工业园区电压暂降事故分析及治理措施研究

工业园区电压暂降事故分析及治理措施研究

恭秀芬 1，杨爽 2，董光德 2，马兴 2

1．国网重庆市电力公司市北供电分 公司，重庆市 渝北区 401147 2．国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆市 渝北区 401123

摘要：近年来，电力电子元器件在电力系统中得到广泛应用，其电压暂降敏感特性使得电压暂降已成为影响大工商业用户最主要的电能质量问题。本文在分析某工业园区电压暂降事件发生原因及过程的基础上，研究区域电网短路故障与电压暂降事件之间的耦合关系，探讨电压暂降的影响范围；结合电网及电力用户生产设备特性，针对性的提出电压暂降治理措施。

关键词：电压暂降，短路故障，影响范围，治理措施

0 引言

电压暂降是指电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1p.u.~0.9p.u.，并在短暂持续10ms~1min后恢复正常的现象^[1]。

随着电力电子技术的快速发展，电力系统采用了大量电力电子元器件，如变频器、PLC控制器、DDC控制器等。此类器件对电压暂降都相当敏感，当电压下降到其门槛值以下、且持续时间超过1或几个周波时，就将影响其正常运行，甚至引发故障^[2]。统计发现，作为电能质量的重要指标，电压暂降和短时中断占到全部工业电能质量问题的92%以上^[3]，由此可见，电压暂降已成为影响电力用户最主要的电能质量问题。

随着经济发展和产业结构的调整，囊括了电子工业和先进制造业的高新工业园区已成为电压暂降问题集中爆发点。电压暂降会影响用户生产线正常运行，甚至导致其工业连续生产过程的中断，造成巨大的经济损失^[4-5]。因此本文以某工业园区企业电压暂降事件为研究对象，研究区域电网短路故障与电压暂降事件之间的耦合关系，探讨电压暂降的影响范围，并结合电力用户生产设备特性，针对性的提出电压暂降治理措施。

1 某工业园区企业电压暂降事件简介

1.1 园区企业概况

企业位于某高新技术产业园，主要生产高精度液晶面板，其近区变电站主要包括500kV A、B、C、D站，以及220kV E、F、G、H、I、J站等，另外还有2座500kV并网火电厂。其中，500kV A站和220kV H站通过两条220kV专线与企业220kV变电站直接相接。其近区电网接线示意图如图1.1所示。

图1.1 企业近区电网概况图

该企业现有220千伏变压器4台，容量36万千伏安，正常运行方式为两条专线环网运行。企业厂区用电分为生产用电和后勤保障用电，生产用电设备大多数为高精设备。

1.2 电压暂降事件描述

2019年7月至8月，该企业受到了3次电压暂降事件的影响。详细信息如下：

7月12日15时25分，该企业变电站220kV侧电压暂降最低值至0.13p.u，持续时间约为72ms，造成了大量生产设备宕机，在工品大量报废，生产中断。

7月26日16时37分，该企业变电站220kV侧电压暂降最低值至0.78p.u，持续时间约为50ms，造成了少量生产设备宕机。

8月22日17点41分，该企业变电站220kV侧电压暂降最低值至0.62p.u，持续时间381ms，造成大量生产设备宕机，在工品大量报废，生产中断。

据该企业相关技术人员介绍，其所用高精设备为日本进口设备，所能承受电压暂降的能力为：电压暂降幅值不超过0.2p.u，电压暂降持续时间不超过40ms。

2 某工业园区企业电压暂降事件分析

据对用户的现场调查，该企业自建220kV变电站具有电压暂降事故录波功能，调取的事故录波波形并进行仿真分析，结果如图2.1~2.3所示。

7月12日，C相电压发生了电压暂降现象，暂降幅度87%左右，持续时间72ms之后恢复正常。用户站内高低压侧相关保护未动作，无开关跳闸，但车间部分生产设备电压保护模块动作，造成部分生产设备停机。

图2.1 7月12日电压暂降事件仿真波形

7月26日，C相电压发生了电压暂降现象，暂降幅度22%左右，持续时间50ms之后恢复正常。用户站内高低压侧相关保护未动作，无开关跳闸，生产线仅少量设备停运。

图2.2 7月26日电压暂降事件仿真波形

8月22日，B相电压发生了电压暂降现象，暂降幅度38%左右，持续时间381ms之后恢复正常。用户站内高低压侧相关保护未动作，无开关跳闸，生产线约1/3设备停运，2小时后陆续恢复生产。

图2.3 8月22日电压暂降事件仿真波形

分析表明，上述三起电压暂降事件，仿真结果与实际录波数据基本吻合。

3 区域电网电压暂降对企业的影响

首先在典型夏大方式下，对该企业近区（D、A、C、B系统）500千伏、220千伏线路故障及两江、双槐等电厂机组故障时，造成该企业母线电压跌落的情况进行计算，结果如下所示。

A站近区线路故障时（包含单回线路发生单相接地故障和双回线路同时发生单相接地故障），该企业母线的电压暂降情况进行了计算，具体计算结果见表3.1、3.2所示。当A站220kV母线及A近区220kV站出线故障时，对该企业母线造成的电压暂降幅度较大，其中A站-E站、A站-G站、A站-I站、A站-F站、A站-H站、A站-该企业以及H站-该企业线路故障，会造成该企业母线电压暂降至0.6p.u附近；G站-J站、E站-K站、F站-K站、F站-L站、F站-M站以及M站-L站线路故障，会造成该企业母线电压暂降至0.8p.u以下；这些故障造成的该企业电压暂降幅度超过了该企业高精设备的电压暂降承受能力。

表3.1 区域电网发生500kV线路故障企业变电站母线电压暂降情况（p.u.）

表3.2 区域电网发生220kV线路故障企业变电站母线电压暂降情况（p.u.）

其他较远的变电站出线故障时，包含单回线路发生单相接地故障和双回线路发生单相接地故障的情况，对该企业母线造成的电压暂降幅度较小，B站及B站近区线路故障造成的该企业母线电压暂降在0.08p.u~0.13p.u之间，在该企业高精设备电压暂降幅值承受能力之内。但B站500kV出线（B-C线路）发生单相接地故障时，该企业母线电压暂降幅值为0.268p.u，超出了高精设备的承受能力。

总体来看，该企业近区A系统500千伏线路故障对该企业母线造成的电压暂降幅度最大；D、C、B系统500千伏线路故障时对该企业母线造成的电压暂降幅度也较大。其中A-B和B-C线故障造成的该企业母线电压暂降幅度约为0.27p.u；因此该企业近区500千伏线路故障造成的该企业电压暂降幅度均超出了该企业高精设备的承受能力。

500kV A站与该企业220kV变电站供电距离只有5.87公里，当A站220kV出线及与近区220kV站联络线发生短路故障时，因为电气距离太短，对于该企业母线电压的影响较为明显会有超出该企业高精设备电压暂降承受能力的可能。其它远区的220KV站线路故障问题，对该企业母线电压的影响较小，不会超出该企业高精设备电压暂降幅值承受能力。

4 工业园区企业电压暂降治理措施

电压暂降的影响与电网的结构、运行方式，以及电力设备的电压暂降敏感性密切相关。因此，需要电力公司、用户和设备生产厂商紧密配合，采取必要的防范、治理措施，减少电压暂降造成的损失。

4.1 电网侧电压暂降治理措施

（1）采用双电源供电。对于重要用户，均采用双电源供电，配合快速切换开关，保证用户不受其中一个电源电压暂降或其他故障影响。

（2）优化电网结构，合理安排运行方式。在电网建设及改造过程中，优化重要用户接入的区域电网结构，同时合理安排运行方式，避免串供、辐射型供电方式，增加区域电网抗电压暂降干扰能力。

（3）采用电缆供电。将架空线路改为地下电缆，在降低了线路故障率的同时，可有效避免雷击、空飘物等导致的电压暂降事件。

（4）加强巡线及剪树作业管理。输电线路与树枝间的接触会导致短路进而引发电压暂降，特别是在重负荷情况下，导线过热会使导线下垂，导线与树枝的接触更易发生。调查表明，高峰负荷时段这类短路故障发生的概率显著增大。针对重要用户相关的输电线路，制定严格的巡线及剪树作业制度，增加维护和巡视的频度，及时消除安全隐患，避免发生不必要的电压暂降事件。

（5）合理安排倒闸操作时间。将倒闸操作计划提前报送给用户，并合理安排变电站倒闸操作的时间，尽量避开用户生产时段，防止倒闸操作引起的电压暂降影响用户正常生产。

4.2 用户侧电压暂降治理措施

（1）在规划、设计过程中使用具有足够免疫水平、能够适应预期工作环境的设备，提高生产线抗电压暂降能力。

（2）加装不间断电源（UPS）。UPS是解决供电中断的有效方法，同时也能抑制电压暂降。

（3）加装动态电压调节器（DVR）。DVR被认为是保证敏感负荷供电电压质量有效的补偿装置，它能在毫秒级的时间内将电压暂降补偿至正常值，在消除电压暂降、提高大型综合性敏感工业负荷的供电质量方面有显著的效果。

（4）加装防晃电交流接触器与DC-BANK。防晃电交流接触器采用双线圈结构，吸合速度快，当有电压暂降发生使电压降到接触器的维持电压以下时，控制模块开始工作，以储能释放的形式保持接触器继续吸合，确保电压暂降期间接触器不脱扣。

5 结论

本文在分析某工业园区电压暂降事件发生原因及过程的基础上，研究区域电网短路故障与电压暂降事件之间的耦合关系，探讨电压暂降的影响范围，并针对性的提出电压暂降治理措施，为降低电压暂降发生概率，减少用户损失提供了可靠的参考依据。

由于受电网结构和运行特性，以及自然环境复杂性的影响，电压暂降是电网运行过程中客观存在且不可避免的现象，也是当前国内外电力行业面临的普遍性问题。电压暂降可以通过一系列的手段和方法予以减少，但目前尝没有合理的技术措施予以彻底解决，在今后有必要持续研究，以期突破。

参考文献

1. 徐永海，陶顺，肖湘宁.电网中电压暂降和短时间中断［M］.北京：中国电力出版社，2015：194-197.

2. 国内因电能质量原因造成事故的部分典型案例. http://www.docin.com/p­599109757.html.

3. 王超，徐政，潘武略，等.中国用户停电损失调查方法[J].电网技术，2007，31(11): 54-58.

4. 杨达，肖先勇，汪颖，等.计及失效事件和严重程度不确定性的设备电压暂降失效率评估［J］.电力自动化设备，2013，33（10）：107-111，117.

5. 易吉良.基于S变换的电能质量扰动分析[D].湖南大学，2010.

收稿日期：2020-06-24。

作者简介：

恭秀芬（1988），女，工学硕士，工程师，主要从事电力系统分析方面的研究工作，邮箱：1012423917@qq.com。