電網(wǎng)內(nèi)電壓暫降與短時(shí)間中斷

2023/2/51電網(wǎng)內(nèi)電壓暫降與短時(shí)間中斷

5.1概述電壓暫降與短時(shí)間中斷通常是相關(guān)聯(lián)的電能質(zhì)量問題。

電壓暫降：指供電電壓均方根值在短時(shí)間突然下降的事件，其典型持續(xù)時(shí)間為0.5-30周波。 幅度： 90%--1%（IEC）

90%--10%（IEEE）電壓暫降的描述：暫降幅值：暫降時(shí)的電壓均方根值與額定電壓均方根值的比值。持續(xù)時(shí)間：從暫降發(fā)生到結(jié)束之間的時(shí)間。相位跳變：電壓相位的突然變化。暫降頻次電壓中斷：電壓均方根值降低到接近于零時(shí)，稱為中斷（短時(shí)、長(zhǎng)時(shí)） 幅度： <1%（IEC）

<10%（IEEE）2023/2/525電壓暫降與短時(shí)間中斷

隨著用電設(shè)備的技術(shù)更新，敏感性設(shè)備的大量使用，對(duì)供電系統(tǒng)系統(tǒng)的電壓質(zhì)量提出了更高的要求。同時(shí)由于電壓暫降的隨機(jī)性。電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質(zhì)量問題（國(guó)外占80%）

圖為某一實(shí)測(cè)電壓暫降的概率分布情況，多數(shù)電壓暫降的幅值為額定電壓的90％～70％。本章主要內(nèi)容：

電壓暫降與短時(shí)間中斷的起因、預(yù)估、臨界距離、凹陷域、不平衡暫降及檢測(cè)方法。2023/2/535電壓暫降與短時(shí)間中斷5.2電壓暫降與中斷的起因主要原因：雷擊：造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹姇?huì)使保護(hù)裝置動(dòng)作，從而導(dǎo)致供電電壓暫降，這種暫降持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響范圍大；電機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)：需要從電源汲取很大的啟動(dòng)電流，這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時(shí)，將會(huì)引起電壓的突然下降。暫降持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，但程度??；（黑啟動(dòng)）短路故障：可能會(huì)引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落，可能引起中斷；保護(hù)裝置切除故障、誤動(dòng)以及運(yùn)行人員誤操作：可引起供電中斷。具有故障自動(dòng)恢復(fù)裝置(重合閘等)的斷電為短時(shí)間中斷，而需要手動(dòng)才能恢復(fù)的斷電則為長(zhǎng)時(shí)間中斷。

2023/2/545電壓暫降與短時(shí)間中斷例：

故障發(fā)生后，故障線路1上的用戶將承受一次電壓暫降(實(shí)線)，并將承受隨之而來(lái)的由于斷路器切除故障所引起的電壓中斷的影響。 非故障線路2上的用戶將僅承受一次電壓暫降(虛線)

按上述方式配合時(shí)，將會(huì)對(duì)不同的用戶帶來(lái)不同的影響。一般暫態(tài)性質(zhì)的故障經(jīng)過一次重合可清除，但故障線路要經(jīng)過一次或多次電壓暫降或中斷。2023/2/555電壓暫降與短時(shí)間中斷非故障線2和故障線路1上的實(shí)測(cè)電壓波形(單相、兩相和三相電壓暫降占全部電壓暫降的比例約為66％、17％和17％)2023/2/565電壓暫降與短時(shí)間中斷5.3短時(shí)間電壓中斷的監(jiān)測(cè)與隨機(jī)預(yù)估一、短時(shí)間中斷：由于故障或檢修而斷開，在短的時(shí)間內(nèi)重新供電的電壓中斷現(xiàn)象。短時(shí)電壓中斷發(fā)生的頻率較高。中斷類型

短時(shí)間電壓中斷

長(zhǎng)時(shí)間電壓中斷

起因

1.瞬時(shí)性故障清除前，故障相線路經(jīng)歷短時(shí)間中斷2.保護(hù)誤動(dòng)時(shí)，非故障相也會(huì)經(jīng)歷短時(shí)間電壓中斷3.運(yùn)行人員誤操作

1.永久性故障2.瞬時(shí)性故障時(shí)，重合閘拒動(dòng)3.線路故障檢修

故障恢復(fù)方法

自動(dòng)恢復(fù)

手動(dòng)恢復(fù)

具體措施

1.重合斷路器，主要用于架空配電線2.自動(dòng)切換至正常供電母線，多用于工業(yè)用電系統(tǒng)

手動(dòng)恢復(fù)至正常供電母線

2023/2/575電壓暫降與短時(shí)間中斷二、短時(shí)間中斷的監(jiān)測(cè)目的：了解某一地區(qū)電壓短時(shí)中斷的概率分布，為改善電能質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。描述方式： 中斷頻次/年(月)

持續(xù)時(shí)間2023/2/585電壓暫降與短時(shí)間中斷中斷平均次數(shù)

—在監(jiān)測(cè)期間Ti內(nèi)，由監(jiān)測(cè)裝置i觀察到的在r范圍內(nèi) 的事件次數(shù)；

—事件發(fā)生平均值。持續(xù)時(shí)間概率密度f(wàn)(r)函數(shù)和概率分布函數(shù)F(r)2023/2/595電壓暫降與短時(shí)間中斷某一典型的短時(shí)間電壓中斷統(tǒng)計(jì)結(jié)果實(shí)例注意:短時(shí)間電壓中斷次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果隨監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的不同而不同。越靠近負(fù)荷側(cè)，短時(shí)間中斷的次數(shù)越多。2023/2/5105電壓暫降與短時(shí)間中斷三、電壓中斷次數(shù)的隨機(jī)預(yù)估 對(duì)重要的輸配電線路的電壓中斷可能發(fā)生的次數(shù)進(jìn)行估計(jì)是必要的。估計(jì)的前提條件：重合閘裝置和熔斷器的安裝位置（時(shí)間配合、保護(hù)整定）重合閘裝置多次重合每次的成功率線路長(zhǎng)度及各線路的故障率。2023/2/5115電壓暫降與短時(shí)間中斷例：主饋線故障率：0.1次／(年·km)分支線路故障率：0.25次／(年·km)第一次重合成功率:75％，第二次重合成功率:10％，重合閘過程發(fā)生故障，斷路器瞬時(shí)斷開；斷路器1s后重合；故障仍然存在，過電流使斷路器再次瞬時(shí)斷開；斷路器5s后重合，閉合約1s時(shí)間，故障仍然存在，保持閉合到分支線路熔斷器動(dòng)作；熔斷器熔斷后，若故障仍然沒有消失，斷路器第三次斷開，并保持?jǐn)嗦窢顟B(tài)（長(zhǎng)時(shí)間斷電）；2023/2/5125電壓暫降與短時(shí)間中斷有重合閘動(dòng)作和無(wú)重合閘動(dòng)作條件下，長(zhǎng)時(shí)間電壓中斷和短時(shí)間電壓中斷次數(shù)的比較可見：設(shè)置重合閘與否要視用戶對(duì)中斷次數(shù)的要求而定

類型位置

長(zhǎng)時(shí)間電壓中斷次數(shù)（次/年）

所有電壓中斷次數(shù)（次/年）

有重合閘

無(wú)重合閘

有重合閘

無(wú)重合閘

主饋線

0.21.16.61.1分支A0.53.16.63.1分支B0.32.16.62.1分支C0.42.96.62.9分支D0.51.96.61.92023/2/5135電壓暫降與短時(shí)間中斷5.4電壓暫降對(duì)敏感用電設(shè)備的影響電壓暫降和中斷是影響大工商業(yè)用戶的最主要的電能質(zhì)量問題。由前面的討論可知，當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)該供電線路上將出現(xiàn)電壓中斷，而相鄰線路上都將發(fā)生不同程度的電壓暫降。因此電壓暫降遠(yuǎn)比電壓中斷發(fā)生的次數(shù)多。所以從總體上來(lái)看，暫降所帶來(lái)的損失是巨大的。暫降10%，持續(xù)時(shí)間大于0.1s的短時(shí)電壓暫降就可使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)紊亂。據(jù)IBM統(tǒng)計(jì)表明，48.5％的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失是由電壓不合格造成的。一、CBEMA曲線與ITIC曲線 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，敏感設(shè)備的增加。20世紀(jì)80年代，美國(guó)計(jì)算機(jī)商業(yè)設(shè)備制造者協(xié)會(huì)（ComputerBusinessEquipmentManufacturingAssociation－CBEMA,現(xiàn)已改稱InformationTechnologyIndustryCouncil－ITIC信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)）基于大型計(jì)算機(jī)對(duì)電能質(zhì)量的要求，提出了電壓允許的CBEMA曲線。2023/2/5145電壓暫降與短時(shí)間中斷CBEMA曲線后來(lái)修訂為折線形式的ITIC曲線ITIC：穩(wěn)壓容限：110%~90%(CBEMA:106%~87%

允許電壓中斷：<=20ms8.33ms)2023/2/5155電壓暫降與短時(shí)間中斷二、計(jì)算機(jī)與電子設(shè)備對(duì)電壓暫降的敏感度分析

計(jì)算機(jī)與其他電子設(shè)備的電源結(jié)構(gòu)極為相似，通常由一個(gè)二極管整流器和一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器（DC/DC換流器）組成，它們對(duì)電壓暫降的敏感程度也是相近的。2023/2/5165電壓暫降與短時(shí)間中斷設(shè)電容量為C，電壓暫降前與暫降期間直流側(cè)電壓值分別為Uo和U，直流側(cè)負(fù)荷功率為P可見：紋波越小，性能越好。

2023/2/5175電壓暫降與短時(shí)間中斷三、典型設(shè)備受電壓暫降影響冷卻控制裝置：對(duì)生產(chǎn)電子器件的廠家來(lái)說(shuō)，在發(fā)生電壓暫降的情況下，制冷用的大型電動(dòng)機(jī)可能跳閘而停止工作；直流電機(jī)控制：在印刷與塑料生產(chǎn)中，發(fā)生電壓暫降期間，直流驅(qū)動(dòng)的控制器和卷繞機(jī)都可能斷電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；

PLC:在工業(yè)生產(chǎn)中，PLC的某些部分對(duì)電壓暫降非常敏感。機(jī)械裝置：電壓的任何波動(dòng)，特別是電壓暫降，都有可能引起自動(dòng)裝置或復(fù)雜機(jī)械的不安全運(yùn)行；可調(diào)速裝置：電壓暫降可能引起可調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置跳閘。

2023/2/5185電壓暫降與短時(shí)間中斷5.5電壓暫降幅值、臨界距離與凹陷域故障PCC電壓暫降對(duì)敏感設(shè)備造成影響給定敏感設(shè)備電壓暫降允許值何處故障引起PCC電壓暫降超過該值凹陷域一、輻射狀配電系統(tǒng)的電壓暫降幅值與臨界距離ZF—故障點(diǎn)與PCC點(diǎn)之間的線路阻抗ZS—PCC點(diǎn)與電源之間的系統(tǒng)阻抗令(z為單位長(zhǎng)度線路阻抗)，則

2023/2/5195電壓暫降與短時(shí)間中斷臨界距離： 定義PCC電壓降低到等于臨界電壓U時(shí)，故障點(diǎn)與PCC之間的距離為臨界距離。（臨界距離外發(fā)生故障時(shí)對(duì)設(shè)備無(wú)影響）

假設(shè)線路阻抗與系統(tǒng)阻抗的X／R值相等，則上式可得臨界距離的計(jì)算公式為一般：2023/2/5205電壓暫降與短時(shí)間中斷二、非輻射狀配電系統(tǒng)的電壓暫降幅值與臨界距離（如：雙回線供電） 假設(shè)Z1和Z2為兩條線路阻抗，Z0為系統(tǒng)阻抗，線路1在距電源p處發(fā)生故障，則負(fù)荷母線電壓暫降為例5-2如右圖可見：環(huán)網(wǎng)供電可使電壓中斷次數(shù)大大減少，但故障引起的電壓暫降一般較輻射狀配電系統(tǒng)故障引起的電壓暫降嚴(yán)重2023/2/5215電壓暫降與短時(shí)間中斷

三、凹陷域

臨界距離，描述了當(dāng)PCC電壓降低到等于臨界電壓時(shí)，故障點(diǎn)與PCC之間的距離，即當(dāng)故障發(fā)生在PCC與臨界點(diǎn)之間時(shí)，PCC處的敏感性負(fù)荷將受到嚴(yán)重影響。

將系統(tǒng)中發(fā)生故障引起電壓暫降，使所關(guān)心的某一點(diǎn)敏感性負(fù)荷不能正常工作的故障點(diǎn)所在區(qū)域稱為凹陷域。在凹陷域以內(nèi)發(fā)生的相關(guān)故障引起的電壓暫降，將使所關(guān)心的敏感性負(fù)荷不能正常工作；在凹陷域外:~~~~

在未來(lái)的電力系統(tǒng)中，電壓凹陷域的分析可能會(huì)像潮流計(jì)算和短路計(jì)算一樣，成為電力系統(tǒng)分析中不可缺少的一部分。2023/2/5225電壓暫降與短時(shí)間中斷5.6三相不平衡電壓暫降

圖5-16所示電壓暫降的電壓分配器模型，是針對(duì)三相故障而言的。

電力系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，將引起不平衡電壓暫降。

分析方法：對(duì)稱分量法，通過三個(gè)序網(wǎng)絡(luò)分析。

如圖所示為正序、負(fù)序和零序網(wǎng)路。2023/2/5235電壓暫降與短時(shí)間中斷一、單相故障

對(duì)于單相故障，三個(gè)序網(wǎng)應(yīng)在故障位置處串聯(lián)連接。以A相發(fā)生故障為例，圖給出了單相故障的等值電路圖。1、先在序網(wǎng)絡(luò)中求出U1、U2、U02023/2/5245電壓暫降與短時(shí)間中斷2、再由變換關(guān)系求出三相電壓2023/2/5255電壓暫降與短時(shí)間中斷兩非故障相間的電壓為與非故障時(shí)相比，該電壓的變化量?jī)H由正序和負(fù)序系統(tǒng)阻抗的差值決定。一般情況下，考慮正序和負(fù)序系統(tǒng)阻抗相等，則兩非故障相間的電壓不受故障的影響。非故障相的電壓降包含三項(xiàng)：正比于正序系統(tǒng)阻抗的電壓降，與該非故障相故障前電壓方向相同；正比于負(fù)序系統(tǒng)阻抗的電壓降，與另一非故障相故障前電壓方向相同；正比于零序系統(tǒng)阻抗的電壓降，與故障相故障前電壓方向相同。2023/2/5265電壓暫降與短時(shí)間中斷進(jìn)一步：假設(shè)：正序、負(fù)序和零序系統(tǒng)阻抗相等；正序和負(fù)序系統(tǒng)阻抗相等、正序和負(fù)序線路阻抗相等。

單相直接接地系統(tǒng)單相經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)故障相電壓與三相故障時(shí)相同，而非故障相電壓則不受影響兩非故障相電壓降相同，并僅包含零序分量2023/2/5275電壓暫降與短時(shí)間中斷

二、相間故障

對(duì)于相間故障，正、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)相并聯(lián)

上面假設(shè)故障發(fā)生在b相和c相之間，即a相為非故障相，b相和c相為故障相?？芍?，非故障相的電壓暫降依賴于正、負(fù)序系統(tǒng)阻抗的差值。通?？烧J(rèn)為正、負(fù)序系統(tǒng)阻抗相等，因此，非故障相的電壓不受相間故障的影響。2023/2/5285電壓暫降與短時(shí)間中斷5.7感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)引起的電壓暫降除短路故障外，引起電壓暫降的另一重要原因是大容量感應(yīng)電機(jī)的啟動(dòng)。感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將從電源汲取比正常工作時(shí)大得多的電流，其典型值為額定工作電流的5～6倍。假設(shè)電機(jī)額定功率為Sm，系統(tǒng)短路容量為Sdβ—啟動(dòng)電流與額定電流的比值可見：暫降與系統(tǒng)容量、電機(jī)功率及電機(jī)參數(shù)有關(guān)。2023/2/5295電壓暫降與短時(shí)間中斷5.8電壓暫降特征量檢測(cè)方法測(cè)量：暫降幅值、持續(xù)時(shí)間、相位跳變一、均方根值計(jì)算方法 采用滑動(dòng)窗口，采樣點(diǎn)取半周期的整數(shù)倍，否則數(shù)據(jù)無(wú)意義。對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理之后，積分運(yùn)算可采用下面的求和運(yùn)算實(shí)現(xiàn)：

2023/2/5305電壓暫降與短時(shí)間中斷特點(diǎn)：到達(dá)暫降幅值與實(shí)際電壓暫降起點(diǎn)之間有一個(gè)窗口長(zhǎng)度的延時(shí)（過渡時(shí)間