配電系統(tǒng)電壓驟降特性分析與可靠性評估

鄒 韻

天津環(huán)通電子工程公司

配電系統(tǒng)電壓驟降特性分析與可靠性評估

鄒 韻

天津環(huán)通電子工程公司

隨著高新技術(shù)尤其是信息技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計算機、微處理器以及調(diào)速驅(qū)動的管理、分析、檢測、控制的用電設(shè)備和各種電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中大量投入使用，它們對電壓短時波動比一般機電設(shè)備更加敏感，對供電質(zhì)量的要求更苛刻，因此以信息技術(shù)和其他高科技產(chǎn)業(yè)為代表的現(xiàn)代工業(yè)對傳統(tǒng)電力供應(yīng)提出了新的挑戰(zhàn)，要求系統(tǒng)即使處于非穩(wěn)態(tài)也要保證可靠、恒定的優(yōu)質(zhì)電力供應(yīng)。

配電系統(tǒng)；電壓驟降；特性分析；可靠性評估

電壓驟降已成為影響許多設(shè)備尤其是電子類設(shè)備正常工作的重要因素，而且不同類型、甚至同類型但不同品牌的用電設(shè)備對電壓驟降的敏感度差異很大，這表明電壓驟降所造成的危害與設(shè)備自身的特性以及用戶的要求密切相關(guān)，因此如何消除或抑制電壓驟降的影響，需要供電方、設(shè)備制造方以及用戶的協(xié)力合作，共同解決。

1 引起電壓驟降的因素

當輸配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障、感應(yīng)電機啟動與再加速、雷擊、開關(guān)操作、變壓器以及電容器的投切等事件時，均可引起電壓驟降。其中短路故障、感應(yīng)電機啟動和雷擊是引起電壓驟降的最主要原因。

雷擊引起的絕緣子閃絡(luò)或線路對地放電會使保護裝置動作，從而導(dǎo)致供電電壓驟降。由于電力系統(tǒng)暴露在大自然中，在雷雨季節(jié)的多雨地區(qū)，極易受到干擾。這種驟降影響范圍大，持續(xù)時間一般超過100ms。

感應(yīng)電機啟動時，將從電源汲取比正常工作時大很多的電流，其典型值為額定工作電流的5～6倍。啟動過程中，電機轉(zhuǎn)速上升達到額定值的時間一般約為幾秒鐘到1分鐘，在此之前，電機電流一直維持較大值。電機啟動引起的電壓驟降所持續(xù)的時間與電機的許多參數(shù)有關(guān)，其中，電機的慣性是最重要的參數(shù)之一。電氣轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，機械負荷轉(zhuǎn)矩與電氣轉(zhuǎn)矩的差決定了電機的加速度，進而決定了啟動加速的時間。在額定電壓下，在大多數(shù)啟動過程中都可假設(shè)機械負荷轉(zhuǎn)矩為電氣轉(zhuǎn)矩的一半。當電壓降低時，電氣轉(zhuǎn)矩與機械負荷轉(zhuǎn)矩之間的差，即加速轉(zhuǎn)矩也將降低，這將導(dǎo)致較長的加速時間，從而也使電壓驟降的持續(xù)時間較長。但這種電壓驟降程度較小，不會對用戶造成嚴重的影響。通過采取適當?shù)拇胧?，可有效消除電機啟動所引起的驟降的不利影響。

與輸電相關(guān)的電壓驟降其持續(xù)時間要比配電電壓驟降要更加穩(wěn)定。因為輸電故障都可以盡可能的清除掉，從故障發(fā)生到斷路器動作通常為3～6個周波。而通常發(fā)生輸電系統(tǒng)故障時用戶不會經(jīng)受電壓間斷，因為配電系統(tǒng)是輻射狀的，而輸電系統(tǒng)為環(huán)狀或是網(wǎng)狀的，這樣當其中的一根線路故障無法正常供電時，剩余的系統(tǒng)仍可以為負荷供電。

變電站中其中一條饋線出現(xiàn)故障會造成其它所有饋線上的不同程度的電壓驟降，而這些饋線上的用戶也會遭受相同的電壓驟降。即使是用戶自身出現(xiàn)故障時也會造成類似的遠距離故障清除電壓驟降的現(xiàn)象。只有當故障被清除才會恢復(fù)正常供電。驟降的程度取決于與故障點間的距離等因素。在這些引起電壓驟降的因素中，感應(yīng)電機啟動及三相短路故障會造成平衡電壓驟降，而雷擊、變壓器及開關(guān)投切、單相接地故障、相間故障和兩相接地故障引起的為不平衡電壓驟降。感應(yīng)電機造成的驟降影響并不會很嚴重，本文中主要討論短路故障所引起的各種電壓驟降類型。

2 配電網(wǎng)可靠性評估方法

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，配電系統(tǒng)的可靠性評估顯得日益重要，據(jù)電力公司估計，大約80%的用戶故障屬于配電系統(tǒng)故障，近年來，由于電力供需矛盾的日益突出，供電可靠性在電力工業(yè)領(lǐng)域越來越受到重視。在工業(yè)發(fā)達國家，可靠性評估已經(jīng)成為配電系統(tǒng)規(guī)劃決策的一項常規(guī)性工作。中國電力百科全書對電力系統(tǒng)可靠性準則的定義是：“在規(guī)劃設(shè)計或運行中為使發(fā)電和輸配電系統(tǒng)達到所要求的可靠度所必須滿足的指標、條件或規(guī)定?！彪娏ο到y(tǒng)可靠性準則的應(yīng)用范圍為發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、發(fā)輸電合成系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運行和維修工作。配電系統(tǒng)規(guī)劃使用可靠性準則的目的，總體而言是要在合理投資的限度內(nèi)減少未來用戶的停電事件和損失。由此可知，不同地理、氣候、社會環(huán)境和不同經(jīng)濟條件的國家或地區(qū)，可靠性的考核標準存在一定的差異。

配電系統(tǒng)可靠性的評估算法可分為兩大類：解析法和模擬法。解析法是利用故障枚舉進行狀態(tài)的選擇和估計，建立比較嚴格的數(shù)學物理模型來計算可靠性指標，包括狀態(tài)空間法，近似法和故障樹等。其優(yōu)點是概念清晰，模型精度高，缺點是計算量隨著規(guī)模的增大而急劇增加，且不易處理相關(guān)事件。而模擬法是通過對元件的概率分布采樣來進行狀態(tài)的選擇和估計，是利用統(tǒng)計學的方法得到可靠性指標，它非常適合進行復(fù)雜電力系統(tǒng)的可靠性計算，只是其計算精度受到各種因素的限制。這種概率性的指標在處理以下問題時，往往不能完全說明問題：

(1)負荷預(yù)測存在大量不確定性因素影響時；

(2)增加比已有元件容量大的新元件時；

(3)電網(wǎng)元件的可靠性指標非常接近于1時，如負荷密度大的短饋線電網(wǎng)；

(4)考察非常稀少，但可能導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰的多重事件時。遇到這類情況，就需要用確定性的方法進行分析研究，也可以用概率性的方法研究，但必須用確定性的方法加以補充驗證。本論文研究的是計及電壓驟降的配電網(wǎng)的可靠性問題，由于配電網(wǎng)的分支線都很短，所連接的負荷各類用電設(shè)備的組成也不是一定的，因此，我們用確定性的方法加以研究。

結(jié)論

總而言之，引起電壓驟降的問題是多種多樣的，而像由雷擊引起的電壓驟降甚至是供電中斷，又是非人為的。定制電力的實現(xiàn)，這將預(yù)示著不僅僅是電力公司的責任。優(yōu)質(zhì)優(yōu)電，對電能有特殊需求的用戶，就應(yīng)當承擔相應(yīng)的電費；而對那些對公用電網(wǎng)造成危害的用戶，就應(yīng)當承受相應(yīng)的處罰。解決電壓驟降所帶來的問題，關(guān)鍵在于電力部門、電力用戶、設(shè)備制造商之間的密切配合。為了更好地保護各方的利益，制定相應(yīng)的標準、政策、法律，明確各方的責任、權(quán)利和義務(wù)對解決問題非常重要。

[1] 楊洪耕，肖先勇，劉俊勇.電能質(zhì)量問題的研究和技術(shù)發(fā)展(一).電力自動化設(shè)備，2003，23(12)：1-4.

[2] 韓英鐸，嚴干貴，姜齊榮，等.信息電力與FACTS及DFACTS技術(shù)，電力系統(tǒng)及其自動化，2000年10月：332-337.