论文精选 | 基于案例数据的电压暂降监测、治理工作汇总（上）

煤气化

                                                                                                

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摘要本文首先分析了电压暂降对各过程型企业的影响，再根据国臣公司十多年来超过1000台电压暂降治理设备在火电厂、热电厂、石油化工、煤化工、化纤、半导体、玻璃、纺织、电缆制造、冶金等行业的应用情况，基于过程型企业的典型电压暂降治理案例，采用对现场原始资料的数据挖掘方法，从受电压暂降影响较大的行业分布和区域分布两方面，对电压暂降发生次数、主要原因和改进措施等给出了汇总分析和建议。结果表明，不同区域、不同行业的电压暂降发生次数和主要原因都各不相同，各行业、各区域采用的主要改进措施也存在一定的差异，天气原因是最近一年来造成电压暂降的最主要原因，各种治理措施中安装缓解设备是最通用也是治理最彻底的措施。
关键字：电压暂降、短时中断、暂降原因、改进措施、现场调研、波形记录


近二十年来，随着新材料、新技术、新工艺的不断进步与发展，工业生产规模越来越大，自动化程度也越来越高，由电压暂降和短时中断带来的经济损失成为电能质量问题中备受关注的热点。电压暂降是电网运行过程中不可避免的短时扰动现象。国标GB/T30137-2013中对电压暂降和短时中断分别做了定义，并指出短时中断可以看作是一种最严重的电压暂降。
电压暂降给过程型生产企业造成巨大的经济损失，如生产工艺停产和重新启动成本、未完成产品的报废、敏感设备的损坏、产品质量下降等，甚至会引起严重的安全事故和环境问题。电压暂降是工业界和学术界长期以来的研究课题，随着我国工业生产规模越来越大，自动化程度也越来越高，电压暂降成为相关行业关注的热点，引起电网公司和行业用户的高度重视。
南京国臣自2005年开始为过程型生产企业提供电压暂降治理方案和产品，治理设备的现场安装数量逐年上升，如图1所示。本文将基于南京国臣各行业用户中200个典型用户的电压暂降治理过程、现场监测和调研统计，进行数据挖掘，分析电压暂降原因及治理措施的一些共性和差异，以期为各行业用户和相关技术人员提供有价值的参考。

图1 国臣电压暂降治理设备安装数量

2 电压暂降对过程型生产企业的影响
过程型生产企业生产工艺环环相扣，设备之间存在联锁关系，一旦受到电压暂降影响，就会影响整条生产线甚至整个工厂的稳定和安全运行，带来十分严重的后果。相对来说，一些离散型生产企业受电压暂降影响的损失相对要小得多。
虽然各行业负荷受电压暂降影响的程度不同，但是由电压暂降引起的停产事故在各行业中均有报道。下面就火电厂、石油化工、煤化工、半导体、化纤等行业受电压暂降影响的负荷和造成的损失做简单介绍。
2.1火电厂
长期以来，电网高压输电线路瞬时接地故障造成附近火电机组停机的事件时有发生。原因为电网故障造成系统电压暂降，引起火电厂一类辅机给煤机/给粉机变频器低压跳闸，进而给煤机或给粉机停机，停机信号传给锅炉炉膛安全监控系统（Furnace Safety Supervision System，FSSS），经逻辑判断，满足主燃料切除（Main Fuel Trip，MFT）动作条件，引起非计划停炉，并由此带来巨大的经济损失。以一台600MW机组为例，一次重新吹扫点火的时间约为2~5小时，直接经济损失约20万元。
电压暂降不仅影响电厂发电量和设备安全，如果靠近故障区域的多台机组同时因为电压暂降停机，将会影响大电网的稳定性，造成严重事故，甚至引起大面积停电。
2.2石油化工和煤化工行业
为了保证供电可靠性和工艺供热需求，一般石化和煤化工企业都有自备电厂。自备电厂给粉机变频器、空气预热器变频器等受到电压暂降的影响后，其后果如火电厂一样，同时因为供热停止，造成的化工工艺损失远大于一般的发电厂。
石化生产和煤化工企业属于大型过程型生产企业，行业技术人员通常将电压暂降和短时中断俗称为“晃电”，电压暂降会引起生产工艺中的敏感负荷如润滑油泵、液氧泵、高压煤浆泵、烧嘴冷却水泵等变频器停机和接触器释放，进而引起联锁反应，工厂被迫停产，大量原材料报废，同时，恢复生产需要花费数小时甚至数天的时间，设备的使用寿命缩短甚至损坏，直接和间接经济损失巨大，最严重的情况可导致重大安全事故。
据多数石化企业反映，一次停产损失可高达数百万人民币。以一个年产60万吨的甲醇厂为例，每天生产甲醇约2000吨，一次电压暂降引起的停机事故，重新开车到工艺正常约8小时，以甲醇2000元/吨计算，直接损失就有约130万元。
2.3化纤行业
在化纤行业中，一个不容忽视的问题就是工艺敏感负荷（如增压泵、熔体输送泵、聚酯搅拌器、计量泵、侧吹风机、环吹风机、浆料搅拌器、高压氯苯泵等）对电压暂降的免疫能力不够。在电压暂降期间发生变频器、接触器跳闸事件，引起整条生产线停止，造成约20~60万元的经济损失和大量废丝，甚至损坏设备，清理和重新开机造成了人力、物力和时间的大量浪费。
2.4半导体行业
半导体制程设备必须安置在隔绝粉尘的密闭空间即洁净室中，洁净室的洁净度由厂务系统保证。当电压暂降发生时，厂务系统中的排气风机变频器会因低压保护而跳闸，从而导致腐蚀性气体无法及时排出洁净室，洁净室内检测到气体指标超标，半导体机台停机；同时厂务监控系统发出报警信号，立即疏散人员，半导体制作过程被迫停止，大量产品报废，单次事故经济损失可高达几百至几千万元。
在半导体工厂中工艺冷却水(或称制程冷却水、工艺设备冷却水，简写为PCW)系统主要用于生产工艺设备的冷却，通过闭路循环为生产设备连续和稳定地提供冷却水，半导体生产设备的温度必须严格控制，若PCW系统水泵因电压暂降意外停机，则会造成价值上千万元的半导体制造机台因不能及时得到冷却水进行降温而损坏，机台维修一次的费用就高达几十万元，同时会造成很多产品报废，经济损失巨大。另外，超纯水系统和空调系统因为电压暂降停机，也会造成同样影响。
3 基于典型案例的电压暂降发生次数汇总和分析
3.1电压暂降治理设备的安装情况
电压暂降对过程型工业行业的影响巨大，各行业用户也在积极寻找电压暂降治理解决方案。南京国臣基于直流供电技术的VSP（Voltage Sags Protector）解决方案、交直流混合供电解决方案在各行业都有普遍应用。本文挑选了上述四个行业的200个典型用户（火电厂100个、化工25个、化纤50个及半导体25个），统计了各行业用户的被保护敏感负荷数量、设备数量和设备容量，结果分别如图2~4所示。目前南京国臣的991套设备中有1套设备已经停运，2套设备处于停运保修状态，其余988套都处于工作状态，设备运行最久的已接近十年。

图2 各行业保护敏感负荷数量统计   

   
     

图3 各行业电压暂降保护设备数量统计

图4 各行业电压暂降保护设备容量统计

3.2电压暂降发生次数汇总和分析
南京国臣为了做好设备维保服务，确保所有设备处于良好运行状态，成立了运维数据中心，通过数据远程上传实时监测设备运行状态；部分不满足实时上传条件的用户，则通过定期上门维保来统计现场设备电压暂降记录，并与客户一起分析暂降原因。本文所有数据和分析结果均来自这两种方式所获得的原始数据。
南京国臣运维数据中心，长期对受电压暂降影响的用户分行业、分区域进行电压暂降汇总分析。同时给上百套VSP系统免费安装了电能质量（PQR）分析仪，如图5所示。  

图5 现场安装的PQR分析仪

PQR分析仪能够准确捕获电压瞬态波动、电压暂降、短时中断、电压暂升、闪变等电压质量事件，事件波形记录保存在SD储存卡中，可通过网络上传波形数据，事件顺序记录（SOE）可以邮件形式发给相关人员，形成数据分析的有力素材。图6为PQR分析仪捕获的几次电压质量事件：（a）单次三相不平衡电压暂降事件波形；（b）连续两次电压暂降事件波形；（c）配电网10kV开关动作造成的电压暂降波形；（d）电压短时中断波形。

图6 PQR分析仪的电压质量事件波形记录

根据现场安装的PQR分析仪中电压暂降事件的波形记录以及用户10kV故障录波仪数据，并结合电压暂降保护设备的运行记录和现场调研数据，2015年1~11月期间200个典型用户的电压暂降和短时中断情况如表1所示，其中大于1分钟的长时中断2次，一次为5分钟，一次为12分钟。
表1 2015年1~11月200个典型用户电压暂降与中断统计表


对比所有短时中断和电压暂降发生的次数，可以发现电压暂降所占比例为89.2%，短时中断10.7%，长时中断0.1%。值得注意的是短时中断所占比例依然较高。
对比分析火电厂和工业用户，可以发现火电厂发生电压暂降和短时中断的平均数为1.57次/年，明显小于工业用户的20.5次/年。我们认为这与各自所处的电网位置及自身配网复杂程度相关，工业用户处于电网的负荷侧，多种因素综合影响，较电网的电源侧来说，是电压暂降发生较多的地方。
需要说明的是本文没有严格按照国标GB/T30137-2013的原则进行统计，而是将1分钟之内发生的多次电压暂降按照多次统计（如图6（b）所示）。按照国标将1分钟之内连续出现的电压暂降作为1次暂降进行统计，则统计结果要略小于本文的统计结果。


作者简介：
1、高健：中国神华煤制油化工有限公司神木分公司，高级工程师，长期从事大型企业供配电系统管理和研究。
2、张宝瑞：内蒙古能源发电投资集团有限公司乌斯太热电厂，工程师，长期从事发电厂电气技术管理工作。
3、孙金伯：中石化仪征化纤有限责任公司，高级工程师，一级注册建造师，注册电气工程师（发输电），长期从事大型企业供配电系统的研究。
4、徐辉：无锡华润微电子有限公司，工程师，长期从事半导体厂电气技术管理工作。
5、王丽、陈文波：南京国臣信息自动化技术有限公司，工程师，长期从事电能质量与供电可靠性研究工作。
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初珍

传说中的沙发？？？哇卡卡