1晃電的概述

1.1晃電的概念

所謂“晃電”，就是電壓驟降也稱電壓暫降，是指系統內發生短路故障，供電電壓有效值的突然下降或幾乎完全損失，然后短路故障被切除后，供電電壓又回升到正常值附近，是一種電壓“凹陷”現象；

電壓暫降一般采用剩余電壓和持續時間來說明，國標(GB)及國際電工委員會(IEC)將其定義為供電電壓有效值快速下降到其額定值的90%-10%，而后又快速恢復到額定值的90%以上，持續時間為10ms~60s不等。

1.2晃電機理

 

圖一輻射狀配電系統（晃電的電壓分配模型）

ZF—故障點與PCC點之間的線路阻抗；

ZS—PCC點與電源之間的系統阻抗；

當某線路發生短路故障，負荷電源公共點即PCC點的電壓跌落幅值大小取決于ZF與ZS之間的分壓關系，GB/T 30137-2013《電能質量 電壓暫降與短時中斷》對于故障引起的PCC點亦即負荷端的電壓暫降幅值為：

      (公式1)

短路點離PCC點越近，PCC點電壓越低，對其他負荷的影響也是越大，尤其是一些對電源質量要求很嚴苛的敏感類負荷。

1.3晃電的危害

現有的微機綜保控制普通真空斷路器切除短路故障的時間t=保護判斷及出口時間+斷路器固有動作時間+燃弧時間，t大多需要80ms以上，這也是母線電壓凹陷的時間即晃電時間。

晃電是否給企業造成停產損失，取決于母線上重要負荷是否能穿越低電壓故障時間，即負荷對低電壓的忍耐時間與晃電時間的博弈結果！在新型自動化程度高的大型企業中或發電廠中，對供電的連續性要求非常高。但內網短路故障造成的晃電影響并不能被完全杜絕，由于短路引起的電壓跌落，導致敏感設備或元件（如開關電源、電磁閥、低壓繼電器、接觸器及無低電壓穿越功能的變頻器等）停止運行，造成供電或生產中斷，而恢復時間較長，給企業帶來不同程度的經濟損失。

一般異步電動機的繞組短路衰減時間常數τ為30~40ms左右，就是說只要內網短路故障持續3τ左右的時間，電機的磁場就會衰減殆盡，變成掛在網上減速旋轉的鐵疙瘩。當短路故障點被斷路器切除時刻，母線電壓進入恢復期，所有在網的異步電動機同時重建磁場，實際上就是“電機群直接啟動”，啟動伊始要向電網索取相當于電機群額定電流總和5~7倍的無功電流，形成強烈的電流沖擊，此過程稱為電機的“二次沖擊”。

二次沖擊電流在該系統變壓器和線路的阻抗上會形成較大的壓降，降低了電動機的機端電壓，致使電機的電磁轉矩不足，影響了電機轉速恢復，造成自啟失敗；并且增加了過流時間，客觀上延緩了母線電壓的恢復過程；嚴重情況下會造成系統大面積停電跳閘事故。

如果能有一套行之有效的解決方案，從源頭上避免因為晃電時間過長造成的供電或生產被迫中斷，對保證企業的生產連續性有重要意義。

2企業內網系統晃電治理策略

2.1策略

當支路故障上級母線電壓必將跌落，若支路上設計增加高阻抗電抗器是可以在支路故障時抬升母線側的剩余電壓達到至少90%以上。

圖二支路增加高阻抗后的電壓分配模型

Zd—為抬升PCC點的剩余電壓所需要在故障支路增加的阻抗；

ZF為線路阻抗，根據短路點的遠近線路阻抗是不一樣的，故在治理電壓暫降計算母線側PCC點電壓時就應按最嚴重情況考慮，即ZF為零。

即增加高阻抗電抗器Zd后，PCC點剩余電壓為：

         (公式2)

為保證PCC點剩余電壓有80%，即Udip=0.9，根據公式2推導出Zd=9ZS。

2.2直接串抗的弊端迎來可變阻抗的剛需

饋出線支路直接串抗存在如下弊端：

(1) 高阻抗電抗器生產存在困難，而常規生產的電抗器，其阻抗小無法抬升

非故障母線電壓到90%。

(2) 電抗器長期投運，有功無功電能損耗較嚴重。

可變阻抗概念：正常運行時，表現為零阻抗或微小阻抗，功率接近于零；在發生短路故障時，迅速呈現高阻抗以達到抑制短路電流的目的。

而我公司研制的ZRD母線殘壓保持裝置是非常有應用價值的可變阻抗，非常適用于鋼鐵、化工、造紙、冶金及精密加工等對供電連續性要求很高的系統中。

3母線殘壓保持裝置

母線殘壓保持裝置（ZRD）是專門針對中壓配電系統設計開發的；基于“短路故障快速判斷技術”為控制基礎，采用“電磁斥力快速斷路器”為執行元件，可實現當支路發生短路故障20ms內投入“高阻抗電抗器”，提升PCC點電壓達到90%，隔離故障支路對系統側電源（母線）電壓的影響。

 

3.1一次原理

圖三一次原理圖

本裝置由“電磁斥力快速斷路器”、“高阻抗電抗器 ”及快速測控裝置組成；該裝置為集成化的成套開關柜，可替代饋出線柜，且保留常規開關柜內部所有配置。

3.2工作邏輯

(1) 正常運行期間

正常運行時中速斷路器和快速斷路器合閘，裝置運行無損耗無壓降。

(2) 線路發生短路故障時

快速測控裝置可在2ms內檢測判斷并出口，驅動快速斷路器動作，10~20ms內將“高阻抗電抗器”投入，可抬升PPC點（母線側）電壓達90%。

(3) 短路故障排除情況

若CT檢出電流回落到額定電流之內，快速斷路器自動合閘，將“高阻抗電抗器”退出。

若CT檢測電流并未回落，即故障點d切除失敗，時長達到0.3s（時間可設定），我們認為故障點開關存在拒動故障，此時快速測控裝置作為后備保護會提供聯跳信號，驅動本裝置普通斷路器跳閘，協助綜保完成對故障的切除。

3.3 技術參數