电压暂降问题研究现状及面临的挑战

电压暂降问题研究现状及面临的挑战

刘兴艳1龙燕2陈晓红3张宇红4陈朗5罗世

(1、6贵州电网有限责任公司贵安供电局贵州贵安550025;2、4、5贵州电网有限责任公司铜仁供电局贵州铜仁554300;3贵州电网有限责任公司铜仁碧江供电局贵州铜仁554300)

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，电压暂降造成电动机停机、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。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。这一问题正逐渐引起电力部门和行业用户的高度重视。

关键词：电压暂降；面临现状；研究

一、开展电压暂降的意义

随着工业装备、建筑电气自动化及智能化水平越来越高，电压暂降问题对于工商业大用户的生产经营影响也越来越显著。大量使用的机器人、变频调速器、焊机、LED灯具和电梯等电力电子设备，因电能质量扰动触发的生产中断和延缓呈明显的上升趋势，由此带来的直接及间接经济损失日趋严重。

开展电压暂降监侧对供用电双方都有积极意义。对于电力部门，电压暂降指标是体现电网优质供电的直接反映，也是电网安全质量水平提升的重要基础;对于用户，电压暂降易造成用户精密负载设备异常、导致电力用户设备停机以及公用场所用电中断等事故，直接造成经济损失，电压暂降指标是保障用户安全生产，提高用户经济效益的重要指标。电网电压暂降的监侧将有助于掌握电网电压暂降的整体分布情况，为电网运行方式的合理调整、用户供电方案的优化设计及暂降问题治理提供可靠数据源。

二、电压暂降的特征

配电网电压暂降即“短时间电压下降”，是一个动态的电能质量问题，不同于电压波动或欠电压，电压暂降是指母线电压有效值大幅度快速下降且持续时间极短的突发事件。电压暂降的成因有以下几个方面:某一条馈线上有短路故障；大型感应异步电动机的直接起动(其冲击电流是稳态额定电流的10倍)；大型变压器的励磁涌流；形成工频续流的雷击。生成的原因是所有的供电系统中从无穷大电源或发电厂到用电负荷之间都有阻抗，包括高压线路阻抗、供电变压器阻抗和中压线路、低压线路的阻抗，有了阻抗和大电流后，在公共连接点处就会引起电压暂降的现象。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。

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。

3、相位跳变。电压暂降事件发生瞬间，电压相位角突然改变，通常用瞬时电压过零点的改变量度量。暂降电压的幅值和持续时间是衡量敏感负荷耐受能力的两个重要指标;除此之外，还有相角跳变、波形起始点和三相特征这些描述暂降发生特征的量。三相系统内，发生不对称故障时各相电压相互差别很大，可通过对称分量法获得三相电压暂降特征，包括特征电压和正负序系数等特征。

三、电压暂降产生的危害及产生原因

1、危害

对生产造成的影响：影响设备的正常运行，造成产品质量的下降；精密产品的损失和浪费，原料报废；自动化装置停顿或误动，变频调速器停顿等；引起接触器脱扣或低压保护启动，造成电动机，电梯等停顿；引起高温光源（碘钨灯）熄灭等；使生产线絮乱或中断，且跌落后的无序启动比计划断电后的有序恢复造成危害及损失大得多；延误交货时间。

对电气设备造成损害：计算机系统失灵、数据丢失、生产线上电机停机、变频器失压保护动作、可编程逻辑控制器（PLC）失灵等；医院中用计算机控制的脑外科，心血管外科，眼科手术等，电压跌落而造成的设备不能正常工作时带来严重后果；使电气设备寿命缩短甚至损坏。

对公司财政造成影响：降低1-2%工厂效率；设备投资回报率低；增加额外备用备件支出；降低劳动工时利用率；加大维护费用。

2、原因

一，自然原因：雷击、闪电、暴雨、大风及下雪等；二，电力系统原因：短路故障、大电机启动、线路切换、变压器和电容器投切、配电装置故障感应电机（大功率）启动等；三，不可预知的偶然事件：交通事故、建筑施工造成输电线损坏、人为操作失误以及一些小动物进入配电室等。针对电压暂降的持续时间，SEMI标委会组织的电能质量专题小组做了实验，在全美洲22站点进行电能质量研究，共记录到1076个电压暂降事件，其中在绿色线（SEMI）上方的电压暂降的数量占总数的93%，仅有6个事件为断电且都在1秒以内，仅有3个事件在2秒以外。四，供电部门原因，如重合闸等；五，企业内部原因，如感应电动机的启动时，需要从电源汲取的电流最大可达到满负载的500%～600%，这么大的电流经过阻抗时，引起电压突然下降;误操作短路可能会引起系统远端供电电压较为严重的跌落。

四、电压暂降问题的解决措施

在电压暂降敏感负载的外部和内部同时采取措施，即与解决其他电磁兼容问题类似，在骚扰源与敏感设备两端同时采取措施，往往是既有效又经济的方法。采用UPS或DVR作为敏感负载应对电压暂降问题的解决方案，是将电压暂降的影响御于敏感设备之外，从原理上无疑是有效的，但其昂贵的造价往往使得用户望而却步。而且，像DVR这类设备，尽管其原理早就提出，但到目前为止，实际工程应用仍存在问题。而从另一个角度考虑问题，显著地提高敏感负载的抵御电压暂降的能力，就有可能使得设备降低对电压暂降事件的敏感度，从而顺利地渡过多数电压暂降事件，保证设备正常运行。因此认为，电压暂降的研究者应该特别关注以下几个方面：

1、重新设定更为合理的各类电压容差曲线

目前普遍采用的各种电压容差曲线（ITIC曲线、SEMIF47曲线等），是制订包括电能质量相关标准的重要依据，也是针对设备生产厂商的建议性或强制性标准。但是，多年来的实践表明，即使设备的性能满足曲线的要求，仍然有很大的概率在发生电压暂降事件时失效，从而造成不可忽视的经济损失甚至安全问题。随着技术的进步，在合理增加成本的前提下适当提高设备的耐受能力，是解决电压暂降问题总体上经济性较高且有效的方案。合理地修订电压容差曲线并非易事，当今的大数据技术为这一问题的解决提供了有力的技术手段，但数据的收集、挖掘、处理、分析，仍然是工作量巨大的挑战。

2、采取合理可行的措施提高敏感设备的抗敏性

事实上，大幅度地提高电压暂降敏感设备的承受能力（抗敏性），在当前的技术发展水平下已经基本上不存在技术障碍。但很显然，无论采用何种技术手段，势必增加设备的成本。在没有直接经济利益驱动的情况下，生产厂家不大可能主动采用这些改进方案。一方面，通过修订电压容差曲线并修订相应的标准，强制性地使得设备生产厂家修改设计，从而提高电压暂降敏感设备的抗敏性；另一方面，研究如何优化方案，使得提高敏感设备抗敏性所采取的技术措施成本更低、更有效，以及更易于对既有设备进行改造，是研究者应该重点关注的课题。

结束语

总之，开展电压暂降监侧对供用电双方都有积极意义。对于电力部门，电压暂降指标是体现电网优质供电的直接反映，也是电网安全质量水平提升的重要基础;对于用户，电压暂降易造成用户精密负载设备异常、导致电力用户设备停机以及公用场所用电中断等事故，直接造成经济损失，电压暂降指标是保障用户安全生产，提高用户经济效益的重要指标。电网电压暂降的监侧将有助于掌握电网电压暂降的整体分布情况，为电网运行方式的合理调整、用户供电方案的优化设计及暂降问题治理提供可靠数据源。

参考文献:

[1]王晓宁.电压暂降的工厂级经济损失评估模型研究[J].电力系统保护与控制，2019(12)：204-206.

[2]刘勇.电压暂降严重程度及其测度、不确定性评估方法[J].中国电机工程学报，2018(27)：344-347.