电能质量问题综述及开发区内电压暂降治理项目简介
电压暂降治理措施及设备综述
电压暂降治理措施及设备综述胡安平陶以彬1.2,陈嘉源3,庄俊1.2（1.新能源与储能运行控制国家重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），江苏南京210003；2.江苏省储能变流及应用工程技术研究中心（中国电力科学研究院有限公司），江苏南京210003；3.河海大学，能源与电气学院，江苏南京211100）摘要：电压暂降是电力系统难以避免的电能质量事件，也是敏感工业用户亟待解决的问题，近年来电压暂降是电能质量领域的研究热点问题之一。
随着对电压暂降治理措施及设备研究的深入，电压暂降治理措施及设备的分类也显得越发必要，合理的分类方式不仅可以指导用户选择合适的治理措施及设备，还能为新的电压暂降治理措施及设备提供依据和方向。
此处对现阶段电压暂降治理措施以及设备进行详细分析，并提出了根据供电电源数量与类型进行电压暂降治理设备的分类方法。
关键词：电压暂降；治理措施；治理设备中图分类号:TM714.2文献标识码：A文章编号:1000-100X(2019)07-0001-05Review of Voltage Sag Mitigation Measures and EquipmentsHU An-ping12,TAO Yi-bin1-2,CHEN Jia-yuan3,ZHUANG Jun1-2(1.National Key Laboratory on Operation and Control of Renewable Energy and Energy Storage(China Electric Power Research Institute Co.,Ltd.),Nanjing210003,China)Abstract:Voltage sag is a power quality event that is difficult to avoid in power systems and it is also an urgent problem for sensitive industrial users.In recent years,the research on voltage sag is one of the hot issues in the field of power quality.With the research of voltage sag and equipment,the measures of voltage sags and the classification of equipment are became more and more necessary.A proper classification method can not only guide the users to choose appropriate measures and equipment,but also provide the basis and direction for the new control measures and equipment for voltage sags.Based on the analysis of voltage sag mitigation measures and equipments,a method of classification for equipments of voltage sag mitigation is proposed according to the numbers and types of power supply. Keywords:voltage sag；mitigation measures；mitigation equipmentsFoundation Project:Supported by Innovation Fund Project of China Electric Power Research Institute(No.NY83-19-010)1引言用电设备的技术更新对供电质量提出了更高的要求，电压暂降是发生频率最高、影响最为严重的电能质量问题。
电能质量重要问题电压暂降知识讲解
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（a） 电压凹陷与补偿后波形
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1.3 电压暂降的特征量
➢ 在电压暂降的分析中，通常将暂降时
的电压有效值与额定电压有效值的比 100%
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特征量(有时还可能出现电压相位跳变)。 200 1
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（a） 电压凹陷与补偿后波形
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1.4 电压暂降现象的起因
➢ 引起电压严重暂降的主要原因是系统元件 或线路的故障。(雷电等恶劣天气影响)
特征：暂降幅度大、近乎矩形曲线、持续 时间短（即故障在线时间）
➢ 右图为电压暂降和短时间 中断现象波形例，
➢ F1和F2接入同一配电母线，
假设F2上发生三相金属性短
暂降
路
❖ V1c为F1上用户电压发生短 时间跌落；
❖ V2c为F2上用户电压发生短
时间电压跌落直至中断。
故
保 开 短时中断 开
障
护关
关
开
动跳
重
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作闸
合
2020/6/2
4
瞬时性故障，重合成功
永久性故障，重合不成功
电压暂降的危害及治理方案
电压暂降的危害及治理方案随着经济快速发展，工业制造与居民用电的多样化，导致电网的电能质量问题更加复杂化，随机化与多样化，其中电压暂降已经成为各类企业与电网研究单位首要的治理和研究方向。
说起电压暂降，想必大家还记得2016年6月18日凌晨0时30分，西安变电站爆炸事件，间接导致三星工厂的电源闪断，持续数秒，部分半导体设备感应到电压异常自动停止运作，生产车间出现大面积的设备停止运转，部分半导体设备感应到电压异常自动停止运作，造成重大的损失。
电压暂降或下跌是指供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的现象，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将电压暂降定义为供电电压有效值快速下降到额定值的90%～10%，然后回升至正常值附近，持续时间为10ms～1min。
电压暂降往往会导致制造设备停机或者烧毁，给工业制造带来极大的危害，同时给企业带来巨大的损失。
电压暂降目前被公认为电子制造业危害最大的电能质量问题。
电压暂降对各类型设备危害如表 1所示。
表 1 电压暂降对各类型设备危害结论是年损失量达到210亿人民币，占菲律宾2012年1.55万亿的GDP重量的1.34%，其中工业损失高达97.53%，其中由于电压暂降和停电原因占了71%。
国家发改委经济调节运行局曾经委托亚洲电能质量产业联盟开展的电能质量经济性影响调查，经过大量的调研与分析，其中指出半导体行业电能质量事件的单次损失明显高于其他行业的样本，详情见图1所示。
图 1 不同行业不同电能质量类型单次损失总表广东某精密半导体制造商产线频繁出现电压暂降问题，为此委托广州某知名电气企业进行电压暂降的治理。
为了达到客户要求的性能，广州治理企业将ZLG致远电子E8300电能质量监测装置加入到治理方案中，给客户提供一个权威与精准的数据展示。
在开展项目之前，广州治理企业邀请了致远电子和半导体厂家进行了电压暂降试验，具体方案如图 2所示。
图 2 E8300电能质量监测装置电压暂降试验示意图方案原理：利用大功率可编程电源模拟电压跌落发生条件，分为2路输出，一路将信号输入到UPS电压补偿柜，经过UPS电源补偿后的回路接入E8300电能质量在线监测装置的第1回路上。
电压暂降解决方案
电压暂降解决方案电压暂降解决方案引言在电力系统中，电压暂降（Voltage Sag）是指电压在较短时间内发生瞬时下降的现象。
这种现象可能由于电力系统中的故障、突发的电流负荷等原因引起，给电力系统的稳定运行带来不利影响。
因此，寻找和采取适当的电压暂降解决方案对于提高电力系统的可靠性和稳定性至关重要。
本文将介绍几种常见的电压暂降解决方案，并分析它们的优缺点。
直接容性补偿直接容性补偿是指通过连接并行电容器来增加电流流动的能力，从而减轻电压暂降的程度。
电容器可以被认为是一种储存电能的装置，它在电网电压下充电，并在电压暂降期间释放储存的电能。
这种解决方案相对简单且经济，可以快速响应电压暂降事件。
然而，直接容性补偿的效果有限，它只能减缓电压暂降的速度，并不能完全消除电压暂降。
动态无功补偿动态无功补偿是一种通过控制无功功率的流动来解决电压暂降的方法。
在电压暂降事件中，设备会产生额外的无功功率，进而导致电压下降。
动态无功补偿设备可以迅速感知电压暂降事件，并通过自动控制的方式注入相应的无功功率来提高电压。
常见的动态无功补偿设备有STATCOM（静止同步补偿器）和SVC（静止无功发生器）。
动态无功补偿具有响应速度快、补偿效果好的优点，但成本较高，在实际应用中需要进行综合考虑。
隔离切换补偿隔离切换补偿是一种通过随时切换备用供电源来解决电压暂降的方法。
在电压暂降事件发生时，这些备用供电源可以立即投入并提供稳定的电压，从而降低对用户设备的影响。
隔离切换补偿的优点在于能够快速恢复电压，但这种解决方案需要具备备用电源，增加了系统的复杂性和成本。
脉冲功率补偿器脉冲功率补偿器是一种通过控制电网与用户设备之间的电流流动来解决电压暂降的技术。
它通过在电压暂降发生时，快速调整用户设备的电流波形，从而减轻电压下降的程度。
脉冲功率补偿器具有响应速度快、效果好的特点，但是需要对用户设备进行改造和调整，并且成本较高。
总结电压暂降是电力系统中常见的问题，对电力系统的稳定运行带来了一定的挑战。
配电网电压暂降问题及其治理措施
配电网电压暂降问题及其治理措施摘要：电压暂降是一种典型的配电网电能质量问题，随着配电网用户高新技术的快速发展，电压暂降问题愈发凸显，电压暂降造成电机停机、计算机存储数据丢失等事故也越来越多，给配电网用电客户带来巨大的经济损失。
这一问题正逐渐引起电力部门和行业用户的高度重视。
本文研究了电压暂降问题起因、特征，以及现有的众多解决方案，并着重介绍了固态切换开关（SSTS）抑制配电网电压暂降方案。
关键词：电压暂降；配电网；固态切换开关；1.引言：电压暂降问题长期存在于配电网线路中，由于以往大多数用电设备因容量、精密度的限制，对电压的短时突然变化不敏感，配电网电压暂降问题并未严重影响到正常生产，因而该问题并未引起人们重视。
但随着用电设备的技术发展和不断更新，数字式自动化技术设备在工业生产中的广泛应用，如可编程控制器、变频调速设备、计算机系统设备及各种自动化生产线等敏感性用电设备的大规模使用，配电网电压暂降问题所造成的影响和危害日益突出，因此对配电网电压质量提出了更高的要求。
2.配电网电压暂降的基本概念配电网电压暂降即“短时间电压下降”，是一个动态电能质量问题，是指供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的现象[1]。
下面对配电网电压暂降的三个特征量分别进行分析。
1）暂降电压的幅值在电压暂降的分析中，通常将暂降时的电压有效值与额定电压有效值的比值定义为暂降的幅值。
国际电工委员会（IEC）将其定义为下降到额定值的90%至1%，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将其定义为下降到额定值的90%至10%，其典型持续时间为0.5～30周波。
2）持续时间将暂降从发生到结束之间的时间定义为持续时间，电压暂降的持续时间主要是由熔断器、断路器和保护装置的动作时间决定。
线路的短路故障持续时间较短，约60~150ms;配电故障的清除时间较长，约0.5~2s, IEEE对暂降时间的定义为：持续10ms-1min。
3）相位跳变电压暂降发生时产生的电压相位的改变称为相位跳变。
电压暂降的危害及治理方案
电压暂降的危害及治理方案
随着经济快速发展，工业制造与居民用电的多样化，导致电网的电能质量问题更加复杂化，随机化与多样化，其中电压暂降已经成为各类企业与电网研究单位首要的治理和研究方向。
说起电压暂降，想必大家还记得2016年6月18日凌晨0时30分，西安变电站爆炸事件，间接导致三星工厂的电源闪断，持续数秒，部分半导体设备感应到电压异常自动停止运作，生产车间出现大面积的设备停止运转，部分半导体设备感应到电压异常自动停止运作，造成重大的损失。
电压暂降或下跌是指供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的现象，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将电压暂降定义为供电电压有效值快速下降到额定值的90%～10%，然后回升至正常值附近，持续时间为
10ms～1min。
电压暂降往往会导致制造设备停机或者烧毁，给工业制造带来极大的危害，同时给企业带来巨大的损失。
电压暂降目前被公认为电子制造业危害最大的电能质量问题。
电压暂降对各类型设备危害如表1所示。
表1 电压暂降对各类型设备危害
早在2012年，有关组织针对在菲律宾进行电能质量问题造成的损失进行了经济性调查，结论是年损失量达到210亿人民币，占菲律宾2012年1.55万亿的GDP重量的1.34%，其中工业损失高达97.53%，其中由于电压暂降和停电原因占了71%。
国家发改委经济调节运行局曾经委托亚洲电能质量产业联盟开展的电能质量经济性影响调查，经过大量的调研与分析，其中指出半导体行业电能质量。
电能质量研究——电压暂降及其治理
６ｌ
ｌ ８
４
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保证 设 备 的正 常运 行 。安装 Ｕ Ｓ必然 要增加 Ｐ 由该 表 可以看 出 ，电压 暂 降 的 幅值 一般 生 产 成 本 电压暂 降与谐 波 不 同 ，谐 波 一 般是 由用 小于 ４ ％。电压暂降的幅值与测量 的供电点位 ０ 户 的非线性 负 荷引起 的 ，应 以用 户治理 为主 ； 电 压幅值下 降 ３ ％－ ０ ，对用 户 的 Ｐ Ｃ ０ －％ ４ Ｌ 电压 暂 降 主要 是 由 电 网故 障 引起 的 ，应 以供 （ 编 程 逻 辑 控 制 器 ）和 ＡＳ （ 速 器 ）可 电公 司治 理 为 主 。治 理 电压 暂 降要 比治理 电 可 Ｄ 调 造 成 失灵 或停 止运 转 ，导致 工 厂 的全 部 或 部 压 偏差 、波 动 和 闪烁 困难 ．因 为 电压 暂降 的
维普资讯
雷 击 时造 成 的绝 缘子 闪络 或 对地 放 电会 引起 供 电 电压暂 降 ，而且 影响 范 围 大 ，持 续 时 间一 般 超 过 １０ｍｓ ０ 。 架 空 的输 配 电线 路 暴露 在 外 ，造 成 的 瞬 时故 障要 比永久性 故 障要 多 ，所 以引起 的 电 压暂 降 的机会 比供 电 中断要 多 。输 电线 路 故 障引 起 的 电压暂 降要 比配 电线 路 故 障 引起 的 电压暂 降严重
查 。在 ５ ０ 个供 电点上 （ 括工 业 、商业 和 ５ 包 员会 （ Ｅ Ｉ Ｃ）用语 为 ｖ ｌ ｇ ｉ Ｉ Ｅ 并定 民 用 ）进 行 实 际 监 测 ， 其 中 对 ］ 业 用 户 测 量 ｏｔ ｅ ｄｐ Ｅ Ｅ ａ 义电压 的 方均 根值 下降 到标 称 电 的 ９ ％至 结 果 表 明 ：平 均 每 个 用 户 每 相 每 月 发 生 ３ ０ ８
电能质量问题及其治理前沿技术综述
的电压暂降就能导致设备损坏、 生产线停产 、 造成 巨 大 经济损 失 。 以北 京 某 经 济 开发 区某 公 司 为 例 ，
仅 ２ ０ 该公 司就 因电 压 暂 降损 失 上 千 万 元 。 因 ０ ７年
此， 电能质量 及 其控 制 技 术 的研 究 具 有 巨大 的 经 济
防止过 电压 损坏 设 备 ， 用 滤波 器 减 小 谐 波 畸 变 的 采 影响 ， 采用 不 间断 电源 以保 护某 些关键 性 负荷 ， 安装
力 园 区技 术 将 成 为 未 来 配 电 网解 决 电能 质 量 问题 的 发 展 方 向 。 关键词 ： 电力 电子 技 术 ； 能 质 量 ； 制 电 力技 术 ； 质 电 力 园 区 电 定 优
文章 编 号 ：０ ８— ８ Ｘ ２ １ ） １～ ０ ０— ３ 中 图 分 类 号 ：Ｍ７ 文 献 标 识 码 ： １０ ０ ３ （ ０ １ １ ０ ５ ０ Ｔ １ Ｂ
（ ） Ｓ Ｓ主要 应 对 电压 暂 降 问题 ， １ ＳＴ 与不 间断 电
压不 平衡 ， 波 ， 谐 间谐波 等等 。
美 国电科 院于 １９ ９ ２年 到 １９ ９ ６年进 行 了配 电 系
统 电能质量状况 的调 查 ｊ１ ，Ｏ多个供 电企 业参 加 ， 对 ２０多 个测点进行 长达 两年 的监测 ， ５ 统计 分 析 出 以下
２１ ０ １年 １ １月 第 ｌ ４卷 第 １ 期 １
２ ，Ｖ ｌ ４，Ｎ ． ０１ １ ｏ ，１ ｏ １ １
贵 州 电 力 技 术
ＧＵＩ ＺＨＯＵ ＥＣＴ Ｃ ＯＷ ＥＲ ＥＬ ＲＩ Ｐ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
专题研 讨
Ｓ ｃａ ｐ ｒｓ ｐｅ ｉｌＲｅ ｏ ｔ
电能质 量 问题 及 其治 理 前 沿技 术 综 述
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2009年第3期
TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY
1
电能质量问题简介
1.1
电能质量问题产生的历史背景
随着工业规模的扩大和科学技术的发展，新工艺、新技术
广泛应用于工业生产和人民生活的各个方面，越来越多的用户采用了性能好、效率高，但对电源特性变化敏感的高科技设备，电力用户对电能质量的要求在不断提高。
而当前供用电的现状，并不能满足这些高科技设备对于电能质量的要求，据国际会议报告介绍，在美国每年由于电能质量下降所引起的经济损失高达数百亿美元。
电力部门正逐渐认识到，只满足于将电能“如数”地传输给电力用户，并且保证一定的供电可靠性即可满足需求的想法是远远不够的，还必须要想方设法地提高电能质量，以满足电力系统运行和工业生产过程对电能质量日益增长的要求。
随着电能质量国际标准和国家标准的相继制定，国内外越来越多的电力科研机构和电力部门已经开始了电能质量问题的研究和应用工作。
1.2
电能质量与供电可靠性的区别
长期以来，人们习惯地把电能质量与供电可靠性几乎等同看待。
这是因为传统负荷设备对短时间的电压变化基本没有反映，只在供电电压中断时才不能正常工作，而且各设备之间、各工业生产过程之间又很少相互关联。
因此，以往在涉及到供电质量水平问题时，多用供电可靠率和每户年平均停电次数等主要指标来评价计算。
随着对电能质量敏感的高科技设备的应用，当代电力系统的负荷结构发生了很大的变化，用电设备和生产工艺对电能质量的要求比传统设备要高。
例如，某半导体制造厂，从来没有发生过停电事故，供电可靠性计算指标很高。
但一次持续时间极短
（几十毫秒）不易觉察的电压暂降就造成了其生产线工作紊乱，产品报废，使该
厂蒙受了数百万美元的经济损失。
因此，面对当代负荷的特点，要保证其正常工作仅靠保证传统定义上的供电可靠性是不够的。
2
电能质量的概念、定义及分类
2.1
电能质量的概念与定义
电能质量可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工
作的电压、
电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断等。
2.2
电能质量的分类
为了系统地分析和研究电能质量现象，并能够对其测量结果进行分选识别，从中找出引起电能质量问题的原因和采取针对性的解决办法，将电能质量进行分类和给出相应的定义是很重要的。
对于电能质量现象可以根据不同基础来分类。
表1给出了IEEE 制定的电力系统电磁现象的特性参数及分类。
表1
IEEE 制定的电力系统电磁现象的特性参数及分类
3
电压暂降问题介绍
3.1
电压暂降的概念与定义
电压暂降是指工频条件下电压均方根值减小到0.1～0.9p.u.
之间，持续时间为0.5周波至1min 的短时间电压波动现象。
电压暂降不同与电压波动，是指电压均方根值的大幅度
张耀先张丽泉（天津泰达电力公司天津300457）
电能质量问题综述及开发区内电压暂降治理项目简介
【摘要】对各种电能质量问题进行了介绍，更分析了引起电力系统电压暂降的原因及其对电力系统中的电气
设备的危害，并结合博爱（中国）膨化芯材电压暂降治理项目，简要介绍了开发区内对于电压暂降问题的治理成
果。
【关键词】电力系统电能质量电压暂降电气设备
收稿日期：2009-04-05
科学观察
74
2009年第3期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY
快速下降。
而电压波动是指供电系统正常运行时，由于负荷的不断改变，电压会偏离其额定值，一般在额定值的±10%之内连续变化的情况。
3.2电压暂降是电能质量问题中最主要的问题
据统计，在欧洲和美国，电力部门与用户对电压暂降的关注程度比对其他有关电能质量问题的关注程度要高得多。
这其中一个重要的因素是，在电能质量的诸多原因中，由电压暂降引起的用户投诉占整个电能质量问题投诉数量的80%以上。
专家们认为，电压暂降已上升为最重要的电能质量问题，已成为信息社会对供电质量提出的新挑战。
目前，许多企业已开展了电压暂降的长期监测工作。
仅以上海通用汽车公司为例，从2004年1月至2005年4月，该公司监测点共发生31次电压暂降，平均每月发生2次。
3.3电压暂降产生的原因
输配电系统中的多数故障为单相接地故障，该故障是产生电压暂降的最主要原因；雷击时造成的绝缘子闪络或对地放电，会使保护装置动作，从而导致供电电压暂降。
感应电机全电压启动时，需要从电源汲取的电流值为满负荷的500%～800%，这一大电流流过系统阻抗时，将会引起电压突然下降。
此外，当输配电系统中发生开关操作、变压器以及电容器组的投切等事件时，均可引起电压暂降。
其中，短路故障、感应电机启动和雷击是引起电压暂降的最主要原因。
3.4电压暂降对敏感用电设备的影响
随着用电设备的技术更新，特别是20世纪80年代以来，数字式自动控制技术在工业生产中得到大规模应用，如变频调速设备、可编程逻辑控制器、各种自动生产线以及计算机系统等敏感性用电设备的大量使用，对供电系统的电能质量提出了更高的要求。
严重的电压暂降，将使用电设备停止工作，或引起产品质量下降。
而电压暂降影响的严重性则随用电设备的特性而异。
一般而言，工业过程设备对电压暂降特别敏感，这些敏感设备相互连接在一个大电力系统中，或一系列自动化过程中，意味着整个系统与最敏感设备对电能质量异常有相同的敏感度。
因此，设备内任何一个元件由于电源出现问题都会使整个流程停止运转。
这些工业过程涉及塑料、石化、纺织、造纸、半导体以及橡胶等领域。
例如，在许多用电装置中广泛采用的电子芯片检测器，在发生电压暂降之后，其重新启动通常需要30min或更长时间，从而影响装置的正常运行。
据介绍，由于一次电压暂降而使某生产线重新启动需花费50000美元。
4开发区内企业对电能质量的要求
开发区的电力客户群多为电子、汽车等高科技企业，它们对电能质量的要求比较严格。
这些企业的许多设备和装置都带有基于微处理机的数字控制或功率电子器件，它们对各种电磁干扰都极为敏感，很微小的电压扰动都可能影响到其电子控制系统的正常工作，甚至导致掉闸或生产停顿。
经调查，开发区内企业所面临的电能质量问题，主要是电
压暂降问题。
有多家企业反映，曾遭受过电压暂降问题的困扰。
开发区内的博爱（中国）膨化芯材有限公司，是英国著名的BBA公司在华投资的一家生产无纺布的企业。
电压暂降问题
几年来一直困扰着该公司，每年都发生几次。
电压暂降导致某
些正在运行的设备停机，控制系统联锁功能又使更多区域的设
备停机，从而导致全线停车。
这类停车后，该公司不得不做清洁
设备、加热升温等生产准备工作，才能使设备再投入生产。
每次
停车不但降低了产量，还会造成200kg左右的废品，对该公司
造成了很大的经济损失。
5博爱膨化(BBA)电压暂降治理项目简介
为了解决电压暂降问题，确保设备可靠运转，BBA公司向
泰达电力公司求援。
泰达电力公司向BBA公司提供了最经济、最有效的解决方案，即通过提高客户设备对于电压跌落的耐受
能力，从而降低电压暂降发生时设备停车的概率。
为了查找BBA公司的设备对于电压暂降的敏感程度，确
定提高设备耐受能力的最佳解决方案。
泰达电力公司邀请美国
电科院的专家对BBA公司设备的典型电路及控制系统做了全
面的电能质量审查工作。
经过美国电科院的广泛研究及试验，该院向泰达电力公司
和BBA公司提交了BBA电能质量审查报告。
这份报告从软硬
件2个方面分别阐述了有针对性的解决方案，有些地方还提供
了不同的选择方案。
BBA公司十分重视这份报告，并根据实际情况及可行性
制定了行动计划。
经过实践检验，效果十分明显，原来每次电压
暂降都会导致200kg的废品，造成大量的经济损失，而现在发
生同样的电压暂降时，不再有经济上的损失。
BBA公司的生产
设备对于电压暂降的耐受能力有了明显的提高，生产线由于电
压暂降的发生而停车的现象减少，从而减少了企业的经济损失。
■
参考文献
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科学观察75。