程凌飞,张步涵,曾杰,王云玲

(华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074)

[摘要]分析了电压暂降的起因及危害,讨论了电压暂降的抑制措施并对电压暂降的抑制技术进行了展望。

[关键词]电能质量;电压暂降;动态电压调节器;电力电子

[中图分类号]T M714.2[文献标识码]A[文章编号]1006-3986(2006)05-0011-02

Voltage Dip and Suppression Technique

CHEN G Ling-fei,ZH ANG Bu-han,ZENG Jie,WANG Yun-ling

(College of E lectr ical and Electro nic Eng ineer ing,H uaz hong Univer sity of Science

and T echnology,Wuhan430074,China)

[Abstract]T his paper analyzed voltage dip cause and harm,discussed its suppr essing measur e,and m ade the prospect fo r its suppression technique.

[Key words]pow er quality;voltage dip;DVR;po wer electr onics

在众多的电能质量扰动中,电压暂降与谐波是最为突出的2个电能质量问题。由于各种非线性用电设备的大量应用,谐波畸变在当前和未来是我国电网所面临与急需解决的重要问题。每次电压暂降的幅值、持续时间与某一统计时间段内暂降发生的频次是表征暂降的主要特征量。在电力市场环境下,除非采取有效措施,电压暂降的危害将增加,其主要原因为:(1)输配电系统维护次数的减少,将使短路故障发生的次数增加,而短路故障是电压暂降发生的主要原因;(2)电力市场化运营允许远距离输送功率,这将使电压暂降的发生次数和严重程度增加。同时,随着我国国民经济与高新技术的发展,各种精密的用电设备将越来越多地应用在各行各业中,这些精密设备往往对电压暂降较为敏感,从而使得电压暂降问题变得愈加突出。

1电压暂降的起因与危害

电压暂降是指供电电压均方根值在短时间突然下降的事件,其典型持续时间为0.01~0.6s。

电压暂降产生的原因涉及电力系统和用户两方面。系统方面的原因包括各种短路故障、雷击,开关操作、变压器以及电容器组的投切等。用户的原因

[收稿日期]2006-05-26

[作者简介]程凌飞(1972-),男,湖北麻城人,硕士研究生。包括用户内部短路以及大型电机的启动、电弧炉、轧钢机等冲击性负荷的投运等。

系统发生瞬时短路故障是电压瞬间跌落发生的主要原因,短路故障可能引起较为严重的电压暂降,影响工业生产中对电压敏感的电气设备,造成严重的经济损失。因此,此类电压暂降已成为用户所面临的最重要的电磁干扰问题之一。目前从监测出故障到隔离故障最快也需要0.06~0.12s。变电站某条出线若发生短路故障,保护装置动作将其隔离,与此变电站相连的其他线路将经受一次电压暂降。这种电压暂降占到总数的70%以上。排除瞬时故障的快速重合闸装置动作也会使相邻线路遭受电压暂降。另外,重合闸动作不成功时,电压暂降将增加一次。配电系统故障多数为单相接地故障,是产生电压暂降的最主要原因。据统计,单相、两相短路、两相短路接地和三相短路故障占全部故障的比例分别约为70%、15%、10%和5%。雷击引起的线路对地放电或绝缘子闪络是造成系统电压暂降的另一主要原因。这在落雷较多的地区尤为明显。大功率用电器(例如感应电动机)启动或者重负荷出力迅速增加时也会导致附近区域电压的短时间降低。

电动机全电压启动时,需要从电源汲取的电流值为满负荷的500%~800%,这一大电流流过系统阻抗时,将会引起电压突然下降,形成电压暂降,这种暂降持续的时间较长,当暂降严重时,将会使系统中的敏感负荷不能正常工作。由于电力系统中存在

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2006年10月

大量的异步电机,且有些母线上的异步电机启动频繁,它们造成的暂降不容忽视。这种电压暂降与短路故障引起的暂降相比一般下降幅度不大,但是持续时间往往比较长。另外,开关操作、变压器以及电容器组的投切等事件均可引起电压暂降。其中,短路故障、感应电动机起动和雷击时引起电压暂降的最主要原因。

和停电不同,电压暂降是不可预测的随机事件,通常引起工业用户生产中断或者生产报废品,造成巨大的经济损失。

2 电压暂降的抑制技术

电力系统短路故障是造成电压暂降的主要原因。在故障点,电压幅值可能降到很低的水平,在一定的区域内,常常造成一些用户的电压发生暂降。如果故障发生在系统的辐射方式配电区域,保护动作将导致供电中断;如果设备与故障发生地点距离较远,则短路故障可能只造成电压暂降;如果故障严重到一定程度,用户设备将会跳闸。其他如:电容器投切、电动机起动等负荷冲击也能导致电压暂降。

在了解了电压暂降的产生机理的基础上,就可以采取相应的措施,从而减少电压暂降造成的损失。可以从以下几个方面着手:

(1)减少故障数目,缩短故障切除时间。减少系统短路故障数目是提高供电质量最显而易见的方法,然而,真正实施起来可能代价很高,电力企业往往会在经济和技术可行的基础上确定合理的方案。缩短故障清除时间虽然并不能降低电压暂降发生的频率,但却能明显的减少电压暂降的深度及持续时间,从而减少电压暂降造成的损失;使用限流熔断器或者使用固态断路器以及缩短继电保护动作时间等措施可以减少故障清除时间。

(2)改变系统设计,使得短路故障发生时用户设备处的电压扰动最小。通过供电方式的改变,可以有效降低电压暂降问题的严重性。但采取这类方法时,电压质量的改善是通过增加更多的线路及配电设备达到的,因而,一般都需要经过投资与效益的权衡。这种方法通常仅适用于对供电质量要求非常高的工业和商业用户。

(3)提高用电设备对电能质量问题的抵御能力。提高用电设备的抗扰能力,是解决由于电压暂降引起设备跳闸的最有效的方法。但是,用户通常是在设备安装后才发现设备对电压质量问题的抵御能力不够,而要求设备制造厂家重新设计、制造满足要求的设备可能需要很长的周期以至于不可能实现。其就目前的状况和水平来看,提高设备的电压暂降抵御能力还有一定的局限性。因此,只对于部分大型设备,用户才有可能依据现场电能质量的水平,提出电能质量扰动抵御能力的要求。

(4)在供电网络与用户设备间加装缓解设备。在大多数情况下,电力用户很难对配电网络或用电设备本身有所作为。他们所能开展的工作只能是在供电系统与用电设备的交界处安装缓解装置。因此,应用最普遍的缓解电压瞬变的方法,是在供电系统与用电设备的接口处安装附加设备:

采用不间断电源(U PS)是抑制电压暂降、解决供电中断的有效方法。但UPS 存在价格昂贵、储能设备维护量大等缺点。

动态电压调节器(Dynamic Voltage Reg ulator -DVR)主要由储能单元、DC/AC 逆变器模块、连接变压器等部分组成[1]。由于DVR 装置只补偿系统电压中因干扰而缺失的部分,无需承担负荷所需的全部电压,因此与U PS 相比容量可以更小,通常只需负荷容量的1/5~1/3,造价可以大大降低。

目前,DV R 被看作是减轻电压瞬变影响的有利措施。决定DVR 成本的是补偿电压最大值和负荷电流值。根据美国EPRI 统计结果,在最大补偿值为正常电压的30%时(即DVR 的额定容量是负荷功率的30%),大约可消除95%以上的扰动事件。高压大容量的动态电压调节装置国外已经推出,国内也正在研制之中。

3 结束语

随着新型电力电子设备在电力系统中的广泛应用,电压暂降已日益成为电力设备安全运行的一大隐患,电力部门有责任为用户提供本系统电压暂降的详细信息,用户应根据实际情况选购新设备,或者

为保证设备的安全运行采取必要的技术措施;而设备制造行业也应重视设备对电压暂降的敏感程度,及提供相应的技术参数描述设备对电压暂降的免疫能力;同时电力电子技术、控制理论和计算机技术的发展推动着抑制技术的发展,为电能质量的治理打下基础。总之,解决电压暂降所带来问题的关键在于电力部门、电力用户和设备制造商的密切合作。

[参考文献]

[1] 姜齐荣,沈 斐,韩英铎.现代电能质量控制技术[J].

电气时代,2005,(10):18~25.

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湖 北 电 力

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