電壓暫降分析及防范措施

宋文生 柴小馬 馮建奇

（河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司 河南 鞏義 451261）

1 電壓暫降的概念及其危害

根據(jù)國際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)的定義，供電電壓有效值快速下降到額定值的90-10%，并持續(xù)0.5-30個(gè)周波的現(xiàn)象叫電壓暫降。電壓暫降雖然持續(xù)時(shí)間短，但造成的后果十分嚴(yán)重，其他訂危害如下：

1.1 當(dāng)電壓下降到額定值的70%以，持續(xù)時(shí)間超過1個(gè)周波時(shí)，接觸器就會(huì)脫扣造成用戶大面積停電，對于一類用戶，突然停電造成的損失十分巨大。

1.2 當(dāng)電壓降低到50%以下時(shí)，電動(dòng)機(jī)失磁，在電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)重復(fù)啟動(dòng)，特別是高壓電機(jī)較多的用戶，眾多電機(jī)同時(shí)再加速對電網(wǎng)造成很大沖擊，嚴(yán)重者造成電網(wǎng)停電。

1.3 對可編程序控制器(PLC)，當(dāng)電壓低于50%時(shí)，PLC將停止工作；一些I／O設(shè)備，當(dāng)電壓低于90%時(shí)，持續(xù)時(shí)間僅幾個(gè)周波就會(huì)被切除。這將導(dǎo)致使用PLC的生產(chǎn)線作業(yè)中斷，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

1.4 電壓暫降會(huì)造成服務(wù)器出現(xiàn)癱瘓和數(shù)據(jù)丟失，對信息業(yè)造成重大的影響。

2 電壓暫降的分類及其特性

根據(jù)引起電壓暫降的原因，可以將電壓暫降分成三類：第一類，是故障引起的電壓暫降；暫降開始下降和最后恢復(fù)都非常迅速。電壓暫降造成的損害與故障的性質(zhì)有關(guān)。第二類，是大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)引起的電壓暫降；暫降事件的恢復(fù)需要很長的時(shí)間，通常為幾百毫秒到幾秒，但電壓下降的幅度不大，對一些敏感設(shè)備會(huì)造成一定的損害。但是通過一些技術(shù)手段大多可以消除。第三類，是電動(dòng)機(jī)的再加速引起的電壓暫降，也就是大型電動(dòng)機(jī)運(yùn)行和故障之間的相互作用使電壓暫降的特性發(fā)生變化。在故障開始的時(shí)候，大型電動(dòng)機(jī)作為電壓源，可以減少了電壓降，當(dāng)故障清除以后，電動(dòng)機(jī)再加速加深了電壓暫降、延長了電壓暫降的恢復(fù)時(shí)間。特別在大型電機(jī)較多的用戶，大型電機(jī)同時(shí)再啟動(dòng)將使損害擴(kuò)大。

3 電壓暫降的分析計(jì)算方法

3.1 故障點(diǎn)法

故障點(diǎn)法是一種針對輔射形配電網(wǎng)絡(luò)的電壓暫降快速簡單的計(jì)算方法，輔射形配電網(wǎng)絡(luò)的電壓分配模型如下：

圖中：Zs為電源阻抗，Zf為負(fù)荷公共聯(lián)接點(diǎn)（PCC）與故障點(diǎn)之間的阻抗，忽略負(fù)荷電流，并假設(shè)電源電壓為1，則故障點(diǎn)與PCC點(diǎn)之間的電壓暫降幅值為：

故障點(diǎn)法是目前廣泛使用的電壓暫降分析方法，該方計(jì)算簡單，缺陷是：僅考慮了電壓暫降的幅值，而沒有考慮電壓暫降的時(shí)間，因此，該法僅實(shí)用于系統(tǒng)參數(shù)不完整，精度要求不高的情況下，對系統(tǒng)電壓暫降的分析計(jì)算。

3.2 臨界距離法

實(shí)際工程中，用戶關(guān)心的不是暫降的幅值有多大，而是電壓暫降能否引起設(shè)備跳閘，該方法給定電壓暫降幅值故障點(diǎn)的位置，目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中何處故障會(huì)使電壓下降到給定幅值以下。

設(shè)定V為圖1中PCC點(diǎn)的臨界電壓，該點(diǎn)電壓暫降幅值比臨界電壓低時(shí)設(shè)備將跳閘，對于給定的PCC點(diǎn)，則

因?yàn)閆f=zL，z為單位長度的阻抗，l為線路長度，代入上式，則

臨界故障點(diǎn)距離L為：

估算特定位置的電壓暫降次數(shù)，計(jì)算對于每個(gè)PCC點(diǎn)的臨界距離，可為減少和消降電壓暫降對設(shè)備造成的損害提供依據(jù)。

4 針對某企業(yè)用戶的現(xiàn)狀提出防范措施

某大型企業(yè)擁有自己的內(nèi)部電網(wǎng)，由于電力系統(tǒng)分布廣，系統(tǒng)結(jié)線復(fù)雜，近幾年連續(xù)出現(xiàn)系統(tǒng)短路造成大面積停電現(xiàn)象。其電網(wǎng)模型如下：

根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)，電壓暫降次數(shù)集中在上圖兩個(gè)故障點(diǎn)，因該企業(yè)重要負(fù)荷集中在PCC1節(jié)點(diǎn)，采用故障點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算，故障點(diǎn)1的造成PCC1點(diǎn)電壓暫降幅值為40-50%，故障點(diǎn)2的造成PCC1點(diǎn)電壓暫降幅值為60-70%，因PCC1點(diǎn)聯(lián)接有高壓電機(jī)20多臺(tái)，電壓暫降后高壓電機(jī)的再加速會(huì)擴(kuò)大電壓暫降的幅值和延長暫降時(shí)間，從而導(dǎo)致眾多設(shè)備跳閘。根據(jù)以上分析，為了減少電壓暫降對PCC1點(diǎn)的損害，可以采取的防范措施如下：

4.1 提高供電線路的可靠性

根據(jù)歷年發(fā)生故障的情況，針對性地做好故障點(diǎn)線路的升級(jí)改造，提高線路可靠性，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和預(yù)試，從而減少故障的重復(fù)發(fā)生。

4.2 采用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)裝置

由于配電系統(tǒng)中的線路主保護(hù)采用分段式電流保護(hù)，該保護(hù)最大的缺陷就是在線路故障時(shí)不能做到無延時(shí)地切除故障。即使是無時(shí)限保護(hù)，其固有動(dòng)作時(shí)間也要3～6個(gè)周波?？蓪ΡＷo(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行分析，研究使用動(dòng)作時(shí)間更快的裝置代替現(xiàn)有保護(hù)裝置的可能性。

4.3 對高壓電機(jī)的失壓保護(hù)進(jìn)行調(diào)整

由于PCC1點(diǎn)聯(lián)接有20多臺(tái)高壓電機(jī)，為了減少電動(dòng)機(jī)的再加速引起的電壓暫降，除一類負(fù)荷外的高壓電機(jī)可采用零時(shí)限的失壓保護(hù)，使之在發(fā)生電壓暫降時(shí)能快速切除。

4.4 對低壓重要負(fù)荷加裝延時(shí)動(dòng)作裝置

低壓一類負(fù)荷跳閘，將會(huì)導(dǎo)致其它大型用電設(shè)備跳閘，使故障擴(kuò)大，可以對這類設(shè)備加裝失壓延時(shí)動(dòng)作裝置，例如對斷路器加裝延時(shí)線圈，從而保證重要設(shè)備用電。

4.5 增大臨界距離

由于故障點(diǎn)2線路復(fù)雜，很難完全消除該點(diǎn)故障引起的電壓暫降，可以考慮將該回路改接到PCC2接點(diǎn)，從而增加故障點(diǎn)對于PCC1接點(diǎn)的阻抗Zf，也就增大了PCC1點(diǎn)對于故障點(diǎn)的臨界距離。

［1］肖湘寧,徐永海.供電電壓下凹[J].電網(wǎng)技術(shù),2001，25.

［2］林海雪.現(xiàn)代電能質(zhì)量的基本問題[J].電網(wǎng)技術(shù),2001，25.

［3］陳衍.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].中國電力出版社,1995.

［4］諸俊偉.電力系統(tǒng)分析[M].中國電力出版社,1995.