試析電壓暫降的成因及抑制措施

李宏明

摘 要：隨著電壓暫降形成的危害和影響日益嚴(yán)重，目前已成為相關(guān)部門主要的關(guān)注對象。本文將闡述電壓暫降的成因，并探討緩解與抑制電壓暫降的相關(guān)措施，希望能對電力事業(yè)提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：電壓暫降 重合閘裝置 成因 抑制

1、電壓暫降的成因

引發(fā)電壓暫降的原因主要體現(xiàn)在用戶和電力系統(tǒng)兩大方面。系統(tǒng)方面主要體現(xiàn)在輸配電系統(tǒng)發(fā)生雷擊、變壓器及電容器組的投切、開關(guān)操作、短路故障等事件，這些事件都會(huì)造成電壓暫降。其中導(dǎo)致電壓瞬間跌落的原因主要是系統(tǒng)出現(xiàn)瞬時(shí)短路故障，且該故障引起的電壓暫降問題比較嚴(yán)重。用戶方面主要體現(xiàn)在大型感應(yīng)電機(jī)的啟動(dòng)、軋鋼機(jī)及電弧爐等沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)、用戶內(nèi)部短路等。

系統(tǒng)的瞬時(shí)短路故障會(huì)形成嚴(yán)重的電壓暫降，對敏感的工業(yè)生產(chǎn)的電氣設(shè)備具有較大的影響，容易給工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。系統(tǒng)發(fā)生短路故障，可能會(huì)極大地降低故障點(diǎn)的電壓幅值，經(jīng)常會(huì)影響一定區(qū)域的用戶電壓出現(xiàn)暫降問題。若系統(tǒng)輻射方式配電區(qū)域發(fā)生故障，將會(huì)觸動(dòng)保護(hù)工作，從而中斷供電；若故障發(fā)生地點(diǎn)離設(shè)備較遠(yuǎn)，那么只可能會(huì)引起電壓暫降；若故障過于嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備跳閘。引起設(shè)備跳閘的原因還包括大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電容器投切等負(fù)荷沖擊。此外，變電站的出線發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作會(huì)自動(dòng)進(jìn)行隔離，導(dǎo)致與該變電站同母線上的線路發(fā)生一次電壓暫降，這種情況引起的電壓暫降所占比較高。為了保證用戶的持續(xù)供電，可采取一些常規(guī)的措施，如在供配電系統(tǒng)中安裝自動(dòng)切換裝置和自動(dòng)重合閘裝置，一般情況下，自動(dòng)重合閘裝置的實(shí)際斷電時(shí)間在幾周波到幾秒內(nèi)，而自動(dòng)切換裝置需0.5秒到幾秒內(nèi)。但當(dāng)前故障的監(jiān)測到故障隔離最快需要0.06秒到0.12秒。因此，快速重合閘裝置動(dòng)作排除瞬時(shí)故障時(shí)，必定也會(huì)導(dǎo)致相鄰線路發(fā)生電壓暫降，且重合閘動(dòng)作失敗后會(huì)增加電壓暫降。而長期暴露的架空輸配電線路經(jīng)常發(fā)生瞬時(shí)故障，導(dǎo)致電壓暫降發(fā)生率要高過供電中斷，且電壓暫降現(xiàn)象在輸電線路中嚴(yán)重程度明顯高于配電線路。雷擊也是引起系統(tǒng)電壓暫降的主要原因。尤其在落雷較多的地區(qū)，雷擊過程中形成的絕緣子閃絡(luò)和避雷裝置動(dòng)作放電都會(huì)觸動(dòng)電壓波動(dòng)，從而引發(fā)電壓暫降。這種暫降范圍較廣，持續(xù)時(shí)間超過100ns。由于電力系統(tǒng)的采用異步電機(jī)用戶較多，且異步電機(jī)在一些母線上的啟動(dòng)過于頻繁，所以也需要重視它們所引起的電壓暫降。此外，電壓暫降的成因還包括開關(guān)操作、變壓器及電容器組的投切等。

2、電壓暫降的緩解與抑制措施

電壓暫降是瞬變電能質(zhì)量問題。電壓瞬變電能質(zhì)量問題主要體現(xiàn)有相位跳變、電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)間中斷等。其中暫降也可稱為驟降，屬于危害最大的動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問題，發(fā)生率占比最高，且與其它電壓瞬變問題的解決方法存在互通點(diǎn)。

2.1 減少故障的發(fā)生頻率

減少故障的發(fā)生頻率既可以減少中斷供電情況，也可以減少電壓暫降的發(fā)生頻率。減少故障發(fā)生頻率是保證供電質(zhì)量最佳的方法，但想要真正發(fā)揮這種方法的效果并不簡單。其實(shí)短路故障在降低用戶的電能質(zhì)量的同時(shí)，同時(shí)也會(huì)對電力設(shè)備產(chǎn)生沖擊。因此，各相關(guān)部門都在盡量減少故障的發(fā)生頻率。當(dāng)然，針對個(gè)別情形，這種方法還存在改進(jìn)的空間。制定合理方案時(shí)，應(yīng)全面考慮供電質(zhì)量保護(hù)措施和用電設(shè)備跳閘間的經(jīng)濟(jì)關(guān)系。

2.2 減少故障清除時(shí)間

減少故障清楚時(shí)間并不能減少電壓暫降的發(fā)生頻率，但可以減少其持續(xù)時(shí)間和深度。越快的切除故障，越有助于電壓水平的恢復(fù)，若能加快切斷故障的時(shí)間必將減小電壓暫降的影響，而這需要改進(jìn)保護(hù)技術(shù)，需要保護(hù)裝置和斷路器技術(shù)的不斷更新，但是現(xiàn)階段斷路器技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，斷路器切斷故障動(dòng)作時(shí)間一般在20-30ms內(nèi)，這對電壓暫降的持續(xù)時(shí)間起到良好的緩解作用。

2.3 改變供電方式

改變供電方式能有效地降低電壓暫降的嚴(yán)重程度。這種方法的成本較高，具體的做法有以下幾點(diǎn)：

（1）敏感負(fù)荷周圍設(shè)置一臺(tái)電源，可以在遠(yuǎn)距離故障造成電壓暫降時(shí)，保護(hù)電壓水平。

（2）通過多設(shè)配電站或母線分段的方法，同時(shí)對同一供電母線上的饋線數(shù)量進(jìn)行限制。

（3）在系統(tǒng)的關(guān)鍵處，加裝分級(jí)保護(hù)，以拉遠(yuǎn)故障點(diǎn)的電氣距離。

（4）高敏感負(fù)荷區(qū)，可設(shè)置兩個(gè)及以上的電源供電。

2.4 安裝緩解設(shè)備

在供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的連接處安裝緩解設(shè)備，施緩解電壓瞬變最為普遍的方法。其中采用UPS（不間斷電源）能有效地解決供電中斷問題，同時(shí)也能對電壓暫降進(jìn)行抑制但是一般功率較小。此外，抑制電壓暫降的設(shè)備還有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器等。

2.5 增強(qiáng)用電設(shè)備的抗干擾能力增強(qiáng)用電設(shè)備抗干擾能力的方法主要有：

（1）在低功率、單相設(shè)備的直流母線上裝置更多的電容，如計(jì)算機(jī)、控制設(shè)備、電子設(shè)備等，這樣可以加強(qiáng)設(shè)備對電壓暫降的承受能力，大幅度提高設(shè)備的抵御能力。

（2）采用DC變換器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備低電壓正常工作。

（3）變頻調(diào)速裝置對電壓暫降非常敏感，需要修改變頻器失壓保護(hù)的時(shí)限以躲過電壓暫降周期，有時(shí)還需要增加直流母線的電容量，以減少單相和相間故障造成的電壓暫降。另外通過改進(jìn)整流器或換流器及其控制方法，可以提高變頻器對電壓暫降的承受能力。

（4）要想提高整體系統(tǒng)的抵御能力，還應(yīng)分析檢查所有器件的抵御能力，如繼電器、傳感器、接觸器等，通過采用相應(yīng)的措施，從而增強(qiáng)整體系統(tǒng)的抵御能力。

3、結(jié)語

電壓暫降的成因多種多樣，有不可避免的，也有隨機(jī)的，傳統(tǒng)的解決方法是通過結(jié)合各種方法，以減少可避免成因。但在實(shí)際情況中，應(yīng)針對電壓暫降的成因，采取合適的緩解與抑制措施，才能有效地解決電能質(zhì)量問題。

參考文獻(xiàn)

[1]彭南瑞，袁艷豐.電力電容器損耗成因與抑制措施研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（27）： 165.

[2]劉旭娜，肖先勇，汪穎.電壓暫降嚴(yán)重程度及其測度、不確定性評(píng)估方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014（04）：644-658.endprint