配电系统电压波动优化措施

胡万立

摘要：随着社会的发展，我国的电力行业的发展也越来越迅速。对配电系统电压稳定性也要求越来越高，比如高压三相感应电动机短路造成母线电压突变，直接影响到供电系统的稳定性，所以对这类故障进行了分析，介绍了高压感应电动机短路故障的计算方法，同时建立了二维电磁场有限元仿真模型，分别对不同短路的故障方式进行了仿真计算和分析，计算结果可以为整个系统的继电保护设备设计提供可靠依据。

关键词：大型高压三相感应;电动机短路;故障分析

引言

工业牵引电动机是化工、钢厂、煤矿和矿山等行业的主要驱动设备，其运行的安全性和可靠性对企业生产经营至关重要，尤其是在10KV系统有短路电流时，直接影响到低压供电系统电压波动，造成低压电机晃电跳停。拖动部分主要动力源还是依靠电力拖动，电动机在工厂起到至关重要的拖动机械动力源。电动机主要结构为外壳、定子、转子及轴承部分组成，电动机的轴承是动静机构之间重要的承载部件，主要起保证电动机气隙均匀和有效传递负载的作用，针对电动机不同运行工况，合理、正确地选择与应用轴承是电动机设计的重要环节。根据电动机的不同工作特性，如本体结构、承载类型、工作转速和轴承寿命等，电动机的轴承选择也有所不同。选择合适的轴承，有利于轴承充分发挥其固有特性，从设计源头防范因轴承工作不良导致的风险，从而提高电动机运行的安全性、稳定性和可靠性，有效降低电动机在役期间的维护和检修成本，保障企业长期、安全、稳定地开展生产和经营。

1概述

感应电机的瞬态过程对电网和电机本身的冲击会随着电机功率的增加而变得越发严重，其中电动机的短路故障是最常见的瞬态过程之一。有必要针对大型感应电动机短路故障的整个运行过程及各个物理量随时间的变化规律进行研究和分析，确认短路故障过程中对电机和整个系统影响比较严重的电气参数和机械参数，进而为整个系统的继电保护设备选择和调试提供可靠的理论依据，防止因短路故障产生的较大冲击电流和脉动转矩影响电动机和整个系统的安全性。利用有限元法研究可以避免忽略感应电动机短路时其转子中所感应的涡流、集肤效应、气隙磁场的高次谐波、铁心的磁饱以及不同运行条件对电动机电磁参数的影响等因素，可以更准确地反映出电动机内部电磁场的分布情况，能够对短路状态下电动机的运行特性进行更好地描述。

2配电变压器三相不平衡的危害

配电变压器三相不平衡不仅增加了变压器损耗，同时给变压器及配电线路运行也带来的严重的安全隐患。三相不平衡会增加变压器损耗。配电变压器的功率损耗通常有两种，一种为空载损耗，另一种为负载损耗，一般情况下，空载损耗是固定不变的。由于变压器所带的负载不断变化，负载损耗也会随之而改变，在忽略其它因素的情况下，负载损耗与此变压器的负载电流的二次方成正比关系。配电变压器三相不平衡运行时，三相绕组的总损耗可计算为在三相不平衡状态下则会形成显著的附加损耗。

配电变压器三相不平衡还会损害用电设备。低压配电系统的配电方式一般分为三相三线制和三相四线制两种接线方式，而我国大部分地区采用的是三相四线制接线方式，当三相负载不对称运行时，变压器二次侧的三相电流不对称，在中性线中产生零序电流，零序电流所感应出的电动势使二次侧电压不对称，中性点发生漂移。

每一单相负载相电压的对称程度会随着中性点漂移的不同程度而产生变化，使某一相的相电压过低，而某一相的相电压过高，严重时甚至会接近线电压，部分负载将不能在额定电压状态下工作，使用电设备寿命减短甚至出现烧毁的现象。

三相不平衡还会增加线路损耗。采用三相四线制供电的电路中，在三相电压对称下三相电流平衡时线路的功率损耗最小。在三相电流失衡的状态下运行时，线路中的失衡电流产生的附加损耗就会使线路中的功率增加。

3优化措施分析

3.1低压系统晃电造成电机跳停措施

控制源头系统稳定，减少10KV系统各回路故障率，提高10kV用电设备质量、保护装置动作灵敏性。对低压终端变频器重要供电回路可以增加DC-BANK及低压终端工频供电回路增加保护器自带抗晃电综保，减少设备因系统晃电造成跳停事故

3.2自动控制调整换相

三相不平衡自动换相器的主要构成部分是主控制器和自动切换单元。其中的主控制器是负责三相电流和零线电流的采集，将配电变压器的不平衡度计算出来，结合变压器出口三相电流、零线电流、节点接入相序、用户负载状况，制定出配电变压器平衡控制策略，从而得出最佳的相别切换方案。自动控制调整换相装置能够通过自动切换单元对用户的相别进行切换，降低三相电流失衡的危害，促进电网的平稳运行。当前，我国的切换开关最快的切换时间是1s，这会对用户造成瞬时停电200～250ms，这对大于0.9功率因数的配变台区电压不敏感的用户节点上并不适用。

自動调压换相终端在采集到实时功率、电压、电流数据信息后，会以载波方式将数据信息发送到数据汇总终端。该装置主要是因为加装了一套保持系统，使得其区别于传统自动调平，其中间继电器及接触器能够带负荷，当下达切换指令后，该装置还能通过保持系统进行负荷运行，时长达2-5ms，而负荷开关正好在200ms内完成切换，也就避免了瞬间停电的情况。

安装在配变台区的数据汇总终端，其任务是收集汇总变压器所有分支采集来的数据，并将数据传输至系统主站。此外，该数据汇总终端会判断出系统内预先下达的定值切换条件，通过筛选将主站下达的符合动作条件的切换命令进行分派，这无疑是具备了数据汇总与分发命令的功能。

3.3三相不平衡补偿器

在三相不平衡补偿器中，主要是以曲折接线变压器和无功分相补偿器为基础。其中的曲折接线变压器用了特殊方式连接的变压器，属于一种三相绕组，其特点是高正序阻抗、低零序阻抗，这就使得零序电流避开中性线而直接流经曲折变压器，这里的曲折接线变压器起到了补偿中线电流的作用。而无功分相补偿器的作用是平衡相间电流，经配电变压器的功率因素进行提高，从而使得电压质量得到改善。

在针对有复杂负荷特征的配变台区的用户，会存在较大的单相用户负荷差异而形成三相不平衡，从而使得中性线电流比额定电流多25%，功率因数在0.9以下，此时最好应用三相不平衡补偿器进行调整换相。

3.4负载率过大的影响优化

在电机的生产运行中，若在将电机的负载运行范围较大时，我们可以电机的实际运行环境对电机的负载率进行控制，在对负载率的实际控制中我们需要考虑电机的实际运行环境，环境对电机负载率的主要影响则是温度，因此在安装过程中我们需要对电机散热性进行考虑，这方可保证电机在工作中的运行效率和运行质量，若在电机运行中电机的负载率较低我们在进行调整时，需要从电机功率的选择性的角度着手，若想对低功率的电机进行调节时，可以借助耦合器启动器对电机在运行过程中的变频进行适当调整。我们针对电机负载率进行检测主要是进行电机的质量进行检测，若在实际工作电机的负载率与工作运行有着一定的差距，我们可以借助极对数进行负载率的调整以实现工作效率的需要。

结语

结合实际定宽压力电动机的本体结构、承载类型、工作转速和轴承寿命等，综合考虑可靠性和经济性，开发设计了一种能承受联合负荷的滚动轴承结构及油浴润滑结构。电动机投运效果证明了定宽压力电动机轴承及其润滑结构设计的合理性及有效性。10kv系统晃电，也针对性对低压终端用电设备增加抗晃电措施，提高了设备长、安、稳、优运行。

参考文献

[1]刘万顺，黄少锋，徐玉琴.电力系统故障分析[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]王春迎，王少珠，林瑞全，等.三相同步发电机的瞬态短路有限元分析[J].机电技术，2011，（01）：72-74.