电力系统电压暂降的简述

电力系统电压暂降的简述　对动态电能质量问题中最主要的电压暂降问题　进行了简述，包括电压暂降的原因，传播过程及对　电力系统的危害，并在此基础上介绍了电压暂降的　分类、评估指标，以及应对电压暂降问题的措施。　

◎三峡电力职业学院　周　皓　电能作为一种特殊商品，直接关系到　国民经济的正常发展。电能质量的优劣对　电网和电气设备的安全、经济运行，保证　产品质量和科学实验以及人民生活和生产　的正常运行均具有十分重要的意义。１　９９４　年欧洲电工标准化委员会（ＣＥＮＥＬＥＣ）正　式颁布　公共配电系统供电电压特性））标　准（ＥＮ５０１６０），作为欧洲对电能的统一标　准，并已为国际电工委员会（ＩＥＣ）采用，　其中就有关于电压暂降的规定。随着电压　关键坷／ＫｅｙＷｏｒｄＳ暂降问题在电能质量诸多问题中的日益突　皂能质量’　出，很有必要对电压暂降问题做一个比较　毫压暂降。　深入全面的探讨…。　设备敏感曲线・　“Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓａｇ”（又称Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｐ）　在电工词典上的译名是“短时间电压下　降”，即指在短时间内（通常指工频半个周　期至１ｒａｉｎ）供电系统电压突然下降，且超　出正常电压偏差允许值，然后又返回到正　常的电压水平。电压暂降深度则定义为　电压额定值与电压暂降过程中的最小值　之差。美国ＩＥＥＥ推荐标准（ＩＥＥＥ　Ｓｔｄ．　１　１５９—１９９２）中对Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓａｇ的定义为：　工频电压的有效值的下降，其持续时间为　Ｓ２８　Ｊ嘭　与‘羽・电力电气专刊・２００７年第３期／总第４期　１Ｏｍｓ～１ｒａｉｎ。另外有的文献将相移也作　为描述电压暂降的特征量之一【２］。　电压暂降的原因　大部分电压暂降是由于雷击和输电　线路短路故障引起的。感应电动机的起　动等也会引起电压暂降，但这种电压暂　降一般并不严重。　雷击引起的绝缘子闪络和线路对地　放电是造成系统电压暂降的主要原因。　由于电力系统中的大多数设备是暴露在　露天的，在雨季或多雷地区，暴露在露天　的运行设备很容易受到雷电干扰。因雷　击引起的电压暂降约占总数的６０％左右，　并且持续时间超过５个周期。　系统故障是引起电压暂降的另一重　要原因。目前配电系统中的线路主保护　一般是分段式电流保护，该保护最大的　缺陷就是在线路故障时不能做到无延时　地切除故障。即使是无延时保护，其固有　动作时间也要３～６个周期，因此在故障　期间，线路上的敏感负荷将被迫退出工　作。如线路上装有重合闸装置时，由此引　起的电压暂降次数将成倍增加。故障引　起的电压暂降的幅值大部分在３０％额定　值以下【”。　

电压暂降的危害　电压暂降和瞬时中断已被认为是影响　许多用电设备正常、安全运行的最严重的　动态电能质量问题。电压暂降对现代社会造成的危　害主要有以下四个方面ｌ２】。　（１）对人们的日常生活有很大的影响　１　９９９年１　１月９日，中国国际广播电台报道了　美国《商业周刊》的一名编辑被困在电梯内长达　４０ｈ，以心理和身体受严重伤害为由向办公大楼的　物业管理部门提出索赔２５００万美元的要求。此次　电梯故障是由于供电系统突然降压１　Ｓ造成的。　（２）对信息业有很大的影响　据估计８０％服务器出现瘫痪以及用户端４５％　左右数据丢失和“出错”均与电压暂降有关。　（３）对大型敏感工业用户造成很大的危害　有的研究表明当电压低于５０％额定电压，持　续时间超过１个周波时，接触器就会脱扣；而有　的研究表明当电压低于７０％额定电压甚至更高，　接触器就会脱扣。对早期的可编程序控制器　（ＰＬＣ），当电压低于ｌ０％ＵＮ，仍能持续工作１５个　周波；新版产品，当电压低于５０％　时，ＰＬＣ停　止工作；一些Ｉ／Ｏ设备，当电压低于９０％Ｕ　，持　续时间仅几个周波就会被切除。　

电压暂降的分类及其特性　根据引起电压暂降的原因，可以将电压暂降　分成三类：第一类称为ＦＲＳ（Ｆａｕｌｔ　Ｒｅｌａｔｅｄ　Ｓａｇｓ），　即与故障有关的电压暂降；第二类称为Ｍ　ｓ　Ｒ　ｓ　（Ｍｏｔｏｒ　Ｓｔａｒｔｉｎｇ　Ｒｅｌａｔｅｄ　Ｓａｇｓ），即与大型电动机　的起动有关的电压暂降；第三类称为Ｍ　Ｒ　Ｒ　ｓ　（Ｍｏｔｏｒ　Ｒｅ—Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　Ｒｅｌａｔｅｄ　Ｓａｇｓ），即与电　动机的再加速有关的电压暂降，也就是大型电　动机运行和故障之间的相互作用对电压暂降的　特性有重大的影响。这三种类型的电压暂降具　有明显不同的特性。对于ＦＲＳ，暂降开始下降和　最后恢复都非常迅速；对于ＭＳＲＳ，暂降事件的　恢复需要很长的时间，通常为几百毫秒到几秒；　对于ＭＲＲＳ，在故障开始的时候，大型电动机作　为电压源，因而减少了电压降，当故障清除以　后，电动机再加速加深了电压暂降导致延长了　电压暂降的恢复时间【　。三种类型的特性如图　１～图３所示。　一般情况下，用来描述电压暂降特征的参数　ｔ｜ｓ　图１　ＦＲＳ的特性示意图　ｔ｜ｓ　图２　ＭＳＲＳ的特性示意图　图３　ＭＲＲＳ的特性示意图　主要有三个：一是电压暂降的幅值，即电压发生　突然下降后的电压幅值大小，常用电压幅值暂降　深度（ＭＦ＝ｕ。　／　。　）来表示，其中　。　指暂降前　的电压有效值，　。表示电压暂降时的有效值，发　生不对称电压暂降时，指电压基波正序分量的有　效值。二是电压暂降时的相角跳变，指电压暂降　前后相位角的变化，不对称电压暂降时，指电压　基波正序分量的相角变化；三是电压暂降起止时　刻，即电压暂降的持续时间。　

电压暂降传播过程分析　配电系统电压暂降传播过程分析主要包括两　方面内容　】：　（１）变压器运行方式对电压暂降传播的影响　输电系统故障引起的电压暂降将会通过变压　器耦合到配电系统，因此运用变压器建模方法及　故障分析方法等，详细分析不同故障类型和不同　变压器接线方式下的电压暂降的传播特性，将有　助于进一步认识电压暂降的传播过程。　

２００７年７月・电力电气专刊・　量调　Ｉ　８２９　目前国外在这方面已经做了大量研究，国内　的研究刚起步，但是我国的配电系统运行方式与　国外的运行方式有较大差别，因此结合我国配电　系统的实际运行方式，掌握变压器在电压暂降传　播过程中的作用，将是国内研究的方向。　（２）对某一点电压暂降凹陷域的分析　主要是在已知系统结构的情况下，运用故障　分析方法，实现对某一点电压暂降凹陷域的分析。　故障若发生在凹陷域内，电压暂降则会影响本点　的工作；凹陷域以外的故障，电压暂降则不会影　响本点的正常运行。　目前主要应用的分析方法有临界距离法和故　障点法。临界距离法通过确定当母线电压降低到　所设定的临界电压时故障点与所关心母线之间的　距离，从而得到该母线的临界域，若故障发生在　此临界域内，则对敏感负荷有不良影响。故障点　法先粗略分析各种可能发生的故障对敏感负荷产　生的暂降影响，然后对各种故障类型进行仿真或　短路计算，得到暂降幅值、相移和持续时间等特　征量，再据此准确地判断可能带给所关心负荷不　良影响的故障所在区域，即凹陷域。　临界距离法原理简单明确，但没有计及暂降　持续时间对敏感负荷的影响。故障点法可考虑各　种故障情况及各个特征量对凹陷域的影响，但较　复杂，计算量大。　电压骤降影响的评估　评估电压骤降影响的方法要基于电力网的电　压骤降特性、规律（电压骤降的幅值、持续时间和　发生频率等）和负荷（或工业过程）的敏感曲线（容许　曲线）两者的结合。从根本上来讲，电压骤降的评　估方法有两大类，即基于实测数据的方法和基于理　论分析的预测方法　】。　基于实测数据的评估方法以美国工程师Ｒ．　Ｃ．Ｄｕｇａｎ提出的方法为代表，包括类似于ＳＡＩＦＩ的　指标ＳＡＲＦＩｘ（系统平均有效值波动频率指标，ｓｙｓ—　ｔｅｍ　ａｖｅｒａｇｅ　ＲＭ　Ｓ（ｖａｒｉ　ａｔｉｏｎ）￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｄｅｘ）　以及从属的３个子指标，分别针对即时、瞬时和　暂时电压骤降。该方法简化了电压骤降的分类，　指标并不完备。实测方法的缺陷是在其研究的时　￥３０　ｆ嘭　与‘羽・电力电气专刊・２００７年第３期／总第４期　间段内，得到的指标在概率意义上的置信度不高，　而长期的测量结果在目前世界各国都难以得到。　对于用户的敏感设备，可由公共连接点（ＰＣＣ）　上的负荷工业过程的电压（　）一持续时间（Ｄ　）曲　线所表示的敏感曲线来建模。西方工业界使用最　广泛的设备敏感曲线是ＣＢＥＭＡ曲线（得名于提　出该曲线的组织Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）。该曲线最初用于描　述大型计算机对于电压骤降等的耐受能力，但其　后被工业界所接受和推广应用到可调速驱动设备　（ＡＳＤ）、荧光照明设备、基于计算机和微处理器的　负荷以及其他一般负荷。获得ＣＢＥＭＡ曲线成为　低电压事件尤其是电压骤降的评估中不可缺少的　一环。该曲线一般可以简化为图４的ＩＴＩＣ曲线。　可将敏感曲线表述为两状态模型，如图５所示，其　中从状态１到状态２的转移率　等于年期望停运　次数，从状态２到状态１的转移率　为负荷点平均　维修时间的倒数。　

图５　两状态模型　电压暂降问题的控制措施与方法　为减少电压暂降对敏感负荷的影响，仅从电　力系统着手，无法彻底防止问题的发生。由于用　户对电能质量的要求日益多样，因此从技术成本　上考虑，对电压暂降问题采取的措施要从供电部　门、用户与用电设备厂商等多方面考虑。　供电部门的措施：提高供电可靠性。供电部　门可采取的措施有：降低线路故障发生的可能　性；加快故障切除时间；采用快速动作的继电保　护装置；架设双回输电线路等。此外，还可以提　

薹　供用户敏感设备电压暂降的可能性评估，为用户　和电力部门提供规划阶段的成本或效益的定量分　析和方案比较，安装必要的设备以抑制和消除电　力扰动。迄今为止，解决电能质量问题的装置很　多，对电压暂降起抑制作用的装置有以下几种：　蓄电池储能系统（Ｂ　Ｅ　ｓ　ｓ）、动态不问断电源　（ＤＵＰＳ）、机械切换开关（ＤＵＲ）、超导磁能系统　（ＳＭＥＳ）、静止电子分接开关（ＳＥＴＣ）、固态切换开　关（ＳＳＴＳ）、静止无功补偿器（ｓｖｃ）、不问断电源　（ｕＰｓ）。　就用户而言，可以对负荷进行调整，使负荷减　少敏感程度。当负荷的电能质量要求特别高而单　靠电力企业无法在短时期满足其要求时，与用户　共同采取措施，降低负荷敏感程度和降低电能质　量不良程度来克服困难。就设备制造商而言，对　设备灵敏性进行研究，使设备具备对某种程度内　电压下跌的免疫力，制造部门提供的产品说明书　中应有类似ＩＴＩＣ电压容限曲线，并标明该曲线的　实用条件。圉　

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