企业电网晃电的原因及对策分析

2022-09-11

热电站、炼油总开闭所是某企业的两个供电中心。热电站主要供化纤、化工、油品质量升级项目新建装置、一催化、二联合气分、水源等公用工程、三产及居民用电。总开闭所主要供二催化、四联合、重整、常压等装置用电, 两个系统在企业内部互相独立, 共同接入供电公司220KV变电站。伴随着某企业的不断扩建, 内部电网也日益扩大, 变压器及馈电线路数量增多, 电源瞬时失压, 即“晃电”的现象越来越频繁, 其主要原因是相邻回路故障引起的电压波动几率增加了。石化企业对生产的连续性要求强, 因此, 每一次晃电都会造成生产重大经济损失。

“晃电”是指, 因雷击、短路或其他原因造成的电网电压瞬时跌落 (电压凹陷) , 电网电压暂降或电压中断, 时间在1.5秒之内, 又恢复正常的现象。电压暂降IEEE的定义下降到额定值的90%至10%;IEC定义为90%至1%。—旦电压有效值降低到接近于零称为中断, IEC定义为1%以下, 美国电气和电子工程师协会IEEE定义为10%以下。

1 晃电造成的影响

1.1 近年来晃电给企业带来的停产事故案例

自2008年2月20日至2014年6月7日, 某企业共发生8起典型“晃电”事故, 其中有2起是外电网“晃电”造成, 其它都是企业内部电网故障, 造成供电系统“晃电”。

1.2 晃电对同一电压等级的影响

根据发生故障时, 对供电系统的影响情况, 可以将供电系统分成三部分:

1.2.1 直接故障系统:

故障点所在的回路及其下级系统, 至第一道保护和开关, 可以通过保护动作使开关跳闸切除的故障部分。

1.2.2 关联故障系统:

与直接故障系统处于同一供电网络, 或并列运行的系统, 发生故障时, 会受到直接影响的供电网络部分,

1.2.3 正常运行系统:

故障发生时, 没有受到故障的影响, 或不会受到故障的影响。

当供电系统中某点出现短路时, 它所在的回路保护启动, 开关应该跳闸, 将其从电网中切除出来, 保障电网的正常运行。往往是保护和开关都按要求正确动作, 将故障点有效地从电网中切除了, 但电网中的其它设备也受到了影响, 甚至造成了其它生产装置大面积设备停运, 形成了关联故障系统。

1.3 晃电对下一电压等级的影响

故障支路电压等级越高影响范围越大, 电压等级高, 不仅直接故障系统中下级所带回路多、设备多, 受直接故障系统影响的关联故障系统下级所带的回路、设备也更多。关联故障系统更庞大。

2 晃电产生的原因

2.1 某企业的电网结构

某企业内部有2个互相独立的电网:热电站电网和开闭所电网, 电源分别引自供电公司220k V变电站的110 k V系统和6k V系统。

热电站电网1999年建成投用, 其110k V系统主结线为双母线。装有三台110k V/35k V/6k V/75MVA三绕组有载调压电力变压器, 大1#、2#、3#发电机组分别经大1#、2#、3#主变与系统并网运行, 35k V系统主结线为三段式单母线分段。

热电站下级设有9个35k V变电站。其中有1#、2#、3#、4#、5#、6#站设有35KV母线及开关柜, 均单母分段运行, 分别装有两台35KV/6 (10) KV变压器, 1#站为空压机组增设一台35KV/10KV变压器。7#、8#、9#、5#站II期为升级改造增加的35KV变电站, 采用线变组结构, 分别装设两台35KV/6 (10) KV变压器。由各站6 (10) KV供电至各装置变电所、水源架空线路等。

2.2 电网产生晃电的原因

分析自2008年以来某企业产生晃电的主要原因, 归结为以下几个方面:

2.2.1 35KV设备运行可靠性低, 故障率高

原热电站35k V系统开关柜为国产金属铠装柜, 故障率高、开关开断时间长、开断容量不足。发生故障时, 不能可靠分断, 将故障点从电网隔离, 反而易造成次生事故和事故扩大, 如08年2.20, 35KV开关柜崩烧事故。1#、2#、4#站35KV开关柜为2005年更换, 较1999年所上的开关柜有所改进, 故障率还是相对较高, 在运行过程中被及时发现, 未形成事故。

2.2.2 35k V电缆系统过大, 故障几率高、影响面大

35KV电缆馈出线有20个回路, 22根电缆, 总长约50KM, 有电缆中间头27个, 电缆及中间头大部分直埋于土里, 中间头绝缘易受潮降低, 或击穿。另外, 没有电缆专用路径或通道, 各种动土作业易造成外护套受伤, 埋下隐患。

2.2.3 架空线路长, 所处环境、路径复杂, 易受树木、车辆、周围异常情况影响, 造成接地、短路故障, 也易遭雷击破坏。

2.2.4 6/10KV等级用电设备故障率高。

3 晃电造成生产装置波动的原因

3.1 电网“晃电”故障的持续时间长

继电保护采集到短路故障信息到启动保护出口动作的固有时间一般为20—30ms;断路器接到保护分闸命令到断路器断开的固有分闸时间, 一般为40—60ms;断路器分断回路的过程中, 从触头断开产生电弧的瞬间开始, 到电弧完全熄灭为止的燃弧时间间隔, 需要10—20ms, 也就是说从故障发生到从电网中隔离开, 至少需要70—110ms, 若需启动后备保护, 时间至少还会延长200—300 ms。

3.2 敏感设备对电压凹陷的承受能力差

电网发生波动时, 对电压较为敏感的设备将会最先动作, 如:交流接触器在电压低压45%时, 持续20-30ms线圈会释放, 持续30-40ms交流电磁阀会释放, 持续20ms控制类设备会关闭。变频类设备一般在额定电压的65%-85%, 也只能维持20ms。

综上所述, 电压凹陷深度大, 时间超过20ms, 就会造成设备停机, 而故障时, 综保和断路器分闸至少需要70—110ms, 因此, 只要系统发生故障, 就有可能造成关联故障系统的生产波动。电压凹陷持续时间越长, 造成的后果越严重, 会有更多的控制类设备的无压释放, 电动机也会受到大电流冲击。

4 对策及分析

4.1 优化电力系统

4.1.1 优化热电站电力系统

(1) 将热电站原35k V金属铠装柜更新为高性能的ABB35k V GIS组合电气装置。并将35k V系统主接线三段单母单分段改为双母双分段, 提高设备运行可靠性, 降低故障率。增强故障情况下的开关柜的热稳定性, 动作的可靠性, 和快速切除故障的能力。

(2) 发电机出口组合型母线改造为绝缘管型母线与变压器连接, 发电机主变和联络变采用电力电缆连接。减少复杂环境中裸母线的使用量, 降低线路故障几率。

(3) 完善35k V无功补偿装置, 降低线路损耗, 提高系统电压, 提高短时故障时的稳压能力, 减弱电压凹陷深度。

(4) 热电站110k V联络线、35k V到1#、2#、4#站的馈出线路改为光纤纵差保护。即保护了电力线路全长, 和35KV变压器, 又增强故障判断的灵敏性和准确性, 提高了动作的快速性, 达到快速切除故障点, 缩短晃电时间。

(5) 取消下级35KV站的开关柜, 采用线路变压器组加隔离开关结构。简化系统, 减少故障点和故障发生几率。

4.1.2 优化6KV用电系统

(1) 对厂外水源地6KV架空线路改造, 一方面再将一部分裸导线改为绝缘线, 砍伐沿线区域树木, 另一方面将路线架在在人员出入少, 距建筑物或厂矿远的地方, 减少外力破坏造成接地、短路故障几率。

(2) 在6k V水源架空线路馈出侧增设隔离变压器, 使其与厂内电网隔离开, 避免频繁的故障影响厂内6k V系统运行, 和造成厂内6KV设备和线路累积损坏。同时, 改进架空线路故障保护。

(3) 压缩短路后备保护级差时间, 由0.3S的级差时间, 调整到0.2S, 由保护动作延时时间改为保护动作加断路器跳开总时间。整体缩短故障切除时间, 尤其是故障支路电压等级越高, 动作延迟时间缩短越多, 切除故障更快速。

(4) 在馈出回路多、线路长的变电所增设接地选线装置, 快速选中接地线路并报警, 人为进行隔离, 缩短故障排除时间, 降低接地故障对其它线路及设备的损害。如5#站I期、1#泵房、开闭所。

4.2 提高抗晃电能力

4.2.1 改变热电站运行方式

热电站的运行方式由并列运行调整为分列运行, 故障发生时, 缩小关联故障系统, 以减小故障影响面积。

4.2.2 完善备自投功能, 增上无扰动切换装置, 与备自投相结合

无扰动切换相当于不间断供电电源切换, 实时跟踪、判断、捕捉负荷的母线残压 (在较高时) 与备用电源电压的最佳合闸时机点, 动作切换时间理论数据在100ms以内, 一般100-200ms将故障供电线路切换至正常线路。当残压电压大于45%时另一路电源投入, 接触器没有释放, 且电机运转速度还较高, 实现备用电源快速无扰动投入, 对另一路电源的冲击也会很小, 对生产装置的影响也会很小。当无扰动装置不能设定时间内切换时, 由备自投装置完成切换。适用于新上变电所或更新改造的变电所。

4.2.3 备自投系统与可靠的分批自起动结合

低压系统中, 对电压敏感的设备居多, 应该有瞬时失电备用电源自投和自起动设备相配合。当电压暂降时长达到备自投条件时, 备自投装置启动, 备用电源接入后, 同时有可靠的自起动设备能够分期分批将停机设备再次启动起来, 将会有效减少停机时间, 最终使装置生产不受影响。

由于大部分晃电持续时间在几十到几百毫秒, 达不到备自投启动条件, 但敏感设备已释放, 自起动设备必须在低于接触器释放时间内, 也即在60m S以内, 捕捉到电压的凹陷。失压时间稍长, 再次起动可能会对电源带来较大的冲击, 只限在重要负荷电动机的控制中采用。为了能使更多的电机能够自动再起动, 常根据系统容量对电机分批次启动, 一般在母线电压恢复3S内完成全部起动。用于主要装置, 需自起动电机数量多的变电所。

4.2.4 低电压保护增加延时

高压设备的防晃电能力大多取决于低电压保护的延时时间, 一般按0.5S整定, 个别重要负荷, 整定时间会设置在0.9S或更长, 进口机组, 如PTA的BC101的低电压延时只有0.1S, 在起初的晃电中, 会率先停机, 低电压延时调整后, 和其它高压电机一样, 晃电时, 没有出现低电压停机。

4.2.5 延缓控制类设备释放

将控制器的电源改为不间断供电电源, 避免控制器瞬时失电的停机发生。空压几台进口机组, 现场控制器的电源取自低压回路, 晃电时间超20ms, 控制器就有会因失电而出口继电器动作, 发出停机命令。将其控制电源改为由UPS电源供电。在新增的进口机组中, 应注意其控制器的供电电源, 要直接改由不间断的电源系统供电。

4.2.6 改进机组润滑系统

采用电源取自不同段的两台辅助润滑油泵, 或者采用油压缓冲系统, 避免晃电时, 电机转速下降, 主油泵油压供应不足, 辅泵不能正常起动, 而低油压联锁停机。

4.2.7 改进电缆敷设方式

择机对35KV电缆采用专用槽盒或电缆沟敷设, 或增设电缆中间头井, 降低中间头进水或爱潮损坏几率, 且便于检查与发现隐患。降低电缆线路故障。

5 结语

减少晃电给企业带来损失, 是一个长期的工作, 一方面要从电力系统着手, 避免高电压等级的不稳定因素, 避免和减少造成电网波动几率、缩短波动的时限, 另一方面从下级用电增强搞晃电的能力, 和减少区域内的高压设备故障对电网的影响。经过近几年的不断改进, 已取得了一定的成效, 还有一些改进需在2015年停工检修时才能进行。

摘要：现代工业生产是以电力为基础进行, 一旦电力网络发生故障或者较大的波动, 就会影响到正常的生产。所以, 要保证各类生产的正常进行, 就要对电力网络出现的各种故障进行分析, 做出相应的应对措施。本文结合某企业的实际情况, 分析电网波动的原因及对企业造成影响的原因, 找出问题。对已采取的措施进行分析, 和提出进一步的改进措施, 以减少企业损失。

关键词：电网,晃电,电压波动,优化