVoltageRegulator-DVR)，其能够输出一定大小和波形的非周期性电压，当电网输入电压发生不规则突变时，可以通过补偿使负载端电压近似为正常的正弦波，一般这个补偿时间可以持续几十毫秒到几秒钟。缺点是当电压低于额定50%以下，DVR就无法使用了。

5）动态电压暂降补偿装置（DynamicSagCorrector），是一种改良型动态电压调节装置。当电压暂降发生时，在2ms以内从静态开关切换到逆变器，通过储藏在整流器与逆变器的电容内的电能向负载提供电能。其电压暂降幅值的保护覆盖深度可达到88%~0%，保护时间长达5s~50ms。

在新疆油田生产中，主要采取的抑制电压暂降措施是对油田生产流程中的各类异步电动机加装动态电压暂降补偿装置（DySC）。分别通过在变频器控制回路中接入单相动态电压暂降补偿装置miniDySC或在电动机配电回路中安装三相动态电压暂降补偿装置proDySC来抑制电压暂降对电机运行的影响。

通过配套安装的I-sense在线监测设备，对某注汽接转站内柱塞泵配电回路中运行的三相动态电压暂降补偿装置为期近一年的持续监测，取得记录数据，并对数据分析。设备运行所在当地配电网全年发生88%~80%额定电压的电压暂降共14次，持续时间大致在3.5~4.5个周波左右，其中有12次动态电压暂降补偿装置动作，保证了电机继续稳定运行。电网发生深度电压暂降1次，电压暂降幅值43%额定电压，持续时间1.43s，装置可靠动作，没有造成电机停机。由此可见当电网电压发生波动发生电压暂降时，动态电压暂降补偿装置能够及时动作抑制电压暂降，减少了油田生产受电压暂降影响程度。

5结论

随着用户使用带有变频调速装置驱动的异步电动机数量越来越多，用户对供电电能质量的要求也逐步提高。通过使用动态电压暂降补偿装置等技术措施，减少或消除电压暂降对变频器等设备的影响，达到用户满意的动态电能质量需求，具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]肖湘宁等，《电能质量分析与控制》，中国电力出版社，2010

[2]王坤李申伟韩梁胡婧彦，《配电网电压暂降问题及其治理措施》，《电气设备》，2015年07期

[3]查也博，《电压暂降及其抑制措施》，《电子世界》，2013年09期

作者简介：

马晓炜（1979-），男，新疆克拉玛依人，大学本科，工程师，主要从事电力电气设计工作。