電壓波動[1]屬于非常嚴重的電能質量問題，成因相對復雜，很多因素無法控制，因此要避免電壓波動難度很大。電壓波動的事故分析國內(nèi)已經(jīng)有一些研究，例如文獻[2-3]論述了電壓波動對工廠電氣設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)，對于電力系統(tǒng)運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)一起典型的故障實例，從用電客戶及電網(wǎng)的雙視角出發(fā)，結合常規(guī)故障分析手段與故障錄波分析，從電網(wǎng)運行控制、電網(wǎng)規(guī)劃建設、技術應用等方面提出了相關建議與防范措施。

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。電壓波動導致企業(yè)生產(chǎn)時原材料報廢，連續(xù)發(fā)生多次電壓波動引起生產(chǎn)設備跳停、生產(chǎn)線停機，給企業(yè)造成了一定的經(jīng)濟損失，同時也影響到當?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)，用電設備較多（負荷總容量為20 000 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途經(jīng)站點，110 kv灣塘乙線是翠山站的電源側輸電線路。

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，園區(qū)2家大型公司生產(chǎn)設備故障跳停，當?shù)毓╇姽玖⒓闯闪＜覉F隊就電壓波動造成企業(yè)設備跳停的問題進行研究。經(jīng)查閱故障記錄，發(fā)現(xiàn)造成聯(lián)新公司設備跳停的電網(wǎng)瞬時故障為站內(nèi)開關動作，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)線路瞬時故障引起線路電壓暫降，造成大型企業(yè)用電高可靠性設備保護動作。

3事故分析

3.1總體原因分析

現(xiàn)對高新工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)大客戶電壓波動進行技術分析，選取受影響次數(shù)最多的聯(lián)新公司進行事故分析。翠山站出線瞬時故障4條次，發(fā)生近區(qū)故障也是經(jīng)過保護動作時間0.3 s，經(jīng)過9 s自動重合恢復供電；在故障電流持續(xù)0.3 s的時間后會引起母線出現(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化開關保護動作記錄，10 kv沙塘線和10 kv工業(yè)線均發(fā)生實質故障，10 kv沙塘線故障點位于#1塔1T01刀閘，塔下找到老鼠尸體。10 kv工業(yè)線故障點位于#1塔1T01刀閘，塔下找到老鼠尸體。確定是線路瞬時故障造成大工業(yè)用戶電源線路電壓波動。

3.2.2電力用戶方面

專家團隊現(xiàn)場勘查了電力線路瞬時故障所影響的生產(chǎn)線設備，對生產(chǎn)線設備構成、保護邏輯及生產(chǎn)特性進行了檢查和分析，了解到聯(lián)新公司用電設備的負荷總容量為20 000 kvA，其中有7 400 kvA用電設備對電壓波動較為敏感，主要為織機捻機設備和浸膠設備，其中又以織機捻機（進口設備）最為敏感，受影響次數(shù)最多。織機捻機設備的電壓承受范圍為幅值不超過士15%，且對電壓暫降的時限要求不超過200 ms。當電壓出現(xiàn)波動時，生產(chǎn)設備自身的保護裝置都會啟動（報警跳停），電壓恢復正常后，均需要經(jīng)人工清除故障碼后才能恢復正常生產(chǎn)。

3.3故障錄波分析

3.3.1 10 kv沙塘線速斷動作跳閘

2022—09—29T00：33：17，10 kv沙塘線速斷動作跳閘，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，同時產(chǎn)生零序電壓，ua、ub升高，表明此時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A、B、C三相短路（圖2）。

從620 ms開始，ua、ub、uC波形恢復正常，3u0恢復到0，表明此時開關動作（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)開關繼保裝置錄得故障電流10 402.8 A，達到開關動作定值（速斷定值：3 000 A，0.3 s），查看自動化系統(tǒng)沙塘線站內(nèi)開關動作情況，開關在2022—09—29T00：33：17啟動速斷動作跳閘，9 s后啟動重合閘。

3.3.2 10 kv工業(yè)線速斷動作跳閘

2022—10—08T03：52：05，10 kv工業(yè)線速斷動作跳閘，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，同時產(chǎn)生零序電壓，ua、ub波形峰值升高，表明此時C相接地。

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

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

結合保護裝置采集的故障電流和系統(tǒng)開關動作記錄分析，開關檢測到12 954 A故障電流，達到速斷動作定值（3 000 A，0.3 s），啟動速斷動作跳閘，9 s后啟動重合閘，動作正確。

兩次瞬時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翠山站電源側途經(jīng)站點，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。大工業(yè)用戶對供電可靠性敏感設備電壓暫降承受范圍為電壓幅值不超過士15%，且對電壓暫降的時限要求不超過200 ms。根據(jù)110 kv翠山站錄波文件計算，故障前后電壓降幅約為23%，達到敏感設備跳停定值。

4改進措施及建議

4.1改進措施

（1）對開關架或者配變臺架安裝防鼠擋板，阻止小動物攀爬。

（2）電力設備裸露帶電部分加裝絕緣護套，阻斷小動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）技術部門安排對翠山站開展諧波監(jiān)測，對站內(nèi)電壓、無功等指標進行深入檢測分析，排查是否仍存在其他影響翠山站母線電壓波動的原因。

（2）組織專家研判站內(nèi)開關定值，決策是否可以修改站內(nèi)開關速斷動作定值為0 s，并設置2次重合閘實現(xiàn)與站外自動化開關的保護級差配合，實現(xiàn)近區(qū)線路短路故障電流持續(xù)時間小于大工業(yè)用戶敏感設備保護動作定值。

（3）組織專家研判主網(wǎng)運行方式，決策是否可以優(yōu)化調整主網(wǎng)運行方式，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)阻抗對翠山站母線電壓波動幅度造成的影響。

（4）建議高用電可靠性企業(yè)對生產(chǎn)設備進行改造升級。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、動態(tài)電壓調節(jié)裝置，退出低壓脫扣裝置或調整定值時間等措施，提高生產(chǎn)設備用電可靠性。

5結束語

線路發(fā)生故障會引起鄰近線路和變電站電壓出現(xiàn)波動，電壓波動嚴重影響電能質量，也影響著工業(yè)生產(chǎn)質量，嚴重時會導致工廠車間停電跳閘，是當?shù)亟?jīng)濟健康發(fā)展的一個重要隱患。為此，本文從常規(guī)故障分析和故障錄波分析入手，總結出應對與防范電壓波動的舉措，期望能最大程度保障客戶電能質量，維護供電企業(yè)利益。