電壓暫降治理原理及其應(yīng)用

龍禮文

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種以電力為能源基礎(chǔ)的自動化設(shè)施設(shè)備廣泛應(yīng)用，電能質(zhì)量問題已經(jīng)受到越來越多電力用戶和電力企業(yè)的關(guān)注，特別是對于一些重要負荷和對電能質(zhì)量高度敏感的負荷來說，保證電能質(zhì)量尤為重要。這其中電壓暫降的危害日益凸顯：一方面占比大，據(jù)有關(guān)部門的調(diào)查，92%以上的電能質(zhì)量事件為電壓暫降;另一方面后果嚴重：輕則造成生產(chǎn)中斷，影響產(chǎn)品質(zhì)量，重則損毀設(shè)備，危害人身安全。

在IEEE標準及國家標準《電能質(zhì)量電壓暫降與短時中斷》（GB/T30137-2013）規(guī)定：電壓暫降是指電力系統(tǒng)中某點工頻電壓有效值暫時降低至額定電壓的10%～90%（即幅值為0.1～0.9（p.u）），并持續(xù)10ms～1min，此期間內(nèi)系統(tǒng)頻率仍為標稱值，然后又恢復到正常水平的現(xiàn)象;電壓暫降以剩余電壓百分比為度量。

引起電壓暫降主要是由于電網(wǎng)、變電設(shè)施的故障或負荷突然出現(xiàn)大的變化（如大功率設(shè)備啟動等）所引起的。包括：自然原因（雷擊、閃電、暴雨、大風等）;電力系統(tǒng)原因（短路故障、大電機啟動、線路切換等）;以及不可預知的偶然事件（交通事故、建筑施工造成輸電線損壞等）。

造成電壓暫降的原因復雜，治理措施應(yīng)該從三方面著手：供電系統(tǒng)方、設(shè)備制造商、用戶業(yè)主;三者需要共同合作，協(xié)作解決。作為末端用戶，增強設(shè)備的看電壓暫降能力是首選。

機場航站樓作為機場的核心建筑，處理旅客出發(fā)、到達等一乘機活動。具有建筑面積大，流程功能復雜，同時為了提升旅客感受，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，廣泛的使用各種自動化控制設(shè)備，這些設(shè)備包含對電壓敏感的器件：如微處理器、PLC、電壓脫口器、變頻器等。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅2019年1-8月，白云機場范圍內(nèi)共發(fā)生26起各種原因電壓暫降。這些電壓暫降事件對白云機場運行造成了一定影響：包括部分電梯停運、400Hz電源停運、行李分揀系統(tǒng)工作不正常等等。這些電壓暫降一方面造成硬件損失，如：行李系統(tǒng)變頻器損壞;另一方面增加機場人員維護工作量，大量設(shè)備如電梯和400Hz電源停運后需人工復位。更重要的是影響航班的正常性，給乘客帶來了不良的候機體驗，如：電梯停運把旅客困在電梯里、行李得不到及時分揀進而無法及時送上飛機、400Hz電源停運導致飛機供電中斷等。

在2020年8月20日，受上級線路電壓波動，造成廊橋電源大面積斷電，據(jù)統(tǒng)計約有27條橋發(fā)生了因電壓波動而造成廊橋電源保護失電，2020年8月21日，檢測到某廊橋發(fā)生電壓暫降，時長360ms，電網(wǎng)電壓跌落至88.63%;2020年8月25日，7座登機橋檢測到A相電壓跌落，持續(xù)時間70ms左右。由于地面電源的電壓暫降耐受度類似于變頻器，耐受度較低，幅值低于80%，持續(xù)時間在15ms以上的電壓暫降就會對其造成影響導致停機。

目前用戶端的治理最普遍也是比較推薦的治理電壓暫降的措施是在供電系統(tǒng)與用戶設(shè)備之間加裝補償裝置，常見的補償裝置包括：不間斷電源（UPS—Uninterruptible Power Supply）、固態(tài)切換開關(guān)（SSTS—Solid State Transfer Switch）、動態(tài)電壓恢復器（DVR—Dynamic Voltage Restorer）、直流型暫降治理設(shè)備（VSP）等等。

根據(jù)調(diào)研，國內(nèi)機場普邊受到電壓暫降的影響，也各采取了一些措施：北部某機場對電壓暫降問題引起足夠重視，2011年就成立了課題組開展廣泛研究，在行李分揀系統(tǒng)供電電源側(cè)加裝SSTS快切開關(guān)來進行試點治理，經(jīng)測試，兩路供電電源能實現(xiàn)5ms內(nèi)快速切換，但最末端用電設(shè)備的電機仍然在電壓暫降時斷電停機。在電梯的主供電回路加裝大容量電池組進行試點治理，效果也不理想，并增加了電池維護、更換的人力成本和設(shè)備成本等問題。

東部某機場機場受電網(wǎng)波動造成的影響主要有：航站樓大批自動扶梯和步道停機、行李系統(tǒng)停機、客橋系統(tǒng)停機、飛機引導裝置失電、航顯系統(tǒng)和BA控制系統(tǒng)重新啟動、航站樓照明熄滅或閃爍、機坪高桿燈照明失電、變配電站（間）開關(guān)跳閘、辦公電腦重啟等。供電管理部門主要從縮短供電電源恢復時間、加強監(jiān)管和應(yīng)急聯(lián)動等方面來提高響應(yīng)的及時性。

國內(nèi)其他機場都存在類似問題，目前主要通過人工恢復設(shè)備運行來應(yīng)對，沒有從根本解決問題。

按照確保重點、兼顧經(jīng)濟性、合理性要求，在統(tǒng)籌考慮各種治理方案的經(jīng)濟性和技術(shù)可行性后，白云機場選擇了對部分重要的登機橋400Hz電源，行李分揀系統(tǒng)和關(guān)鍵流程的電梯進行了電壓暫降改造，接入DVR進行保護。其工作原理是：

DVR裝置串聯(lián)在供電電源和受保護的負載之間，采用超級電容作為儲能元件，它會持續(xù)監(jiān)測輸入側(cè)電源電壓，一旦發(fā)現(xiàn)供電電壓偏離額定電壓水平（±15%，可根據(jù)客戶實際需求設(shè)置保護閾值），DVR裝置會通過IGBT逆變器系統(tǒng)在毫秒級的時間內(nèi)給負荷側(cè)補償適當?shù)牡潆妷?，讓負載側(cè)恢復正常電壓，確保受保護的負載不受電壓變化的影響。

DVR主要特點包括響應(yīng)速度快（響應(yīng)時間<2ms ）、運行效率高（效率>99%）、100%深度補償（單相、兩相、三相跌落至0%均可保護設(shè)備3秒不停機）、模塊化設(shè)計、可靠性高、安全性高、監(jiān)控方便（集成物聯(lián)網(wǎng)模塊，手機電腦隨時查看設(shè)備狀態(tài)，能推送電壓跌落信息至微信）等特點。

經(jīng)過近大半年的運行，系統(tǒng)電壓共波動20余次，DVR保護的設(shè)備發(fā)生電壓暫降影響的數(shù)量為0，同時未受電壓暫降保護的設(shè)備受到了不同程度的影響。在保護末端設(shè)備的同時DVR還帶來另一個好處是：它能及時捕捉系統(tǒng)電壓變化，通知運行人員根據(jù)預案，及時處理電壓暫降事件，有效地提高電壓暫降的處置效率。

綜上所述，作為末端用戶，選擇在關(guān)鍵設(shè)備上使用DVR設(shè)備能有效地保護末端設(shè)備，確保關(guān)鍵設(shè)備的運行，提高電壓暫降處置效率，進而保證了機場的安全和服務(wù)品質(zhì)。