發(fā)電廠NCS系統(tǒng)220 kV母線電壓暫降測(cè)試分析及故障排除

馬智泉，盧嘉華，熊鴻韜

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州310014；2.浙江省分布式電源和微網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310014）

發(fā)電廠NCS系統(tǒng)220 kV母線電壓暫降測(cè)試分析及故障排除

馬智泉1，2，盧嘉華1，熊鴻韜1

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州310014；2.浙江省分布式電源和微網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310014）

闡述了IEC和IEEE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于電壓暫降的測(cè)試方法和SARFI等衡量指標(biāo)，通過分析某發(fā)電廠NCS系統(tǒng)出現(xiàn)220 kV母線電壓暫降的問題，提出了使用電能質(zhì)量分析儀和故障錄波儀測(cè)試分析該現(xiàn)象的方法。

NCS；電壓暫降；SARFI；測(cè)試分析

電壓暫降（Voltage Dip）是配電系統(tǒng)中最常見的一種電壓擾動(dòng)，無(wú)論供電系統(tǒng)的可靠性如何提高，輸/配電網(wǎng)絡(luò)中都會(huì)出現(xiàn)電壓暫降情況，如各種短路故障、大型電機(jī)的啟動(dòng)、雷擊致使保護(hù)動(dòng)作、倒閘開關(guān)操作、變壓器及電容器的投切、軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投切等，都可能造成電壓暫降。

1 電壓暫降的定義及危害

電壓暫降是暫態(tài)電能指標(biāo)的重要組成部分，對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)用戶都有不同程度的影響。IEEE Std 1159-1992標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓暫降的定義為：供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%～10%，持續(xù)時(shí)間為10 ms～60 s，然后又恢復(fù)至正常電壓。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）把電壓暫降的電壓下降幅值定義為額定值的1%～90%，而持續(xù)時(shí)間相同[1-4]。

易受電壓暫降影響的主要是對(duì)電壓波動(dòng)敏感的負(fù)荷，如精密電子控制系統(tǒng)、過程控制PLC、調(diào)速電機(jī)等，單臺(tái)設(shè)備的作業(yè)中斷也可能導(dǎo)致整個(gè)流水線甚至全廠作業(yè)中斷，造成巨大損失。目前省內(nèi)受用戶投訴較多的電能質(zhì)量問題主要為電壓跌落引起用電設(shè)備異常，其中包括接觸器、感應(yīng)電機(jī)、變頻器等[5]。

2 電壓暫降的監(jiān)測(cè)

根據(jù)IEC 61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)的要求，電壓驟降事件檢測(cè)采用每半周期（10 ms）刷新電壓有效值的方均根值Urms（1/2），即從基波的過零點(diǎn)開始，每半個(gè)周期更新、測(cè)量一次得到上述電壓值。

在單相系統(tǒng)或多相系統(tǒng)中，當(dāng)某一通道電壓有效值Urms降低到暫降閾值以下時(shí)，記作電壓暫降的開始；當(dāng)電壓上升到等于或大于暫降閾值與遲滯電壓之和時(shí)，記作電壓暫降結(jié)束。暫降閾值表示為額定電壓Udin或滑模參考電壓Usr的百分比。在故障檢修或統(tǒng)計(jì)分析中，暫降閾值通常為固定參考電壓的85%～90%。電壓暫降的持續(xù)時(shí)間是指從電壓暫降起始到結(jié)束所用的時(shí)間。

發(fā)生電壓暫降時(shí)，記錄事件的發(fā)生時(shí)刻、暫降幅值和持續(xù)時(shí)間，并做電壓事件標(biāo)記。對(duì)于單個(gè)觀測(cè)地點(diǎn)，暫降事件要統(tǒng)計(jì)幅值、持續(xù)時(shí)間和發(fā)生次數(shù)。電壓暫降的特征值包括殘余電壓（Ures）或深度、持續(xù)時(shí)間，殘余電壓為暫降過程中任一通道上測(cè)得的最低Urms值，深度是指參考電壓和殘余電壓之間的差值，通常用參考電壓的百分比來(lái)表示。

3 電壓暫降的衡量指標(biāo)

電壓暫降監(jiān)測(cè)和評(píng)估的步驟如圖1所示，分為5個(gè)步驟。在捕獲電壓暫降事件后，首先計(jì)算單次電壓暫降的特征值，然后統(tǒng)計(jì)單個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的多次事件，最后分析整個(gè)系統(tǒng)的驟降指標(biāo)[6]。

3.1 單次事件的電壓暫降指標(biāo)[7]

（1）暫降能量指標(biāo)EVS由剩余電壓V及持續(xù)時(shí)間T計(jì)算。

（2）三相系統(tǒng)單次電壓暫降事件的能量損失，用W表示：

（3）單次電壓暫降事件的嚴(yán)重度指標(biāo)用Se表示。該指標(biāo)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)敏感曲線有關(guān)。Vref（T）指在參考曲線上具有相同持續(xù)時(shí)間的時(shí)間幅值，通常采用的曲線有CBEMA，ITIC，SEMI。

3.2 觀測(cè)點(diǎn)電壓暫降指標(biāo)

觀測(cè)點(diǎn)的電壓驟降指標(biāo)通常采用SARFI指標(biāo)（System Average RMS Rrequency Index）[8]。SARFI指標(biāo)有兩種常見的表達(dá)形式：SARFIV%指標(biāo)統(tǒng)計(jì)電壓有效值低于閾值V的概率（見表1）；SARFIcurve則是針對(duì)某一設(shè)備敏感曲線的統(tǒng)計(jì)指數(shù)。

SARFIV%是發(fā)生在評(píng)估周期每個(gè)用戶特定均方根值變化的平均次數(shù)。Ni為觀測(cè)區(qū)域內(nèi)低于閾值電壓的用戶數(shù)，NT為觀測(cè)區(qū)域內(nèi)用戶總數(shù)。

3.3 系統(tǒng)驟降指標(biāo)

在前述單個(gè)事件EVS計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)多觀測(cè)點(diǎn)的電壓暫降指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均，得到平均驟降能量指標(biāo)AVSEI。

4 電壓暫降的測(cè)試方案設(shè)計(jì)

2011年某發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)（Network Control System，簡(jiǎn)稱NCS系統(tǒng)）顯示，220 kVⅢ段母線多次發(fā)生電壓暫降，檢查二次回路并更換變送器后，問題依然存在。由于電壓暫降反復(fù)出現(xiàn)且難以排查，電廠技術(shù)人員認(rèn)為是附近大型鋼鐵廠的用電情況導(dǎo)致電能質(zhì)量惡化，干擾了NCS測(cè)量。由于電壓暫降可能會(huì)影響電廠設(shè)備的安全及電壓合格率考核，應(yīng)電廠的要求，對(duì)變送器輸入、輸出電壓，220 kV母線Ⅲ段TV二次側(cè)進(jìn)行電能質(zhì)量測(cè)試，并對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行了分析。

（1）信息的收集及初步分析，了解基本背景情況。

除了電廠工作人員在NCS系統(tǒng)上發(fā)現(xiàn)電壓暫降之外，近期內(nèi)電廠及附近用戶均無(wú)大型電機(jī)跳機(jī)、負(fù)荷停止工作的反饋匯報(bào)，據(jù)此可以初步推斷，需要重點(diǎn)檢查NCS系統(tǒng)的信號(hào)回路，故障可能為電源異常、電壓互感器設(shè)備缺陷、線路接觸不良等。試驗(yàn)方案的核心是通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)確定電廠是否真實(shí)存在電壓驟降現(xiàn)象。

NCS系統(tǒng)的信息來(lái)源為模擬式電壓變送器FPVX，輸入信號(hào)為TV二次側(cè)電壓，輸出信號(hào)為0～5 V模擬直流量，精度為0.2%。

（2）方案制定和儀器選擇。

為排查原因，對(duì)NCS系統(tǒng)電壓信號(hào)回路的幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)：TV二次側(cè)電壓信號(hào)、FPVX型電壓傳感器的輸入電壓（交流信號(hào)）、FPVX型電壓傳感器的輸出電壓（直流信號(hào)）?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示。

TV二次側(cè)電壓信號(hào)測(cè)量選用電能質(zhì)量分析儀Fluke 1760，可以記錄母線電壓的諧波、不平衡、波動(dòng)閃變等各項(xiàng)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并且可以依據(jù)IEC 6100-4-30標(biāo)準(zhǔn)A級(jí)的要求記錄電壓暫降、驟升、中斷等電壓事件。儀器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了電壓暫降觸發(fā)，當(dāng)10 ms內(nèi)電壓變化量達(dá)12.7 kV（220 kV/×10%=12.7 kV）時(shí)，電能質(zhì)量分析儀產(chǎn)生有效值觸發(fā)并記錄電壓有效值數(shù)據(jù)。

FPVX的輸入、輸出信號(hào)測(cè)試采用NICOLET VISION多通道數(shù)據(jù)采集錄波儀，其16個(gè)通道使用獨(dú)立且隔離的16位100 kS/s數(shù)字采集電路。因持續(xù)錄波模式的測(cè)試數(shù)據(jù)量非常大，所以儀器設(shè)置為觸發(fā)記錄模式，觸發(fā)方式為：FPVX輸入側(cè)斜率變化觸發(fā)為10 ms內(nèi)變化5 V；FPVX輸出側(cè)斜率變化觸發(fā)為10 ms內(nèi)變化0.25 V（5 V×5%）。為了能更大范圍地捕捉電壓變化事件，該儀器設(shè)置了比電能質(zhì)量分析儀更低的觸發(fā)閾值。

（3）測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)及工況。

在2011年2月23日-3月28日的測(cè)試期間，電廠220 kV母線Ⅲ段正、副母線合母運(yùn)行，電廠發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。

5 測(cè)試數(shù)據(jù)分析及問題排查

（1）220 kV母線諧波電能質(zhì)量的分析。統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2011年2月23日-3月31日，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示諧波電壓總畸變率為1.23%，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2.0%限制值，各次諧波電壓含有率均未超標(biāo)。其中主導(dǎo)諧波5次諧波畸變率0.46%，25次諧波畸變率0.55%，均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1.60%限制值。

據(jù)此可以說(shuō)明220 kV母線的諧波水平在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。發(fā)電廠技術(shù)人員認(rèn)為的臨近用戶引起諧波指標(biāo)惡化的情況并不嚴(yán)重。

測(cè)試期間，F(xiàn)luke1760電能質(zhì)量分析儀未記錄到電壓暫降事件，說(shuō)明發(fā)電廠一次設(shè)備正常，并且TV二次側(cè)電壓信號(hào)正常。

（2）電壓暫降現(xiàn)象的判斷。Fluke 1760電能質(zhì)量分析儀未檢測(cè)到電壓暫降事件，但FPVX錄波儀檢測(cè)到了電壓暫降信號(hào)。

錄波器監(jiān)測(cè)到正、副母線電壓變送器的輸出電壓共有4次同時(shí)發(fā)生暫降現(xiàn)象，分別是2月28日發(fā)生2次，3月2日和3月16日各1次（見表2）。3月2日，正、副母線電壓變送器的輸出電壓發(fā)生電壓暫降時(shí)，NCS系統(tǒng)上記錄到與正、副母線電壓變送器同一屏柜上的頻率變送器，以及半崇2421、半賢2422、半鋼1181、丁橋1187、永寧1186線等功率變送器輸出也幾乎同時(shí)發(fā)生突變，而此時(shí)正、副母線電壓變送器的輸入電壓信號(hào)卻無(wú)異常，F(xiàn)luke1760分析儀監(jiān)測(cè)的220 kV母線TV二次側(cè)電壓也未發(fā)現(xiàn)電壓暫降。

其余3次電壓驟降發(fā)生時(shí)也有類似情況，據(jù)此分析該現(xiàn)象的原因?yàn)椋鹤兯推鞴ぷ麟娫椿芈烦霈F(xiàn)短時(shí)失電而引起各變送器輸出異常，同時(shí)同屏柜其他變送器也出現(xiàn)異常，基本可確認(rèn)變送器的電源回路存在接觸不良。

（3）問題的解決。檢查變送器屏柜的電源回路發(fā)現(xiàn)：電源回路的供電電源為UPS，但是電源電纜經(jīng)過了數(shù)個(gè)電源插座，插座質(zhì)量不佳且外觀明顯老化。更換電源線路后，NCS系統(tǒng)上再未發(fā)生電壓暫降現(xiàn)象。

6 結(jié)語(yǔ)

采用故障錄波儀和電能質(zhì)量分析儀測(cè)試電壓暫降，通過分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果排查NCS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺陷，能有效解決電壓暫降的問題，滿足了發(fā)電廠對(duì)220 kV母線電壓合格率的考核要求。

[1]IEEE P1564_00_14，Voltage Sag Indices-Draft 1.1[S]. 2000.

[2]IEC 61000-2-8 Voltage Dips and Short Interruptions on Public Electric Power Supply Systems with Statistical Measurement Results[S].Draft Technical Report，2002.

[3]IEC 61000-4-11，Voltage Dips Short Interruptions and Voltage Variations Immunity Tests[S].Voltage Sag Indices Draft 2，Working Document for IEEE.2001.

[4]陶順，肖湘寧．電壓暫降對(duì)配電系統(tǒng)可靠性影響及其評(píng)估指標(biāo)的研究[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25（21）∶63 -69.

[5]林焱，吳丹岳，章雪萌，等．電壓暫降指標(biāo)的探討[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，34（3）∶147-152.

[6]DUGEN R C，MCGRANAGHAN F，SANTOSO S，et al. Electrical Power System Quality，Second Edition[M].2002.

[7]楊耿煌，付春，溫渤嬰．單節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量評(píng)價(jià)中的短時(shí)間電壓變動(dòng)分析[J]．現(xiàn)代電力，2006，23（3）∶31-35．

[8]王雪飛．暫態(tài)電能質(zhì)量評(píng)估指數(shù)[J]．華東電力，2007，35（4）∶99-101．

（本文編輯：徐晗）

Test Analysis and Troubleshooting of 220 kV Bus Voltage Dip in Network Control System of Power Plant

MA Zhi-quan1，2，LU Jia-hua1，XIONG Hong-tao1
（1.Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Zhejiang Key Laboratory of Advanced Technology for Distributed Generation and Micro-Grid，Hangzhou 310014，China）

This paper describes the test method of voltage dip in international standards of IEC and IEEE and indexes such as SARFI.Through the analysis on a problem of 220 kV bus voltage dip in Network Control System（NCS）of a power plant,it proposes a method of test and analysis using the power quality analyzer and fault recorder.

network control system；voltage dip；SARFI；test and analysis

TM855＋.2

：B

：1007-1881（2012）04-0036-04

2011-12-19

馬智泉（1983-），男，廣西崇左人，工程師，從事電能質(zhì)量測(cè)試及評(píng)價(jià)工作。