浅谈晃电的治理方案及措施

浅谈晃电的治理方案及措施

郭茂起 1 杨勤锋 2 汪少伟 3 刘伟成 1 杨中卫 3

1. 万凯新材料股份有限公司 浙江 嘉兴 314000

2.浙江海利得新材料股份有限公司 浙江 海宁314400

3.杭州佳辰电力科技有限公司 浙江 杭州 310000

摘要：实际生产、生活中，由于我国电网的不断扩大，日益复杂，耦合程度增强，很多的因素会导致相关配电网的电压骤降或者短时停电，这就是晃电现象。它对电气设备的使用寿命以及企业的可靠生产有重要影响，因此以晃电现象为研究对象，通过分析探讨防晃电的措施，以减少晃电现象对企业单位的经济损失，具有实际背景意义。

关键词：晃电现象；电能质量；电压暂降；措施；

1 引言

随着社会经济的快速发展，供电系统的安全性和平稳性得到了人们的广泛关注。这就使晃电现象的防治成为了一项重要工作。因此，必须明确晃电现象产生的原因及其给供电系统带来的危害，并制定科学、合理的抗晃电方案，促进设备抗晃电能力的提升，从而为供电系统稳定发展奠定良好基础。

2 概述

暂态电能质量问题简称“晃电”，“晃电”是指因雷击、短路或其他原因造成的电网短时电压波动或短时断电的现象。供电系统产生晃电的基本类型有：电压骤升、骤降、短时断电、电压闪变。电压骤升，持续时间 0.5 个周期至 1min，电压上升或骤升至标称电压的110～180%。电压骤降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，电压有效值降至标称值的 10%～90%，且持续时间为 10ms～1min（典型持续时间为 10ms～600ms）的电能质量事件之一。短时断电，持续时间在 0.5 个周波至 3s 的供电中断（如备自投、重合闸 等）。电压闪变，电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化一般表现为人眼对电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。在 2013 年 12 月颁布国标 GB/T30137- 2013《电能质量电压暂降与短时中断》中将电压暂降定义为：电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至 0.1 标幺值~0.9 标幺值，并在短暂持续 10ms~1min 后恢复正常的现象。

电压暂升发生几率虽然很小，但是危害巨大。电压有效值的异常升高，会直接损坏设备。根据EPRI（美国电科院）权威数据，92%以上的电能质量事件为电压暂降和暂升，其它电能质量事件所占比例不到8%。电压暂降已经被众多的国际研究机构确定为电力系统中最为普遍发生的事件。因此对敏感设备进行电压暂降（暂升）保护显得尤为重要。

2.1 电压暂降产生的原因

电压暂降一般是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化所引起的。电能在经过远距离的传输过程中，不可避免的会遭遇众多情况，如输配电系统中发生的电力系统故障、雷击、大型电机启动、电容器的投切等事件。

常见的原因有：

⑴自然原因：雷击、闪电、暴雨、大风以及下雪等；

⑵电力系统原因：短路故障、大电机启动、线路切换、变压器和电容器投切、配电装置故障感应电机（大功率）启动等；

⑶不可预知的偶然事件：交通事故，建筑施工造成输电线路损坏，人为操作失误以及一些小动物进入配电室等。

2.2 电压暂降的危害及影响

随着现代电力工业的快速发展和系统中用电负荷结构的重大变化，暂态电能质量问题引发的事故越来越多，电压暂降问题愈发凸显，电压暂降造成生产线上电机停机，变频器失压保护动作，可编程逻辑控制器（PLC）失灵，计算机存储数据丢失等事故也越来越多，给用户带来巨大的经济损失。

3 晃电治理方案及措施

经过多年的发展，常见的晃电治理方案有如下几类：

图3-1 几种常见的晃电治理方案

3.1 快速切换开关SSTS

快速切换开关或固态切换开关，属于串联型设备，需要一直串联在系统主回路中。因此，无晃电时的可靠性需要特别关注。

但一般切换时间较长。

其电路拓扑结构与优缺点如下图所示。

图3-2 快速切换开关或固态切换开关ATS/SSTS

3.2 抗晃电模块

抗晃电模块目前市场品类繁多，最主要 的还是解决继电器的晃电问题为主，成本优势明显。体积小。现在各类解决电压暂降的设备逐步也开始叫抗晃电模块。

图3-3 抗晃电模块 基本原理图

3.3 直流低电压穿越装置DCES

目前，广泛应用的交流电动机调速控制的变频器是相当成熟的技术和产品，变频器无论是频率控制型，还是矢量控制型或者是转矩控制型，都具有变频软启动功能，变频器的容量在380V及690V等电压等级上，功率范围从2.2～1500kW的产品几乎可以覆盖目前所有应用范围。

一般的变频器都具有过压、失压、和瞬间停电的保护功能。变频器在失压或停电时，逆变元件是IGBT的变频器将允许变频器继续工作一段时间（td），若失压或停电时间to＜td，变频器将平稳过渡继续运行，若to＞td变频器将保护停机，所以当交流电源变化较大或低电压时间较长时都会造成变频器的运行停止。

图3-4 低压变频器的基本结构

目前，常用的690V变频器都是交-直-交的电压源型变频器，其中间直流回路是三相交流整流得到的，电压大约在700～1000V左右，所以若给变频器提供一路700～1000V左右的直流电源就能实现变频器不间断保持运行。

电网正常时：由电网通过变频器驱动电动机；充电器对电池浮充电。

电网晃电、断电时：静态开关开通，变频器由电池直流供电继续运行并驱动电动机。转换过程不断电。

电网恢复：系统自动恢复正常工作，转换过程不断电。微处理器对于整个系统进行监控并由触摸屏实现人机对话。系统实现晃、断电的历史记录，精确到秒。

图3-5 DCES典型结构与特点

3.4 不间断电源UPS

不间断电源UPS，属于串联型设备，需要一直串联在系统主回路中。因此，无晃电时的可靠性需要特别关注。

不间断电源UPS采用电池储能，成本高、体积大、寿命较短、维护麻烦。

其电路拓扑结构与优缺点如下图所示。

图3-6 不间断电源UPS典型结构与特点

3.5 动态电压恢复器DVR

动态电压恢复器DVR，属于串联型设备，需要一直串联在系统主回路中。因此，无晃电时的可靠性需要特别关注。

现场电压跌落深度超过50%，DVR无法有效支撑。

动态电压恢复器DVR需要串联变压器，成本高、体积大、维护麻烦。

其电路拓扑结构与优缺点如下图所示。

图3-7 动态电压恢复器DVR典型特点

3.6 暂态电压主动防御装置VAAS

暂态电压主动防御装置VAAS，只有快速切换晶闸管开关一直串联在系统主回路中，其它所有设备都并联在主回路中。因此，可靠性很高。

VAAS是Voltage Automatic Adjustment Stabilizer的简称，能够实时对晃电、电压短时中断等问题进行无缝治理。

VAAS电路拓扑结构如下图所示。主回路系统由晶闸管旁路部分、变流部分、滤波部分、储能部分等构成。

• 晶闸管旁路部分用于在系统电压发生异常时，晶闸管迅速关断。

• 变流部分用于为储能器件储能及输出补偿电压。

• 滤波部分确保生成的负荷侧电压符合要求。

图3-8 VAAS典型结构与特点

3.7 方案小结

根据上述介绍，对不同的晃电治理方案，其应用场合也有所区别。

低压晃电治理方案的推荐应用场合，见表3-1所示。

高压晃电治理方案的推荐应用场合，见表3-2所示。

表3-1 低压晃电治理方案的应用场合

表3-2 高压晃电治理方案的应用场合

参考文献

[1]炼化厂防晃电技术的分析及对策[J]. 孙安民. 中国科技信息. 2013(18)

[2]变频器防晃电改造方案探讨[J]. 刘玉杰,周博,张玉星. 科技信息. 2013(17)

[3]炼化企业中的防晃电装置应用[J]. 冯旭东. 科技创业家. 2013(08)

[4]几种防晃电措施在化工企业电气系统中的应用[J]. 郁娟. 南通职业大学学报. 2013(01)