本文内容来自：
中国电力科学研究院有限公司主任工程师杜三恩先生
，于“
2024第三届全国石油化工电气管理与智能化发展技术交流大会
”上发表的报告。
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2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上
向国际社会做庄严承诺，我国“
二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和
”
。
2022年10月，党的二十大报告提出，“
坚持先立后破，有计划分
步骤实施碳达峰行动
”
。
2021年10月，中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，“
坚
持系统观念
，处理好发展和减排、整体和局部、短期和中长期的关系，把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局”。
截至2020年底，我国非化石能源占一次能源消费的比重为
15.9%
。2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行
动方案》，提出到2025年，非化石能源消费比重达到
20%
左右；到2030年，达到
25%
左右。
按照多方预测，2060年非化石能源消费比重达到
80%
以上，主要以风能、光能转换成电能的形式进行利用。
终端能源消费方面，2030年电能占终端能源消费比重达
35%
，2060年时电能占终端能源消费比重达到
75%
。
石油化工企业生产具有
连续性强、联锁工艺复杂
的特点，并且还具有易腐蚀、易燃、易爆、高温、高压、
易中毒等危害，对供电系统安全稳定运行以及供电质量要求较高。
石油化工企业负荷比较平稳，日负荷曲线的变化很小，生产装置运行正常后，负荷几乎数周甚至数月不
变；负荷模型复杂，
电动机负荷占比较大
，以大型异步电动机拖动的风机、压缩机以及隔爆或增安型异
步电动机拖动的机泵为主，占比可高达90%以上，且
电压敏感性强
。
很多石油化工企业都具有自备热电厂，主要作用是为企业生产提供蒸汽，
热电耦合性强
，电力系统发生
故障可能引起供汽波动，进而影响生产。
石油化工企业用电负荷逐步扩容，增加新装置及改造扩容是时有发生，企业供电系统也跟着改变。
石油化工企业供电系统自动化程度普遍较高，变频器、快切装置使用较普遍，电网结构较复杂。
电力系统在运行过程中，由于外部线路或企业内部电网受到雷击、瞬时短路、大型电动机起动等原因，造
成
电压短时间较大幅度波动
的现象称为“晃电”
。
电压暂降：
电力系统中某点工频电压均方根值突然降低至标称电压的10%~90%，并短暂持续时间0.5个周
波至1分钟后恢复正常的现象。
电压闪变：
电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化，一般表现为人眼对电压波动所引
起的照明异常而产生的视觉感受。
短时断电：
电力系统中某点工频电压均方根值突然降低至标称电压的10%以下，并短暂持续时间0.5个周波
至1分钟后恢复正常的现象。
晃电发生时，由于电压的降低，可能会使接触器线圈对铁芯的吸力小于释放弹簧的弹力使
接触器释放
，从
而造成大量
电动机跳闸
，严重威胁装置安全生产。
在使用变频器控制的场合，由于一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能，在电源晃电较为
强烈时，有可能使
变频器低电压保护停止运行
。
由于晃电造成电压降低，运行的电机在保证相同出力的条件下，电流随之增大，容易引起电机
绕组过热
，
空气开关、接触器
触头发热
等，从而引发设备故障。
电网电压恢复后电机不能自行恢复运行，导致连续生产过程紊乱，并有可能造成生产及设备事故。对于大
型装置来说，如果人工进行恢复，花费的时间比较长，而对于一些无人值守的装置，
恢复的时间就更长
。
这对于石油、化工等连续生产装置来说，产生的诸如安全、环保、废品、原料浪费、产量降低、效益低下
等一系列损失是非常巨大的。
临界距离*：
描述了当PCC电压降低到等于临界电压时，故障点与PCC之间的距离。即当故障发生在PCC与
临界点之间时，PCC处的敏感性负荷将受到严重影响。
暂降域*：
指系统中发生故障引起电压暂降，因而使所关心的某一点敏感性负荷不能正常工作的故障点所在
的区域。在暂降域以内发生的相关故障引起的电压暂降，将使所关心的敏感性负荷不能正常工作；在暂降
域外发生的相关故障引起的电压暂降，将不会影响所关心的敏感性负荷的正常工作。
晃电的基本原理是故障点到负荷点的
转移阻抗不足
。但故障点是随机的。
*GB/T 30137-2013
电能质量 电压暂降与短时中断
快速切换模式成功率低
导致负载掉电时间较长，最终可能导致电动机负荷停转；
大规模快切装置在电力系统各电压等级中应用后带来
电动机群启问题
，如备用电源进线过电流保护误动；
继电保护、大量高压电容器及同步发电机与快切
配合问题
；
母线内部故障或大容量电动机（或机群）启动均会引起母线电压波动，从而导致快切
误启动或误切换
；
单个快切装置难以满足需求，往往需要多个快切装置通过逻辑关联共同完成，系统
复杂度越来越高
，可
维护性差。
抗晃电模块：
电机在运行状态下，当系统电压低于跌落电压设定值，接触器释放，电机跳停，系统电压在
设定的允许失电时间内恢复至电压设定值，继电器将在设定的延时再启动时间后动作，接触器吸合，电机
再启动。如果电网电压没有在允许的时间内恢复正常，则继电器闭锁程序，不再启动电机。
保护装置：
微机电动机保护监控装置在正常运行时实时监测电网电压和电机的运行状态，当系统电压低于
跌落电压设定值，接触器释放，电机跳停。系统电压在设定的允许失电时间内恢复至电压设定值，装置输
出再启动指令，如电网晃电的时间超过设定的允许值，则不再发出再启动指令。
储能：
在低压配电柜里构建独立的控制电源配电系统，由UPS给电机控制回路提供电源。在系统发生短时
的晃电时，接触器的线圈能够依靠UPS提供的可靠电源正常工作，保持主触头的吸合，避免了由于晃电引
起的电机停机甩负荷事故。也有大型储能装置作为备用电源，发生晃电时快速切换给电机供电。
DVR：
DVR（动态电压恢复器）串联在电源与负荷之间，如果负荷侧电能状态良好且质量稳定，那DVR就
会被开关旁路掉，此时，就能达到电网径直供给电压的目的。同时，一旦出现电压骤降情况时，DVR能迅
速反应及时接入并立刻对负荷侧电压实时补偿。
快切装置：
快速切换技术的应用前提是母线上有大量的电动机感性负荷，当工作母线失去供电电源时，电
动机存储的能量给母线反供电，在母线上形成残压。快速切换装置以备用电源为基准，判断母线失电后的母线残压与备用电源之间的频率差、相位差和电压差，当满足一定条件时，将失电母线切换到备用电源运
行。
分批再启动：
分批再启动装置在正常运行时实时监测电网电压和电机的运行状态，当系统电压低于跌落电
压设定值，接触器释放，电机跳停，系统电压在设定的允许失电时间内恢复至电压设定值，分批再启动装
置按预先设定的次序分批再启动电机，从而保证生产过程的连续进行。
很多晃电事故往往都因为多种抗晃电措施之间的协调性不足造成的，主要表现为：
（1）新上抗晃电措施时，对抗晃电策略的适应性和有效性分析不充分；
坚持系统观念，因地施策，综合应用各种抗晃电措施，采用电力系统数字仿真技术，构建
企业数字电网体系，开展抗晃电措施有效性事前校核，避免重要负荷损失。
调控辅助决策
层面：应用数字仿真以及智能分析技术，
给出调控辅助措施，预演调控操作效果，提升调控操作
的有效性。
在线评估预警
层面：利用静态设备参数和在线监测状态，
采用基于模型的或基于数据的方法实时评估潜在风险，并进行安全预警。
实时状态监测
层面：应用多种感知监测手段，实现对企
业供电系统各环节的全面感知，及时了解供电系统及设
备运行状态。
系统模型管理
层面：构建集中统一的企业供电系统模型
及参数管理，保障一、二次设备基础数据以及拓扑关系的正确性。
平台架构
抗晃电策略仿真校核流程
（
1
）一次设备参数管理
收集企业供电系统设备参数及其连接关系，构建集中统一的企业供电系统模型及参数数据库，实现对企业供电系统一、
二次设备数据全面管理，为系统级仿真分析提供静态数据基础。
通过绘制接线图实现电气设备之间的连接关系。在设备图形上双击弹出设备属性对话框，查看和编辑设备属性。也可
配合标签显示设备属性，或通过列表的形式显示设备属性。
电气设备参数主要为支撑各项计算分析功能的数据，比如仿真计算参数。电气设备台账主要为物资管理相关的数据，
比如设备厂家、生产日期、投运日期、重量、尺寸等。
电气接线图
交流线属性对话框
电力二次设备主要包括继电保护装置和稳控系统等保障电力系统安全稳定运行的自动控制设备。电力二次设备正确运
行除了硬件设备正常运行之外，还需要恰当的定值。
构建二次设备与一次设备的关联关系，在接线图上实现一、二次设备同图展示。集中管理各类保护定值清单以及保护
整定原则。
在线获取电力二次设备定值，并通过定值单的形式展示项定值。
保护定值清单管理
通过对企业园区主要建筑物进行三维建模，并以可视化仪表、标签等形式，配合显示主要监测指标，可直观查看各建
筑物地理位置和供电系统总体运行情况。通过点击监测指标或者建筑物，可以切换到查看详细信息的页面。
结合自动化系统监测数据，结合多种物联网感知信息，实现对企业供电系统运行状态以及各环节的全面感知，包括电
压、电流、功率等电气状态，开关、变压器抽头等控制状态，以及电动机启停状态以及电气运行状态。
企业三维全景地图示例
电气量状态监测示例
通过在企业供电系统各变电所配置
综合分析柜
，建立企业供电系统
高精度广域同步采集体系
，实现对电气量、环境量、
保护定值和事件的同步采集、存储和边缘分析。综合分析柜通过高速网络与能源管理中心通信，正常运行态实现对电力系统运行状态监测，故障时可以从能源管理中心遥召高频录波数据。结合企业电力系统拓扑结构和高频录波数据，实现对电
力事故的反演分析，确定故障位置和故障原因，避免类似的故障的再次发生。
单相接地故障高频录波三相电压曲线
综合分析柜结构示意图
基于综合分析柜，高频采集和分析电动机电气量，实现对电动机启动过程在内的各项电气量、供电电源质量、转子轴
输出机械量等运行状态参数在线监测。采用非侵入式监测手段，对电机运行状态进行在线评估，并针对电动机常见的匝间
短路、转子断条等故障，实现在潜伏期内
故障预判及预警
。
应用电动机运行状态监测数据，进一步优化电动机相关仿真模型参数。
电机运行状态实时监测页面
基于综合分析柜，检测零序电压和零序电流，利用小电流接地系统发生单相接地故障后的暂态零序电流的故障特征，
结合图论中的路图信号，采用路图GFT的方式进行分析，最终通过离散弗雷歇距离与余弦相似度两种相似度算法从距离和方向2个维度评价各出线暂态零序电流路图信号的GFT系数，从而筛选故障线路。该方法计算速度快、准确性高、适应性
广，可基于专用采集装置，也可直接基于保护装置或录波系统。
接线图上配置选线终端
根据开关柜等狭小电气空间电气火灾发展过程特点，构建稳态监测、极早期预警、燃烧态灭火的
全过程火灾防治
技术
体系，使用全新的环境友好、绝缘性强的全氟己酮灭火剂，结合电气量监测，防止电气火灾事故发生。
环境友好：臭氧损耗潜能值为 0，温室效应潜能值等于 1，大气存
留寿命只有 5 天
安全无毒：灭火浓度低，安全余量高，在使用时对人体更安全
常压储存：常温为液体，常温状态下可使用普通容器在较宽的温度
范围内储存和运输（包括空运）
无腐蚀：常用的橡塑密封材料、常用的金属无腐蚀，不会造成二次
损害
绝缘性强：不导电，对所有电气高压设备以及元器件无腐蚀无残留，
安全性高。
感应电机参数的精确辨识对于电机控制及运行特性分析具有重要意义。通过电机实测电压电流数据，结合电机模型以
及各类算法，得到电阻、电抗等电机参数。目前常用的参数辨识方法包含模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波法、人工智能算法等辨识方法。
可以利用定子电流的转子齿谐波频率分量辨识转速，该方法无需安装转速传感器、计算简便，适合工程应用。转子齿
谐波相对定子铁心的频率为：
式中，fsh为齿谐波频率、fB为基波频率、Z2为转子槽数、ωr*为转速标幺值、P为极对数。
实验电机转子槽数为58，极对数为4，基频50Hz，定子电流通过傅里叶分解可得齿谐波频率为770Hz，计算可得转
速为744.83rpm。
以粒子群算法为例，电机参数辨识步骤及辨识结果如下所示：
1）确定待辨识电机参数，x=[Rs, Rr, Lsl, Lrl, Lm,J]T，每一组x的值对应一个
粒子；
3）以实测与仿真电流误差为适应度。粒子群算法的目标为找到一组最优粒子
xbest，使适应度达到最小值；
5）应用粒子群算法进行迭代计算，直到找到满足精度要求的最优粒子xbest。
迭代公式如下：
在电网拓扑及设备参数基础上，构建电动机启动过程模型，在电网正常运行方式或特殊运行工况下，模拟电机启动过
程，校核启动过程中各母线电压、电机启动电流等电气量的变化情况，分析电机是否可正常启动，是否会影响其他电机正
常运行。启动方式可包括直接启动、定子串电抗启动、Y-△启动、自耦变启动、转子串电阻启动等。
电动机模型参数
应用电力系统数字仿真技术，模拟企业供电系统发生不同条件下的短路故障，输出所有电压、电流、功率等电气量曲
线。考虑重合闸、快切装置策略、继电保护定值以及其他抗晃电措施，进一步仿真企业供电系统运行状态，校核是否发生电动机负荷损失的情况。根据各电机抗晃电措施时间特性，确定各时刻损失电机负荷的大小。对于等值聚合的低压电机负
荷，考虑在不同电机脱扣同时系数条件下电网运行状态。
三相短路故障母线电压曲线
