開平市高新工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)故障案例分析

電壓波動(dòng)[1]屬于非常嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題，成因相對(duì)復(fù)雜，很多因素?zé)o法控制，因此要避免電壓波動(dòng)難度很大。電壓波動(dòng)的事故分析國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些研究，例如文獻(xiàn)[2-3]論述了電壓波動(dòng)對(duì)工廠電氣設(shè)備的影響并提出了解決方案，但其提出的角度均是從電力用戶出發(fā)，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行單位沒有很好的借鑒意義。

本文主要介紹開平市高新工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)一起典型的故障實(shí)例，從用電客戶及電網(wǎng)的雙視角出發(fā)，結(jié)合常規(guī)故障分析手段與故障錄波分析，從電網(wǎng)運(yùn)行控制、電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、技術(shù)應(yīng)用等方面提出了相關(guān)建議與防范措施。

1案例概況

1.1工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)總體介紹

從2022年1月至10月，工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)共有25家企業(yè)受到電壓波動(dòng)影響。其中聯(lián)新公司受影響次數(shù)較多，其他企業(yè)也均受到一定程度的影響。電壓波動(dòng)導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)時(shí)原材料報(bào)廢，連續(xù)發(fā)生多次電壓波動(dòng)引起生產(chǎn)設(shè)備跳停、生產(chǎn)線停機(jī)，給企業(yè)造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也影響到當(dāng)?shù)毓╇娋值墓╇娍煽啃浴?

1.2聯(lián)新公司供電電源基本情況

聯(lián)新公司位于高新工業(yè)園區(qū)，用電設(shè)備較多（負(fù)荷總?cè)萘繛?0 000 kvA），由翠山站3條10 kv線路供電，翠山站由220 kv灣琴站110 kv灣塘乙線供電到110 kv沙塘站，再由沙塘站110 kv塘翠線供電到翠山站，即沙塘站是翠山站的電源側(cè)途經(jīng)站點(diǎn)，110 kv灣塘乙線是翠山站的電源側(cè)輸電線路。

2事故案例經(jīng)過

2022年以來，隨著開平市高新工業(yè)園區(qū)招商引資速度加快，園區(qū)大型公司用電可靠性要求不斷提升。2022年9月和10月，因電壓波動(dòng)，園區(qū)2家大型公司生產(chǎn)設(shè)備故障跳停，當(dāng)?shù)毓╇姽玖⒓闯闪＜覉F(tuán)隊(duì)就電壓波動(dòng)造成企業(yè)設(shè)備跳停的問題進(jìn)行研究。經(jīng)查閱故障記錄，發(fā)現(xiàn)造成聯(lián)新公司設(shè)備跳停的電網(wǎng)瞬時(shí)故障為站內(nèi)開關(guān)動(dòng)作，且為近區(qū)相間短路故障。相間短路故障電流非常大（4次均大于7 000 A），而且持續(xù)時(shí)間超0.3 s，在此期間沙塘站的10 kv母線出現(xiàn)電壓暫降現(xiàn)象。初步明確電網(wǎng)線路瞬時(shí)故障引起線路電壓暫降，造成大型企業(yè)用電高可靠性設(shè)備保護(hù)動(dòng)作。

3事故分析

3.1總體原因分析

現(xiàn)對(duì)高新工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)大客戶電壓波動(dòng)進(jìn)行技術(shù)分析，選取受影響次數(shù)最多的聯(lián)新公司進(jìn)行事故分析。翠山站出線瞬時(shí)故障4條次，發(fā)生近區(qū)故障也是經(jīng)過保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0.3 s，經(jīng)過9 s自動(dòng)重合恢復(fù)供電；在故障電流持續(xù)0.3 s的時(shí)間后會(huì)引起母線出現(xiàn)電壓暫降現(xiàn)象，從而影響聯(lián)新公司主供線路上的用電設(shè)備跳停。

3.2常規(guī)故障分析

3.2.1供電企業(yè)方面

通過分析線路錄波圖和自動(dòng)化開關(guān)保護(hù)動(dòng)作記錄，10 kv沙塘線和10 kv工業(yè)線均發(fā)生實(shí)質(zhì)故障，10 kv沙塘線故障點(diǎn)位于#1塔1T01刀閘，塔下找到老鼠尸體。10 kv工業(yè)線故障點(diǎn)位于#1塔1T01刀閘，塔下找到老鼠尸體。確定是線路瞬時(shí)故障造成大工業(yè)用戶電源線路電壓波動(dòng)。

3.2.2電力用戶方面

專家團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘查了電力線路瞬時(shí)故障所影響的生產(chǎn)線設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)線設(shè)備構(gòu)成、保護(hù)邏輯及生產(chǎn)特性進(jìn)行了檢查和分析，了解到聯(lián)新公司用電設(shè)備的負(fù)荷總?cè)萘繛?0 000 kvA，其中有7 400 kvA用電設(shè)備對(duì)電壓波動(dòng)較為敏感，主要為織機(jī)捻機(jī)設(shè)備和浸膠設(shè)備，其中又以織機(jī)捻機(jī)（進(jìn)口設(shè)備）最為敏感，受影響次數(shù)最多?？棛C(jī)捻機(jī)設(shè)備的電壓承受范圍為幅值不超過士15%，且對(duì)電壓暫降的時(shí)限要求不超過200 ms。當(dāng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備自身的保護(hù)裝置都會(huì)啟動(dòng)（報(bào)警跳停），電壓恢復(fù)正常后，均需要經(jīng)人工清除故障碼后才能恢復(fù)正常生產(chǎn)。

3.3故障錄波分析

3.3.1 10 kv沙塘線速斷動(dòng)作跳閘

2022—09—29T00：33：17，10 kv沙塘線速斷動(dòng)作跳閘，重合成功，故障電流10 402.8 A。

從沙塘站的錄波圖（圖1）可以看出，從0 ms開始2M電壓uC驟降，同時(shí)產(chǎn)生零序電壓，ua、ub升高，表明此時(shí)C相接地。

從270 ms開始，ub電壓波形驟降接近0，因C相接地產(chǎn)生電弧，導(dǎo)致B、C相短路，從360 ms開始，ua電壓波形也驟降接近0，表明此時(shí)A、B、C三相短路（圖2）。

從620 ms開始，ua、ub、uC波形恢復(fù)正常，3u0恢復(fù)到0，表明此時(shí)開關(guān)動(dòng)作（圖3）。

相間短路從270 ms至620 ms共350 ms，根據(jù)10 kv沙塘線站內(nèi)開關(guān)繼保裝置錄得故障電流10 402.8 A，達(dá)到開關(guān)動(dòng)作定值（速斷定值：3 000 A，0.3 s），查看自動(dòng)化系統(tǒng)沙塘線站內(nèi)開關(guān)動(dòng)作情況，開關(guān)在2022—09—29T00：33：17啟動(dòng)速斷動(dòng)作跳閘，9 s后啟動(dòng)重合閘。

3.3.2 10 kv工業(yè)線速斷動(dòng)作跳閘

2022—10—08T03：52：05，10 kv工業(yè)線速斷動(dòng)作跳閘，重合成功，故障電流12 954 A。

從沙塘站的錄波圖（圖4）可以看出，從0 ms開始2M電壓uC驟降，同時(shí)產(chǎn)生零序電壓，ua、ub波形峰值升高，表明此時(shí)C相接地。

在400~420 ms期間，ub、ua波形相繼驟降接近0，說明此時(shí)因C相接地產(chǎn)生電弧，導(dǎo)致A、B、C相短路（圖5）。

三相短路故障電流持續(xù)340 ms，自740 ms時(shí)刻開始，三相電壓恢復(fù)正常，說明此時(shí)開關(guān)切斷故障電流（圖6）。

結(jié)合保護(hù)裝置采集的故障電流和系統(tǒng)開關(guān)動(dòng)作記錄分析，開關(guān)檢測(cè)到12 954 A故障電流，達(dá)到速斷動(dòng)作定值（3 000 A，0.3 s），啟動(dòng)速斷動(dòng)作跳閘，9 s后啟動(dòng)重合閘，動(dòng)作正確。

兩次瞬時(shí)故障為變電站首端發(fā)生近區(qū)過流故障，110 kv沙塘站是110 kv翠山站電源側(cè)途經(jīng)站點(diǎn)，110 kv沙塘站的10 kv母線電壓暫降，引起110 kv翠山站10 kv母線電壓波動(dòng)。大工業(yè)用戶對(duì)供電可靠性敏感設(shè)備電壓暫降承受范圍為電壓幅值不超過士15%，且對(duì)電壓暫降的時(shí)限要求不超過200 ms。根據(jù)110 kv翠山站錄波文件計(jì)算，故障前后電壓降幅約為23%，達(dá)到敏感設(shè)備跳停定值。

4改進(jìn)措施及建議

4.1改進(jìn)措施

（1）對(duì)開關(guān)架或者配變臺(tái)架安裝防鼠擋板，阻止小動(dòng)物攀爬。

（2）電力設(shè)備裸露帶電部分加裝絕緣護(hù)套，阻斷小動(dòng)物與帶電體的電流回路，避免線路故障跳閘。

4.2具體建議

（1）技術(shù)部門安排對(duì)翠山站開展諧波監(jiān)測(cè)，對(duì)站內(nèi)電壓、無(wú)功等指標(biāo)進(jìn)行深入檢測(cè)分析，排查是否仍存在其他影響翠山站母線電壓波動(dòng)的原因。

（2）組織專家研判站內(nèi)開關(guān)定值，決策是否可以修改站內(nèi)開關(guān)速斷動(dòng)作定值為0 s，并設(shè)置2次重合閘實(shí)現(xiàn)與站外自動(dòng)化開關(guān)的保護(hù)級(jí)差配合，實(shí)現(xiàn)近區(qū)線路短路故障電流持續(xù)時(shí)間小于大工業(yè)用戶敏感設(shè)備保護(hù)動(dòng)作定值。

（3）組織專家研判主網(wǎng)運(yùn)行方式，決策是否可以優(yōu)化調(diào)整主網(wǎng)運(yùn)行方式，將110 kv翠山站改由220 kv開平站直供，減少翠山站電源線路系統(tǒng)阻抗對(duì)翠山站母線電壓波動(dòng)幅度造成的影響。

（4）建議高用電可靠性企業(yè)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)。供電企業(yè)協(xié)助用戶分析生產(chǎn)用電特性，建議用戶通過加裝UPS不間斷電源、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置，退出低壓脫扣裝置或調(diào)整定值時(shí)間等措施，提高生產(chǎn)設(shè)備用電可靠性。

5結(jié)束語(yǔ)

線路發(fā)生故障會(huì)引起鄰近線路和變電站電壓出現(xiàn)波動(dòng)，電壓波動(dòng)嚴(yán)重影響電能質(zhì)量，也影響著工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工廠車間停電跳閘，是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)健康發(fā)展的一個(gè)重要隱患。為此，本文從常規(guī)故障分析和故障錄波分析入手，總結(jié)出應(yīng)對(duì)與防范電壓波動(dòng)的舉措，期望能最大程度保障客戶電能質(zhì)量，維護(hù)供電企業(yè)利益。