工業(yè)區(qū)電壓暫降監(jiān)測(cè)及其改進(jìn)策略

廣東電網(wǎng)佛山順德供電局 左 婧

工業(yè)區(qū)電壓暫降監(jiān)測(cè)及其改進(jìn)策略

廣東電網(wǎng)佛山順德供電局 左 婧

圍繞解決工業(yè)區(qū)存在的諧波和電壓暫降問題，以一個(gè)沖壓成型廠為例，闡述了電壓暫降給企業(yè)的生產(chǎn)帶來的危害。并提出利用FLUKE儀器來監(jiān)測(cè)工業(yè)區(qū)電壓暫降的方法。最后，結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際情況，針對(duì)該地區(qū)提出降低諧波和電壓暫降影響造成損失的策略。

變頻器；跳閘；電能質(zhì)量；諧波；電壓暫降

1.前言

隨電力工業(yè)誕生而存在的一個(gè)傳統(tǒng)問題，那就是電能質(zhì)量。電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用，家用電器普及，煉鋼電弧爐的發(fā)展等，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性引起電能質(zhì)量的惡化，致使電網(wǎng)的諧波、三相不平衡、電壓波動(dòng)和電壓閃變問題越來越嚴(yán)重。此外，暫態(tài)電能質(zhì)量逐漸成為現(xiàn)代電網(wǎng)面臨的頭等電能質(zhì)量問題，電力網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)出各種各樣的電磁暫態(tài)現(xiàn)象，如圖1所示。諸如電壓暫降、電壓瞬變等電能質(zhì)量問題造成的用用設(shè)備工作異常甚至跳閘、停機(jī)等情況越來越多，已經(jīng)成為目前電網(wǎng)不可忽略的問題。電能質(zhì)量已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的話題。

而另外一個(gè)方面，計(jì)算機(jī)的普及、IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、微電子控制技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)致對(duì)電能質(zhì)量要求越來越高。這些方面需要工廠和供電部門雙方共同的努力才能得到良好的解決[1-2]，電力系統(tǒng)中的電磁暫態(tài)現(xiàn)象如圖1所示。

2.電壓暫降及常見故障分析

電壓暫降(Voltage sag)，又稱電壓驟降、電壓凹陷或電壓跌落，但國(guó)際上還沒有統(tǒng)一的定義。按照電氣與電子工程師協(xié)會(huì)IEEE標(biāo)準(zhǔn)中的電壓暫降的定義為[4]：供電系統(tǒng)中某點(diǎn)在工頻條件下電壓突然將抵達(dá)到額定電壓值的0.1-0.9，并且在隨后10ms-1min的短暫持續(xù)期后恢復(fù)到電壓的正常值。IEC標(biāo)準(zhǔn)中電壓暫降稱為Voltage Dip，其將電壓暫降定義為電壓有效值下降到電壓額定值的1%-90%，這一點(diǎn)和IEEE的標(biāo)準(zhǔn)中電壓下降到額定電壓的10%-90%是不一樣的。在電壓暫降的分析中，最為關(guān)注的是3個(gè)主要特征參數(shù):電壓暫降幅值、持續(xù)時(shí)間、相位跳變。

電壓暫降常常會(huì)引起變速驅(qū)動(dòng)裝置（ASD）跳閘、程序邏輯控制器（PLC）損壞、各種數(shù)字式自動(dòng)控制裝置誤動(dòng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)失常，數(shù)據(jù)丟失；導(dǎo)致相關(guān)加工生產(chǎn)線(例如塑料、玻璃、石化、紡織、造紙、半導(dǎo)體以及橡膠等)停頓，大型場(chǎng)所照明失電(例如鏑燈，燈滅后需冷卻好幾分鐘后才能啟動(dòng))等等，變壓器母線接線圖如圖2所示。

以江門某工業(yè)區(qū)內(nèi)的自動(dòng)沖壓成型廠為例，其變壓器母線接線圖如圖2所示。據(jù)工廠反映，該工業(yè)區(qū)的電力負(fù)荷以大功率沖壓機(jī)和電焊機(jī)為主，在每個(gè)工作日的早晨9至10點(diǎn)鐘，從工廠的進(jìn)線電壓表來看，該表的指針隨著沖壓機(jī)床和電焊機(jī)的啟動(dòng)而有規(guī)律的發(fā)生擺動(dòng)，擺動(dòng)的幅度有時(shí)達(dá)到10幾伏，如圖3所示。

受電壓暫降影響的設(shè)備：

該工廠受電壓暫降最嚴(yán)重的設(shè)備是全自動(dòng)碰焊機(jī)。該專用碰焊機(jī)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示：

該工廠廠的沖壓成型機(jī)和碰焊機(jī)基本上都是使用PLC來進(jìn)行控制。一旦發(fā)生電壓暫降，主要受影響的就是這些控制設(shè)備和電器設(shè)備—特別是碰焊機(jī)：

圖1 電力系統(tǒng)中的電磁暫態(tài)現(xiàn)象

圖2 變壓器母線接線圖

圖3 電壓暫降事件

(1)當(dāng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，市網(wǎng)電壓降低，碰焊機(jī)的輸入電壓就降低，使得流入加工件表面的電流降低。當(dāng)降低到一定程度時(shí)，就會(huì)使得加工出來的工件成為廢品，具體表現(xiàn)就是容易脫焊；

圖4 焊接零件及電阻示意圖

圖5 工作臺(tái)示意圖

圖6 FLUKE 435進(jìn)行電壓暫降監(jiān)測(cè)

(2)由于該碰焊機(jī)的整個(gè)加工過程是由PLC全自動(dòng)控制，以及一系列的氣缸伺服電機(jī)等輔助設(shè)備。一旦出現(xiàn)電壓暫降，就會(huì)使得整個(gè)自動(dòng)控制過程失控，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞昂貴的碰焊機(jī)機(jī)械構(gòu)件。

3.電壓暫降的監(jiān)測(cè)方法

要想提高電能質(zhì)量，消除電壓暫降，必須先得監(jiān)測(cè)到究竟是哪些線路或者設(shè)備給整個(gè)供電系統(tǒng)帶來的危害，這樣才方便我們進(jìn)行下一步的電能質(zhì)量治理。本論文中，利用手持式電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備FLUKE 435對(duì)工業(yè)區(qū)為用戶供電的10kV母線電壓和10kV饋線的電能質(zhì)量進(jìn)行全面測(cè)量，以確定在線設(shè)備的安裝地點(diǎn)。利用在線式電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)給用戶供電的10kV母線電壓和用戶線路電壓、電流情況，以了解當(dāng)用戶發(fā)生電能質(zhì)量事故時(shí)，站內(nèi)的電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的信息。測(cè)量方法如圖6所示。

該沖壓成型廠廠用電共有電壓暫降事件27起：

編號(hào) 類型 振幅 持續(xù)時(shí)間 日期時(shí)間12 2 16.486v 0.020 Oct 12 2011 08:26:35.652 37 2 24.149v 0.040 Oct 15 2011 10:16:54.284 53 3 13.763v 0.040 Oct 16 2011 09:16:54.669 68 6 23.505v 0.340 Oct 16 2011 11:16:54.335

其中跌落深度最大的是事件37，跌落深度為24.149V，其中在該廠廠用變10KV側(cè)電壓暫降監(jiān)測(cè)，如圖7所示，其中跌幅深度達(dá)1374.3V：

圖7 電壓暫降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從上面監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以看出，該廠8至10點(diǎn)鐘的電壓暫降已經(jīng)十分嚴(yán)重，必須加裝提高電能質(zhì)量的設(shè)備。

4.改善電壓暫降的措施

電壓暫降的發(fā)生一般有以下幾個(gè)原因：

(1)電網(wǎng)故障。據(jù)歷史記錄，發(fā)生事故有三種主要原因：

①過負(fù)荷導(dǎo)致過電流保護(hù)動(dòng)作；

②雷擊線路，導(dǎo)致繼電保護(hù)動(dòng)作；

③其它事故，如瓷瓶爆炸、樹枝壓導(dǎo)線和其它問題。

(2)用戶故障。用戶設(shè)備的故障，會(huì)導(dǎo)致線路跳閘；大功率設(shè)備在同一時(shí)刻同時(shí)頻繁啟動(dòng)，不僅導(dǎo)致本廠出現(xiàn)嚴(yán)重的電壓暫降現(xiàn)象，而且會(huì)波及到同一條饋線上的其它的工廠廠甚至附近的所有企業(yè)。所以要減少電壓暫降對(duì)該沖壓成型廠的影響，必須從電網(wǎng)(供電局)和用戶(陶瓷廠)兩個(gè)方面來著手。

供電局采取措施：

(1)增強(qiáng)變電站10kV母線電壓控制能力。負(fù)荷較重時(shí)，母線的電壓偏低，一旦發(fā)生事故后，在同等的電壓下降幅度下，母線電壓更容易減低到允許值以下。所以在雷暴天氣的時(shí)候，預(yù)先抬高母線電壓，可以一定程度上克服電網(wǎng)其它地區(qū)的短路故障造成的電壓暫降的影響。

(2)平衡主變負(fù)荷。負(fù)荷越重，越容易受外部的干擾。

(3)電纜入地。據(jù)了解，工業(yè)園廠家的線路是6回線路同桿并架的架空線路供電。架空線路的可靠性較低：一是容易受天氣因素影響，例如雷擊、閃絡(luò)等發(fā)生；二是容易短路，特別是6回線路同桿并架，共有18跳線導(dǎo)線掛在同一根桿，一旦有彩帶和其它物體掛在線路上，很容易就造成相間短路；三是電焊和電鍍能耗大、污染大，架空線路的開關(guān)很容易就被腐蝕，一年就得換一次，可靠性低。為了提高可靠性，建議把架空線路改成鋪設(shè)在底下的電纜供電。鋪設(shè)地下電纜供電的好處：一是不會(huì)被雷擊，二是不受天氣的影響，三是可靠性高。

(4)為了提高變電站母線電壓，除了裝設(shè)足夠的電容器外，還需要配合有載調(diào)壓變壓器，并在當(dāng)?shù)氐臒o功電壓的控制策略上加以相應(yīng)的調(diào)整，例如加裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。綜合諧波治理和無功補(bǔ)償。

5.結(jié)語

本文以某工業(yè)區(qū)中的沖壓成型廠為例，分析了電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降的原因。提出利用FLUKE監(jiān)測(cè)電壓暫降降低電壓暫降引起損失的措施。在綜合以上的分析的基礎(chǔ)上，提出了降低電壓暫降所帶來的損失的具體措施。電網(wǎng)方面可以采取諸如加強(qiáng)網(wǎng)架、減少架空線路比例和提高母線電壓等方法，用戶方面則應(yīng)該修改設(shè)置、進(jìn)行綜合的諧波治理和無功補(bǔ)償?shù)榷鄠€(gè)措施。

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To solve the existing problem around industrial harmonic and voltage sag.A punch forming factory as an example，expounded the voltage sag to the harm of the production of the enterprise.And this paper put forward a method to monitor industrial zone of voltage sag by the FLUKE instruments.At last，by summarizing the above analysis and actual situation of the grid，strategies were proposed to improve harmonics and voltage sag in this area.

Voltage Sag；FLUKE；harmonics

左婧（1980—），女，山西長(zhǎng)治人，現(xiàn)供職于廣東電網(wǎng)佛山順德供電局，主要從事電力管理工作。