关于供电系统抗“晃电”问题的思考

王志国，史首田，孙大伟

(中盐内蒙古化工股份有限公司，内蒙古 阿拉善 750336)

1 “晃电”的概念及类型

当供电系统在正常运行过程中受到雷击、对地短路故障、重合闸备自投、企业内外部的电网故障、大型设备起动等的冲击下，会造成系统电压短时间内的大幅度波动或瞬间失电又恢复的现象，这种现象通常称为“晃电”。

“晃电”的类型。(1)电压骤降、骤升。持续时间半个周期至1 min，电压上升或下降至标称电压的110%～180%或10%～90%。(2)电压闪变。电压波形包络线呈规则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。(3)短时断电。持续时间在半个周期至3 s的供电中断(如备自投、重合闸等)。

2 “晃电”对企业生产的危害

中盐内蒙古化工股份有限公司(以下简称“公司”)是大型盐化工企业，在连续生产中，大量设备在工艺流程上不允许电动机跳闸停机。“晃电”可引起交流接触器释放、断路器跳闸，造成电机停转、装置停电，导致生产中断，给正常生产造成严重影响，造成经济损失及人员伤亡，因此解决困扰公司“晃电”的问题，是确保连续、安全生产的基础。

3 “晃电”造成跳闸停机的原因分析

(1)智能型万能断路器跳闸。公司各生产单位的电源开关基本上都是智能型万能断路器，部分是装有欠压脱扣器的智能型万能断路器，可能会由于延时跳闸时间设置过短无法躲过“晃电”，当电源失电或“晃电”时，欠压脱扣器衔铁在弹簧的带动下释放，然后带动跳闸机构动作，智能型万能断路器跳闸，导致该断路器所接带的设备停转或装置停电，影响生产的连续稳定运行。

(2)电磁式交流接触器释放(对低压电动机的影响)。公司大部分低压电动机都是由电磁式交流接触器控制，由于电磁式交流接触器的工作原理特点，当电网出现“晃电”时，会造成接触器工作线圈短时断电或电压过低，致使靠电流维持吸的动、静铁芯吸力小于释放弹簧的弹力，接触器释放，导致该接触器所接带的设备停转，影响生产的连续稳定运行。

电磁式交流接触器的动作特性。国际IEC标准规定额定电压的80%为临界可靠吸合电压，临界释放电压为额定工作电压的20%～70%，现场使用的电磁式交流接触器—般在标称的电压50%释放。接触器容量越大释放电压值越高，而且具有不可恢复性，即当电压到达释放值，弹簧开始释放，即使电压开始恢复但不能瞬变，辅助点已经打开，电磁铁短时不能恢复磁力，接触器触点也不能重新吸合。所以因“晃电”导致电磁式交流接触器释放而设备停机是由其工作原理所致。

(3)变频器调节控制低电压故障停机。公司有部分电动机采用变频器调节控制，由于一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能，当变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压(指电压下降至额定电压的70%，个别变频器为76%)或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作，电动机将处于自由制动状态；逆变器件为IGBT时，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间totd，变频器自我保护停止运行。在电源“晃电”较为强烈时，有可能使变频器调节控制的电动机停止运行，影响生产的连续稳定运行。

(4)综合保护装置低电压保护跳闸(对高压电动机的影响)。公司10 kV高压电动机综合保护装置都有低电压保护跳闸，高压电动机低电压保护定值设定为额定电压的65%～70%，时限为0.5 s。当“晃电”发生致使电压值降至保护定值以下、时限0.5 s时，高压电动机就会被切除。由于电力系统备自投或重合闸技术的局限，“晃电”发生后恢复供电时间一般在1 s以后甚至更长，从而造成高压电动机停运，影响生产的连续稳定运行。

(5)“晃电”时由于电压低，会导致电动机过电流，从而使电动机热保护动作而跳闸。但这种情况很少出现，因此在这里不再讨论。

4 “晃电”造成跳闸的解决措施

4.1 针对智能型万能断路器问题的改进措施

(1)取消失压脱扣器的衔铁，可防止因释放导致的断路器跳闸。但是这样在系统永久失电时，断路器也不会跳了，会造成不安全因素，不可取，放弃。

(2)采用UPS系统给失压脱扣器供电的方法，但此种方法设备接线复杂、可靠性差，放弃。

(3)将失压脱扣器线圈电源改为直流电源，在该线圈上并联一贮能电容，当系统电压过低时，贮能电容就自动向失压脱扣器线圈放电，维持其吸合，当电容电压下降到失压脱扣器的维持电压时，断路器跳闸。此方法接线简单、可靠性高，既能躲过“晃电”，又可以再在系统永久失电时跳闸，可以满足要求。

具体解决方案：

根据磁通势公式F=NI(N——线圈匝数，I——线圈电流)当线圈匝数不变的情况下如果通过电流相等，则1 s 220 μF<1 s；1 000 μF，2 s；2 200 μF，5 s。由于“晃电”时间一般不大于3 s，因此选择2 200 μF、50 V的电容就可满足要求。

4.2 针对电磁式交流接触器问题的改进措施

(1)采用UPS系统给电磁式交流接触器线圈供电的方法，但此方法设备接线复杂、可靠性差，放弃。

(2)将各生产单位现有的电磁式交流接触器全部更换为FS/E系列抗“晃电”交流接触器。FS/E系列抗“晃电”交流接触器用于交流50 Hz、60 Hz，额定工作电压至1 140 V的电力系统中接通和分断电路，用于连续性生产作业线因雷击、短路重合等供电系统发生的瞬间失压、失电(俗称“晃电”)保持接触器不脱扣。而操作接通、分断与常规接触器完全相同。当事故停电超过定时限时间时，接触器脱扣，可达到躲过“晃电”保持连续生产不停机的目的。但此方法投资大、工作量大，实施起来很困难，故暂时放弃。可在以后陆续更换接触器的过程中逐步实施。

(3)采用LA3-D型空气延时头对电路进行改造，可以组成一种抗“晃电”的电路。LA3-D型空气延时头其本身不带线圈，可以是配合JZC4、CJX2系列等常见的电磁式交流接触器组合成延时接触器，时间继电器模块的触点为延时开启动合触点，延时时间0.1 s～30 s。把空气延时头的触点并联到电磁式交流接触器的自保持触点上，当电压恢复后能把电机启动起来，同时，电磁式交流接触器的保持辅助触头闭合，空气延时头的常开触头闭合，完成“晃电”再启动动作。如果系统发生“晃电”后，系统电压未在设定时间内恢复，则空气延时头的常开触头断开，不会再启动。此种方法投资小、工作量小，可在关键低压电气设备的电磁式交流接触器控制上实施。

(4)利用低压综保再启动，使已脱扣的接触器待电压恢复后自动重合，达到低压电动机抗“晃电”的目的。

以上四种方法无法实现电动机分批启动，都是一个群起的过程，对电网冲击较大，因此不宜设置太多，要视系统容量和工艺需求来确定最佳数量。如果因工艺原因再起动的电机数量较大时，必须采用低压电动机再起动集中控制装置(即措施五)，使电动机分批启动，防止电动机群起危及电网安全稳定。

(5)利用控制柜分批启动技术是实现防范大功率机电设备“晃电”现象发生的重要途径和手段。当整个供电网络出现“晃电”时，控制人员可以在允许时间内设定控制柜分批启动参数的途径来实现该设备按照预先设定的内容及步骤逐次启动已经停止运转的电机，从而保证企业生产的连续性。如果断电时间相对较长，控制柜将会因为参数小于断电时间而无法按照程序启动电机，此时为了保证电机不会被烧坏或者是防止人为恶意行为出现，将会自动闭锁再启动程序，同时通过有线或者是无线网络向系统管理员报警，在判明故障点位后实施人工干预处理以重新恢复供电。针对当前公司生产实际情况而言，后一种人工干预事件发生几率微乎其微，因而可以将其与控制柜分批启动技术应用的矛盾排除在外。所以控制柜分批启动技术能够针对电网短时间“晃电”发挥出良好的防“晃电”作用，值得在公司防“晃电”工作中加以推广使用。

因此，针对电磁式交流接触器问题的改进措施，建议采用(3)与(5)相结合的方式，解决低压电动机因“晃电”跳闸停转的问题。

4.3 针对变频器调节控制低电压故障停机问题的改进措施

建议对公司关键设备的变频器装置进行梳理，看变频器是否具备以下两个条件：一是逆变器件是否为IGBT；二是是否有直流支撑系统DC-BANK。如果具备，通过合理的参数设置，可以解决变频器的防“晃电”问题。

4.4 针对综合保护装置低电压保护跳闸问题的改进措施

(1)在10 kV装置配电室安装“快切装置”，即将母联的备自投装置更换为“快切装置”，解决高压电动机抗“晃电”的问题。快切装置切换动作需要两个条件：一是启动判据，即发生“晃电”时，需要提供给快切装置一个启动信号；二是合上备用电源的条件，即待并的两条线路电源电压之间的相差、角差、频差满足快切装置合闸设定的条件，才能合上备用电源。在这两个条件中，启动判据最为重要，它是决定快切装置能否在“快速切换区域”合上备用电源、解决高压电动机抗“晃电”的关键。

选定既能保护线路全线又无动作时限的速动保护装置即光纤差动保护来作为快切装置的启动判据，可以解决内部线路“晃电”的问题；选定电动机逆功率(根据厂用电母线进线入口处三相短路时反馈电流的方向与正常电流的方向相反的特点构成能够快速启动的逆功率启动判据)作为启动判据，可以解决外电网或外部线路“晃电”的问题；选定“无流”(通过检测进线电流“从有到无”的变化过程作为快切装置的启动判据)作为启动判据，可以解决误操作和线路开关偷跳造成的“晃电”的问题。

此措施必须考虑当一段母线“晃电”跳闸，另一段母线的电源电缆、开关容量、母线容量、变压器容量等能否承担两段母线全部负荷的问题。如果不能承担，则此方法无法实施。

(2)利用母线上的电压互感器来监视电压的变化，加装时间继电器，通过时间继电器的延时作用，当出现“晃电”时，延时一定时间后再动作于断路器跳闸，就可实现断电延时自起动功能。通过科学设置低电压保护定值，避免低电压保护不必要的动作，减少“晃电”产生。采用微机备自投综合保护装置，解决回路中接点故障率高的问题，提高综合判断的能力和保护动作的可靠性。同时要科学合理设置微机保护合闸脉冲时间。此措施投资小、工作量小，可在关键高压电气设备上实施。