浅谈城市配电网如何应对上级电源瞬时失压

摘要：阐述上级电压瞬时失压给城市配网带来的停电问题及其原因，介绍低压开关失压（欠压）脱扣应用的利弊。讨论退出低压开关失压（欠压）脱扣功能、开关失压（欠压）脱扣增加延时功能、采用智能自动合闸控制装置等三种解决方案。并分别就三种方案是否有利电网稳定、对用户设备是否安全、是否有利于快速复电、改造成本高低4方面进行比较，供供电局部门及用户选择应用策略。

关键词：配电网 瞬时失压 失压（欠压） 脱扣

引言

随着国民经济的不断发展，城市对电能的依赖程度越来越高。一次大面积的停电可能造成巨大影响，若停电后未能及时复电，可能引起社会的混乱。目前电网重合闸功能的应用可确保主电网不出现长时间停电，但主电网瞬时失压仍然会给城市配网造成较大影响，本文将就此问题进行讨论并寻求对策。

1 瞬时失压对城市配电网的影响

瞬时失压是指电力系统在运行过程中由于雷击、短路重合闸，造成电压瞬间较大波动或者短时断电又恢复的现象，通常称为“晃电”[1]。瞬时失压将造成城市配电网大面积停电。

目前用户变压器低压侧总开关多装有失压（欠压）脱扣装置，根据GB14148.1-2000《低压开关设备和控制设备总则》规定欠压脱扣器动作的的范围为额定电压的35%-70%[2]，失压脱扣的动作的的范围为额定电压的10%-35%。[3]当城市电网发生瞬时失压时，失压脱扣均动作，造成大部分用户在高压电源恢复后仍因低压开关跳开而未能恢复供电。

2008年06月13日16：36，某特大型城市电网220kV妈岸乙线发生AB相间故障，两侧快速主保护动作，成功切除两侧三相开关，故障持续时间约为60ms。妈岸乙线事故跳闸前，全市电网负荷为7918MW。16：36，SCADA 显示妈岸乙线三相开关跳闸，此时全网负荷为7318 MW，减少约600MW。16：55，全网负荷恢复到7621MW。

由于该市电网接线方式为环网结构，单回220kV线路跳闸后，没有造成变电站失压，并且在妈岸乙线跳闸的同时，全网没有其他10 kV 及以上的开关跳闸。因此可以断定，妈岸乙线跳闸并没有造成变电站失压，但其与负荷的瞬间大量损失有着直接的关系。根据当时运行数据分析配网电压的下降很有可能触发了用户侧低压断路器的失压（欠压）脱扣装置动作，从而造成了较大的负荷损失。[4]

2 低压开关失压（欠压）脱扣的利弊

低压开关失压（欠压）脱扣一是能够维持电网稳定，当电网恢复供电，所有负荷不会同时启动，避免高压线路瞬时过载。二是能够保护用户设备，免受操作过电压和冲击的影响。

但是，当大面积停电时对全部用户进行复电，需要急修人员到到现场逐一人工合闸低压开关恢复送电，速度比较慢，可能造成不良的社会影响。且人员工作量大，危险系数高。

3 解决方案

随着城市配电网对供电可靠性的要求越来越高，必须考虑选取合适的失压（欠压）脱扣应用方案，解决脱扣保护与快速复电之间的矛盾。下文将就三种应用方案进行讨论。

方案一 ――― 退出低压开关失压（欠压）脱扣功能

该方案是目前普遍使用的方法，只需将失压（欠压）脱扣装置拆除便可实现，在上级电源失压或者欠压情况下，低压开关始终保持合上状态，上级电源恢复后用户直接恢复送电。具有原理简单，改造简单、成本低等优点。但是，该方案会对电网安全运行、用户设备带来损害。

对于电网，退出欠压（失压）脱扣功能，上级电源失压低压开关将保持闭合。如果电网恢复供电，由于所有线路的低压开关都保持闭合，所有负荷将同时启动，启动电流很大，导致线路瞬时过载，不利电网安全运行。电网欠压运行时（≤70%额定电压），将可能导致电网无功功率缺额增大与电压进一步下降的恶性循环，严重的最终可能导致配电网系统崩溃，从而造成更大的停电事故。

对于用户，一方面由于操作过电压和冲击等原因，会造成瞬间的电压质量劣化，对用户设备造成严重威胁。另一方面用户侧负荷主要有大量交流电动机，则当欠电压很严重（如

方案二 ―――开关失压（欠压）脱扣增加延时功能

延时功能的工作原理是：失压脱扣器并联一个延时装置，其内部装置可储存电能。在低压开关正常工作时，电源对欠压脱扣器充电，使其保持吸合并监视电网状态，同时对失压延时装置充电。当电网瞬时失压时，市电电源无法保持欠压脱扣器的吸合，此时欠压延时装置释放储备的电能，对欠压脱扣器供电，使其得以延时动作。

安装了延时装置，对于电网瞬时失压，低压开关将不会跳闸，若电网长时失压或欠压（

延时脱扣可以避免用户因上级电源瞬时失压而长时停电，但也存在一些弊端。如，对电压质量的要求较高的产业，因低压开关未及时切除，在电网电源波动时其受端电压会随上级电源电源波动。对于生产半导体或电子产品的企业，对电压波动非常敏感，当电压低于额定电压持续一小段时间，将导致产品次品率明显提高，重者可能生产停顿。再如医疗机构，如用计算机控制的脑外科、心血管外科、眼科手术等的医疗设备，当发生欠压而造成设备不能正常工作时将带来严重后果。另外，当电网失（欠）压时间较长，低压开关将动作，供电部门运行人员依然将面临短时间内需大量现场操作的困境。

方案三 ―――采用智能自动合闸控制装置

采用智能自动合闸控制装置，在低压开关因失压脱扣引起跳闸后，装置将自动检测是否具备重合闸条件，若符合条件将进行重合闸。可大量减少运行人员现场操作的工作量，同时缩短用户停电时间。

重合闸装置动作的必须符合以下三个条件：

⑴识别跳闸是因失压（欠压）脱扣引起；

⑵检测到市电供电已经恢复；

⑶检测到市电电压符合要求。

为了保证电网和用户设备，该装置需具备以下功能

⑴能够设置或随机生成合闸延迟时间，以避免多个断路器同时合闸给电网带来的冲击；

⑵具有负荷侧有电时闭锁合闸并发出告警信号的功能，以防止用户自备电源投入运行时向电网倒送电；

⑶具有合闸失败告警与再次合闸的功能，以确保合闸成功；

⑷实现自动合闸与手动合闸互为备用。[5]

目前国内已有利用专利技术（03240867.6[6]）开发出来的失压脱扣重合闸装置且已投入应用。

4 方案对比

根据上述三种方案的优缺点，就是否有利电网稳定、用户设备是否安全、是否有利于快速复电、改造成本高低4方面进行比较，结果如下：

5 结论

本文介绍了上级电源瞬时失压给城市配电网带来的问题，并对三种解决问题的方案进行比较。从比较结果可以看出，方案三采用智能自动合闸控制装置是对于电力运行部门是最优方案。对于用户，应综合考虑用电需求和改造成本选择适当的方案。

参考文献：

[1]陈凡民，伞国红，刘成，2009.瞬时失压对低压变频器的影响及预防.《油气田地面工程》第28卷第10期，72.

[2]GB14048.1-2000.《低压开关设备和控制设备总则》[S]

[3]谭新生，杜创，吴转燕，2011.失压（欠压）脱扣开关存在的问题.《农业电气化》2011年第3期，59-60.

[4]黄福全，2011. 一起220 kV电网瞬间故障引起用户负荷损失的事故.《电力安全技术》.第13 卷（2011年第3期）.33-34

[5]马宇辉，吴文宣，江道灼. 取消低压断路器欠压（ 失压） 脱扣功能的危害及对策. 继电器，2007，35（18）：71 -74.

[6]贾晓东.自动开关失压脱扣重合闸装置[P].中国专利：03240867.6，2005-11-09.