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摘要：电压波动造成的灯光闪烁的人眼视觉反应称为闪变，电压波动会影响到许多电气设备的正常运行。本文结合某码头电压波动和闪变事件实例，对闪变原因进行了分析，并提出了相应的治理措施，对其解决方案进行了详细的介绍，为类似事件处理提供参考借鉴。
关键词：码头；电压闪变；解决方案
随着我国社会经济的快速发展，码头作为供船舶停靠、货物装卸、旅客上下的重要交通枢纽，也取得了极大的进步。在码头运行中，其供配电系统的稳定运行关系到码头的工作效率及其正常运行。而随着码头电力系统中大容量冲击负荷的不断增加，码头供配电网中的电压闪变现象也越来越严重，严重影响到了码头的正常工作。因此，对其进行分析，进而提出详细的解决方案十分必要。
1 码头配置配电系统
1.1 码头配置配电系统
用户、发电厂以及电力网变电站组成了完整的电力系统。大部分码头电能是经过地区电力网分配，通过电压降低处理，分配到具体的用电场所。港区占地面积一般比较大，用电负荷分布呈分散性，其中大部分容量不大且基本是220～380V的设备。大型码头的作业区通常接入的电能电压高达110kV，桥吊设备使用的电能需要在码头进行降压，电压控制在3～10kV，低压设备的使用需要进行进一步降压的操作。
按照一般具体情况，码头用电负荷等级大多是Ⅱ级或者Ⅲ级。国际性大型码头大多为Ⅱ级负荷；普通的中、小型码头为Ⅲ级负荷，负荷分级不是绝对的，影响因素有：码头性质、规模以及当时当地的电力供应情况。所以码头的用电负荷需要结合具体的实际情况，综合考虑各种影响因素后才能确定。
1.2 码头供配电系统
以负荷等级为Ⅱ级的某大型码头为例，码头供配电系统为：开关站110kV（洋中开关站）、1个6kV降压站（LNG站）以及2个10kV降压站（A站、B站）。由110kV临洋1541线以及临洋1538线组成供电系统，进线输电电缆长约43km，使用单相混合的方式敷设。其中110kV母线拥有1443MVA的最小短路容量，1482MVA的最大短路容量，一般情况下，两段母线是分列运行的，码头用电负荷目前一般不超过10MW。为补偿由于远距离输电导致的线路电缆电容发生容性无功功率的现象，所以在110kV开关站侧以1541线和1538线设置并联补偿电抗器，设置25MVA的额定容量。A站以及B站的1#、2#主变为50MVA的容量，LNG站1#、2#为25MVA的主变容量，其中，A站所带负荷主要是28台桥吊，B站所带负荷主要是34台桥吊。
2 电压闪变
2.1 电压闪变的描述
发生电压闪变事件的时候，同时对A站、B站2#主变进行停运检修，1#主变带全部负荷A站、B站2#主变。其中A站所带负荷主要是中242冠二期乙馈线、中224冠东乙馈线、中141冠二期甲馈线以及中123冠东甲馈线；B站所带负荷主要是洋11盛东甲馈线、洋27盛二期甲馈线、洋28盛二期甲馈线以及洋12盛东乙馈线。办公楼出现灯光闪烁现象，并且同时在A、B站的1#主变10kV进线侧进行检测，检测到电压发生振荡[1]。
2.2 分析电压闪变的源头
通过办公楼灯光闪烁的现象，在对A站、B站两站1#主变10kV进线侧进行同时的检测，检测到电压发生波动。对10kVI段母线电压、分别进行无功功率变化和有功功率变化两种检测，一边找出电压闪变的真正源头。
因为在电压闪变事件发生的前后时间内，LNG6.3kVI段电压的功率变化保持平稳，所以只需要分析10kVI段母线的功率以及电压录波曲线。
（1）对A站的10kVI段进线分别进行检测，检测电压、有功、无功功率的变化曲线。调用在闪边发生时，在A站的10kVI段进线处检测到的数据，数据的录波曲线图详细情况见图1。
图1 电压闪变发生时A站的电压、有功以及无功功率的变化曲线图
通过图1可以明显看出，在发生电压闪变事件时，A站有功变化范围：－2.924～5.700MW，最大电压波动：17.9%，相无功变化最大范围：－4.877～+4.897Mvar，相电压波动最大的范围约：5.223～6.259kV。有功功率、无功功率以及电压波动主频率都是12Hz。
（2）B站10kVI段母线电压、有功功率和无功功率变化曲线。电压闪变前后，同时对B站10kVI段进线处进行了数据实时监测，所测的曲线图如图2所示。
图2 电压闪变发生时B站电压、有功以及无功功率的变化曲线图
通过图2可以明显看出，在发生电压闪变事件时，B站有功变化范围：1.25～1.90MW，电压最大波动：4.6%，相无功变化最大范围：－0.1～+0.5Mvar，电压波动的最大范围：5.63～5.90kV。有功功率、无功功率以及电压波动主频率均是12Hz。
以图2以及图3所显示的调用电压、有功以及无功功率的录波数据变化曲线为依据，估算临洋1538受电端的相功率变化，详情如下：
P=（－2.924+1.25+2.1）～（5.7+1.9+2.1）
Q=（－4.877－0.1+0.8）～（4.897+0.5+0.8）
即无功功率的变化范围：－4.177～6.197Mvar；有功功率的变化范围：0.426～9.700MW；S是0～11.51MVA间变化；功率因数变化范围：滞后以及超前0～1.0。
通过图2以及图3的曲线和分析结论可以得出以下结论：引起电压闪变事件的主要原因是A站10kVI段电压发生波动，A站电压闪变导致B站电压产生波动。
2.3 分析电压发生闪变现象的原理
（1）A站10kVI段母线电压录波曲线。A站出现电压振荡现象，实时监测电压闪变前后的变化，以下图3录是波数据形成的曲线图。
图3 闪变事件发生前后不同分析间隔，不同时间段电压录波曲线录波的长度
通过图4（b）可以明显看出，电压的波动频率在电压闪变发生前为12Hz，而电压波动的峰峰值约为12V，那么，相对应的电压变动则是：
du=×100%=0.207%
由此可以计算12Hz、12V的电压波动所造成的电压闪变值为：
Pst=0.207×0.714/0.312=0.474
通过图4（c）可以明显看出，在发生电压闪变事件时，电压波动情况最严重的1s内，电压波动频率是12Hz，电压波动的峰峰值约1.036kV。对中图3洋山发生电压闪变时，分析电压、有功以及无功功率变化曲线港降压站低频振荡的数据，以 GB12326—2008《电能质量电压波动和闪变》使用的电压闪变计算方法[2]，通过查询12Hz振荡频率周期性矩形（或阶跃波）电压变动的单位闪变（Pst=1）曲线对应数据表得知，电压波动幅值为0.379%的时候，相对应单位闪变为Pst=1；当低频振荡事件发生时，A站10kV母线12Hz的电压最大波动值以及相对应的电压闪变值分别失：
du=×100%=17.9%
Pst=17.9×0.714/0.312=40.96
由此可知，低频振荡发生时会出现强烈的电压闪变现象。
（2）电压闪变的变化趋势。为了进行进一步的电压波动分析，需要调用中港10kVI段母线在电压闪变事件发生前后2h内的电压录波数据，图4是数据所形成的曲线图。
通过图5可以明显看出，闪变事件发生时电压闪变曲线录波长度为2h，电压闪变事件发生的前后Pst为0.2～0.6，）分析的结果与图4（b基本一致。在图5中，发生电压闪变时，Pst=0.84，分析的结果与图4（c）（Pst=40.96）相差甚远。按照国标规定的10min统计计算电压闪变值的出图5中的结果，然而电压闪变事件仅分析最大电压变动所造成的闪变值，所以10min的统计值要远远低于电压闪变最严重时候的数值[3]。
3.供配电系统功率传输和电压稳定仿真计算
3.1 仿真电路
临港超高压站接入港区，由临洋1541以及临洋1538110kV输电线路进行供电，对临洋1538供电线路供电系统实施仿真，图5是供配电的电路以及扑结构。
3.2 仿真结果
以供配电电路拓扑结构为依据搭建模型，用MATLAB软件分别对A站10kVI段母线以及洋中开关站110kVI段母线的电压调整率进行仿真，图6、图7为仿真结果，其中电压调整率为Ku，受端视在功率为S。
图7 A站10kVI段母线的电压调整率仿真曲线图
从电压稳定性的角度来分析，通过图7以及图8可知，受电端视在功率以及功率因数发生波动时，会引起110kV以及10kV电压的波动，波动为电压调整率增大，后者增大为前者的3～6倍；在受电端三相功率（功率因数以及幅值）出现不平衡现象时，会导致三相电压严重的不平衡，3%的负序电压会造成电机寿命缩短，负序电压超过3%则会烧坏电机。
如果不解决存在的功率振荡问题，那么随着受电端功率的不断增大，会造成电压不稳定的程度加深，以及频率增多会。保持电压稳定的最佳方法是，而保持受电端功率因数为1。
4 供配电系统的主要问题以及解决方案
4.1主要问题
通过完整的检测、计算以及仿真，可以确定供配电系统存在的主要问题是电压稳定性问题。A站10kVI段发生12Hz的功率振荡，致使10kVI段母线的电压发生17.9%的电压波动，110kVI段母线的电压发生5%的12Hz电压波动，110kVI段母线的电压波动利用B站1#变传递到B站10kVI段母线上；通过LNG1#变传递到LNG6kVI段母线上，以上就是导致电压不稳的主要原因[4]。
4.2 具体解决方案
4.2.1 目标函数
第一，110kV母线电压调整率为-2.5%~+2.5%，6kV 以及10kV母线的电压调整率为-3%~+3%：KU=－2.5%～+2.5%，KU31=－3%～+3%，KU32=－3%～+3%，KU33=－3%～+3%；
第二，110kV线路送电端功率因数λ≥0.9；
第三，10kV输电线路的效率为：当S＜7，ηp≥96%；当7≤S≤37，ηp≥98.5%；当37＜S≤50，ηp≥98.5%。
4.2.2 整体解决方案
第一，将SVG或SVC设置在中低压侧各10kV、6kV的母线上，注意谐波以及动态的无功补偿。SVG或SVC的动态无功补偿功能控制为1的使功率因数λ。发生码头闪变情况时候，会发生大幅度电压波动以及无功变化，为了达到快速响应以及进行有效无功补偿，要求设置SVG或SVC超过总体无功补偿设置的50%。
（2）对10kV、6kV各段母线所带的负荷进行合理配置，保证G31、G32、G33均不超过0.6。通过图8的仿真曲线可以看出，当A站10kV进线受电端功率因数是1的时候，视在功率在0～50MVA范围内变化，KU31保持－1.5%～+1.5%范围[5]。
4.2.3 整改效果
观察图7的仿真曲线可以发现，当进线受电端功率因数小于1，视在功率在0~50MVA的范围内变化，KU超出了2.5%～+2.5%，与目标函数要求相悖。可以以解决方案为依据，使110kV进线受电端功率因数变为1，视在功率在0～50MVA范围内变化，KU保持+0.5%～+2.5%的范围，这在一定程度上缓解了电压波动和闪变的情况。
5 结语
结合以上论述，可以得出以下结论：电力系统的供电质量、安全性能以及经济效益会受到电压波动以及闪变的影响，电压波动、闪变会降低设备使用寿命以及码头工作效率。因此，我们需要认真的分析码头电压波动和闪变的情况，制作有效的解决方案，解决码头电压波动和闪变的问题；同时设计规划码头供配电系统的时候要考虑到电压稳定性还受到可再生发电产生的功率波动的影响。只有建立健全的事故应急处理体系，做好电能质量管理与控制的工作，才能保障码头供配电系统的安全，保证其稳定运行。
参考文献：
[1] 黄志平.浅谈电压波动和闪变的检测及控制[J].城市建设旬刊，2011（4）：431-432.
[2] 郭上华，黄纯，王磊，等.电压波动和闪变的检测与控制方法[J].电力系统保护与控制，2004，32（3）：8-11.
[3] 屠金玲.电压波动与闪变的检测和抑制[D].山东大学，2013.
[4] 王继东，刘琨，高彦静.基于瞬时无功功率理论的电压波动检测和闪变计算[J].电力系统保护与控制，2012，40（2）：145-150.
[5] 刘思蒙.数字化变电站电能质量的电压波动与闪变检测方法研究[D].华北电力大学，2014.
作者简介：
魏学成；出生年月日：1981.12.22；性别：男；籍贯：广东韶关；民族：汉；职称：工程师；毕业于：西南交通大学；学历：本科；研究方向：电气工程自动化；从事工作：工程技术；单位及具体科室：深圳赤湾港航股份有限公司港务本部机务部。
论文作者:魏学成
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/25
标签：电压论文; 母线论文; 功率论文; 码头论文; 发生论文; 功率因数论文; 事件论文; 《电力设备》2017年第3期论文;