大范圍電壓暫降綜合防治措施

陳欣暉

【摘 要】隨著工業(yè)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種電能質(zhì)量敏感型電力電子設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，電力用戶對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性及電能質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是由電壓暫降引起的電能質(zhì)量問(wèn)題逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文分別從電力部門(mén)、用電用戶、設(shè)備制造商三個(gè)主體角度提出包括減少故障數(shù)目、縮短故障清除時(shí)間、改變供電方式、配置緩解設(shè)備、調(diào)整設(shè)備技術(shù)參數(shù)等在內(nèi)大范圍電壓暫降綜合防治措施。

【關(guān)鍵詞】電壓暫降;綜合防治;電力部分;用電用戶;設(shè)備制造商

1前言

現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備趨于集成化和精密化，以CPU、微電子、電力電子、數(shù)字化和信息化技術(shù)為核心的高科技精密設(shè)備，對(duì)電壓暫降非常敏感[1]。而經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，東莞地區(qū)已形成了以通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其他電子設(shè)備制造業(yè)，電氣機(jī)械及器材制造業(yè)，塑料及塑膠制品業(yè)，金屬制品業(yè)等行業(yè)為代表的10大支柱行業(yè)，其中大部分行業(yè)都大規(guī)模使用到電壓暫降敏感設(shè)備。一旦發(fā)生大范圍電壓暫降事件，將很可能會(huì)造成大量設(shè)備無(wú)法正常工作，從而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此進(jìn)行東莞電網(wǎng)電壓暫降防治研究的意義尤為突出。

2大范圍電壓暫降分析

產(chǎn)生電壓暫降的原因有很多。電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生電壓暫降的原因包括各種短路故障、雷擊、變壓器以及電容器組的投切等;用戶側(cè)產(chǎn)生電壓暫降原因包括用戶內(nèi)部短路、大型感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)、電弧爐以及軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)等[2]。

電壓暫降的發(fā)生有時(shí)難以避免，但可以通過(guò)技術(shù)手段減弱其帶來(lái)的影響。和其他電能質(zhì)量問(wèn)題相似，電壓暫降不僅僅是電網(wǎng)側(cè)的問(wèn)題，解決電壓暫降問(wèn)題需要供電企業(yè)及電力用戶甚至是設(shè)備制造商的通力合作。根據(jù)電壓暫降的起因、檢測(cè)及其對(duì)用電設(shè)備的影響，綜合防治電壓暫降的措施主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）減小故障數(shù)目，縮短故障切除時(shí)間;

（2）改變系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得短路故障發(fā)生時(shí)用戶設(shè)備處的電壓擾動(dòng)最小;

（3）在供電網(wǎng)絡(luò)與用戶設(shè)備之間加裝緩解設(shè)備;

（4）提高用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的抵御能力。

3電力部門(mén)電壓暫降防治措施

3.1減少故障數(shù)目

減少故障數(shù)目是提高供電質(zhì)量最顯而易見(jiàn)的方法，許多電力部門(mén)都已盡最大努力來(lái)減少故障發(fā)生的頻度，但仍有改進(jìn)的余地，可以采取以下一些減少故障的措施或方法：

（1）架空線入地。采用電纜線路送電，能大大減少電壓暫降和供電中斷的概率，故障率比架空線少一個(gè)數(shù)量級(jí)，但出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)維修時(shí)間要長(zhǎng)得多。

（2）架空線外加絕緣。通常架空線為裸導(dǎo)體，采用外絕緣層包覆雖不一定充分絕緣，但運(yùn)行實(shí)例表明，已能十分有有效地降低故障率。

（3）對(duì)剪樹(shù)作業(yè)嚴(yán)加管理。電線和樹(shù)枝之間的接觸是導(dǎo)致短路的一個(gè)重要原因。

（4）架設(shè)附加的屏蔽導(dǎo)線。架設(shè)一兩根屏蔽導(dǎo)線可有效減少因雷擊造成的事件。

（5）增加絕緣水平。許多短路的發(fā)生是由過(guò)電壓或絕緣老化造成的。

需要強(qiáng)調(diào)，上述措施的實(shí)施代價(jià)可能很高，因此，應(yīng)當(dāng)通過(guò)全面衡量用電設(shè)備跳閘與各種提高電能質(zhì)量措施之間的經(jīng)濟(jì)利益關(guān)系，來(lái)確定合理的方案。

3.2縮短故障清除時(shí)間

縮短故障清除時(shí)間雖然不能減少電壓暫降發(fā)生的次數(shù)，但卻能明顯地減少電壓暫降的深度及持續(xù)時(shí)間。

縮短故障清除時(shí)間最有效的措施是應(yīng)用有限流作用的熔斷器。這種熔斷器能夠在半個(gè)周期內(nèi)清除故障，使得電壓暫降的持續(xù)時(shí)間很少超過(guò)1個(gè)周波。

為了能夠顯著減少縮短故障清除時(shí)間，采用快速斷路器特別是靜態(tài)斷路器，能夠很有效地縮小分級(jí)區(qū)域，即適當(dāng)犧牲一些選擇性，縮短故障清除時(shí)間。

此外，固態(tài)開(kāi)關(guān)是一種近年來(lái)國(guó)際上許多重要電氣制造商積極開(kāi)發(fā)的基于電力電子技術(shù)的無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，已顯示出能夠運(yùn)行在較高電壓水平的潛力，如用于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切、供電回路的投切等。

在保護(hù)類(lèi)型方面，速動(dòng)后備保護(hù)也是輸電系統(tǒng)中縮短故障消除時(shí)間的少數(shù)有效方法之一。

3.3改變供電方式

下面列出了幾種通過(guò)改變供電方式緩解電壓暫降的具體措施：

（1）在敏感負(fù)荷附近裝設(shè)一臺(tái)電源。該電源將在遠(yuǎn)距離故障引起的電壓暫降期間保持電壓水平。隨著分散技術(shù)的發(fā)展，以及燃料電池技術(shù)、小型透平熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等的實(shí)用化，敏感負(fù)荷附近裝設(shè)電源設(shè)備成為一種可行的方案。

（2）采用母線分段或多設(shè)配電站的方法來(lái)限制同一回供電母線上的饋線數(shù)。

（3）對(duì)于高度敏感負(fù)荷，可以考慮由兩個(gè)或更多電源供電。引入新的供電回路會(huì)增加電壓暫降發(fā)生的次數(shù)，但減小電壓暫降的幅度。

采用這類(lèi)方法時(shí)，電壓質(zhì)量的改善是通過(guò)增加更多的線路及配電設(shè)備達(dá)到的，因而一般都需要經(jīng)過(guò)投資與效益的權(quán)衡。這種方法通常僅適用于對(duì)供電質(zhì)量要求高的工業(yè)和商業(yè)用戶。

4電力用戶電壓暫降防治措施

在電力用戶側(cè)，應(yīng)用最普遍的緩解電壓瞬變的方法，是在供電系統(tǒng)與用電設(shè)備的接口處安裝附加設(shè)備[3]。

如采用不間斷電源（UPS）是解決供電中斷的有效方法，同時(shí)也能抑制電壓暫降。當(dāng)UPS采用在線方式時(shí)，暫降就從本質(zhì)上得到抑制。采用后備方式時(shí)，只要轉(zhuǎn)換速度足夠快（采用快速固態(tài)開(kāi)關(guān)，切換時(shí)間可控制在10ms內(nèi)），電壓暫降幾乎不會(huì)對(duì)設(shè)備造成影響。

又比如采用串聯(lián)型設(shè)備動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR）。由于DVR裝置只補(bǔ)償系統(tǒng)電壓中因干擾而缺失的部分，無(wú)需承擔(dān)負(fù)荷所需的全部電壓，因此與UPS相比容量可以更小，通常只需負(fù)荷容量的1/5～1/3，造價(jià)可以大大降低。

還可以采用并聯(lián)型設(shè)備靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC，靜止同步補(bǔ)償器DSTATCOM;串并聯(lián)型設(shè)備統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC。

此外，儲(chǔ)能電池、超導(dǎo)儲(chǔ)能等也可用于電壓暫降治理。

5設(shè)備制造商電壓暫降防治措施

提高用電設(shè)備的抗擾能力，是解決由于電壓暫降引起設(shè)備跳閘的最有效的方法，但作為快速解決問(wèn)題的方案卻常常不合適。只對(duì)于部分大型設(shè)備，用戶才有可能依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電能質(zhì)量的水平，提出電能質(zhì)量擾動(dòng)抵御能力的要求。

提高用電設(shè)備抗擾能力的方法主要有如下幾種：

（1）給計(jì)算機(jī)、控制設(shè)備等單相、低功率設(shè)備內(nèi)部的直流線路裝設(shè)更多的電容，將有效延長(zhǎng)設(shè)備所能承受電壓暫降的最長(zhǎng)時(shí)間。

（2）采用寬范圍DC/DC變換器。這樣，即使供電電壓降得很低，設(shè)備仍然能夠正常工作。

（3）對(duì)電壓暫降非常敏感的設(shè)備之一是變頻調(diào)速裝置。為了使變頻器承受三相故障引起的電壓暫降，需要對(duì)換流器或整流器及其控制方法作相應(yīng)的改進(jìn)。

（4）提高直流調(diào)速傳動(dòng)的抵御能力很困難，因?yàn)榘l(fā)生電壓暫降時(shí)，電樞電流從而轉(zhuǎn)矩下降的非常快。緩解的方法將在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的特性。

（5）為用戶提供設(shè)備抵御電壓暫降能力的信息?？赡艿那闆r下，有關(guān)抵御能力的參數(shù)應(yīng)包含在設(shè)備說(shuō)明書(shū)中。

需要指明的是，就目前的狀況和水平來(lái)看，提高設(shè)備的電壓暫降抵御能力還有一定局限性。因此，只要電壓波動(dòng)不會(huì)引起重大損失或?qū)е挛ｋU(xiǎn)情況發(fā)生就已滿足基本要求。

6結(jié)束語(yǔ)

目前，大范圍電壓暫降問(wèn)題日益突出，防治電壓暫降問(wèn)題的關(guān)鍵在于電力部門(mén)、電力用戶和設(shè)備制造商的密切合作，本文從這三個(gè)方面出發(fā)，給出了具體的防治措施，包括減少故障數(shù)目、縮短故障清除時(shí)間、改變供電方式、配置緩解設(shè)備（如：UPS、DVR）等?？茖W(xué)、有效地防治電壓暫降，有利于東莞電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)當(dāng)前我國(guó)構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)而言具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 汪穎，周楊，肖先勇，等.電壓暫降問(wèn)題研究現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)[J].供用電，2018，35（2）：2-9.

[2] 肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[3] 吳繼健.基于敏感用戶電壓暫降的綜合治理設(shè)備研發(fā)[D].上海交通大學(xué)，2015.

（作者單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局）