電壓暫降實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1/8.1、通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)電壓暫降對(duì)敏感用電設(shè)備〔PC機(jī)的影響的觀察來(lái)加深對(duì)電壓暫降定義的理2、了解暫降幅值、暫降時(shí)間以及暫降波形等各個(gè)因素對(duì)敏感用電設(shè)備的影響。4、了解電壓暫降對(duì)敏感用電設(shè)備在不同運(yùn)行情況〔例如PC機(jī)CPU利用率分別在0%和100%下小電壓暫降對(duì)敏感用電設(shè)備的影響。電壓暫降產(chǎn)生的原因涉及電力系統(tǒng)和用戶兩方面。系統(tǒng)方面的原因,如當(dāng)輸配電系統(tǒng)中其中,系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降。而用戶的原因包括用戶內(nèi)部短路以及大型感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng),電弧爐、軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)等。電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降,影響工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)電壓敏感的電氣設(shè)備,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。短路故障通常包括單相與地、兩相或多相之間或與地經(jīng)阻抗或直接連接形成短路。在故障點(diǎn),電壓幅值可能降到很低的水平,在一定區(qū)域內(nèi),常常造成一些用戶的電壓發(fā)生暫降。如果故障發(fā)生在系統(tǒng)的輻射方式配電區(qū)域,保護(hù)動(dòng)作將導(dǎo)致供電中斷；如果設(shè)備與故障發(fā)生地點(diǎn)距離較遠(yuǎn),則短短能造成電壓暫降,導(dǎo)致用電設(shè)備跳閘。如變電站某條出線若發(fā)生短路故障,保護(hù)裝置動(dòng)作將其隔離,與此變電站相連的其他線路將經(jīng)受一次電壓暫降,這種電壓暫降占到總數(shù)的70%以上。雷擊也是造成系統(tǒng)電壓暫降的另一主要原因。這在落雷較多的地區(qū)尤為明顯,雷擊時(shí)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。總體而言,短路故障、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和雷擊引起的電壓暫降是最主要原因。2/8.開(kāi)關(guān)電源的恒輸入功率特性<負(fù)輸入阻抗特性>使得其電壓暫降抗擾性特別強(qiáng)壯,線路電壓降低時(shí),輸入電流自動(dòng)升高以維持輸出電壓<功率>不變,以保證負(fù)載正常工作。反之亦然。極寬的輸入電壓范圍這一特殊優(yōu)點(diǎn),使開(kāi)關(guān)電源成了對(duì)付電壓暫降的"專(zhuān)家"。當(dāng)然,線路電壓暫降太多<電壓過(guò)低>時(shí),過(guò)高的輸入電流成了損壞電源的潛在危險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)中經(jīng)電壓暫降儀給微機(jī)供電,按30%-70%電壓降落計(jì)算,可知,開(kāi)啟微機(jī)正常工作,逐步增大短時(shí)中斷時(shí)間,至微機(jī)死機(jī)。可知,增大濾波電容值可明顯提高微機(jī)對(duì)短時(shí)中斷的能電容后開(kāi)機(jī)浪涌電流增大問(wèn)題,已有現(xiàn)成的解決措施,即在整流電路中串接負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻或串接開(kāi)機(jī)限流電阻,待穩(wěn)定后再用雙向可控硅將其短接。另外,也應(yīng)考慮適當(dāng)增大整流電路電流設(shè)計(jì)裕量。關(guān)機(jī)后數(shù)百毫秒內(nèi)貯能電壓下降較快,之后卻緩慢下降。這是因?yàn)榍皵?shù)百毫秒貯能電壓還夠維持變換器工作,負(fù)載繼續(xù)工作耗電<隨C大小可看出維持長(zhǎng)短>。貯能電壓降至100V以下后,開(kāi)關(guān)變換器停振,開(kāi)關(guān)管截止,整流管反向截止,由并接于濾波電容上的高阻值電阻泄放電能,電壓呈緩慢下降。這種特性對(duì)使用熱敏電阻限制開(kāi)機(jī)浪涌的方案較為不利。眾所周知,負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻常溫下電阻較高,可有效限制開(kāi)機(jī)電流,開(kāi)機(jī)后電流自加熱使熱敏電阻溫度上升,阻值迅速下降,使正常運(yùn)行功耗很小。可是關(guān)機(jī)后,濾波電壓迅速降至100V以下,而熱敏電阻溫度下降卻較慢<熱時(shí)間常數(shù)10S以上>,又由于熱敏電阻溫度——阻值的非線性,電阻值回升更慢,導(dǎo)致關(guān)機(jī)后又馬上開(kāi)機(jī)其浪涌電流仍然很大,照樣可能損壞機(jī)器。而采用串接限流電阻并由雙向可控硅短接方案就相對(duì)保險(xiǎn)多了,只是電路較熱敏電阻復(fù)雜一些。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家,電壓暫降已成為影響各大工商業(yè)用戶的最主要的電能質(zhì)量問(wèn)題。實(shí)際上,對(duì)于電力系統(tǒng)中的許多故障,當(dāng)保護(hù)裝置跳閘切斷給某一用戶供電的線路時(shí),其相鄰線路上都將發(fā)生不同程度的電壓暫降。因此,電壓暫降發(fā)生的次數(shù)遠(yuǎn)比電壓中斷發(fā)生的次數(shù)多。如果用電設(shè)備對(duì)電壓暫降很敏感,則由電壓暫降帶來(lái)的問(wèn)題的次數(shù)將顯著增加。和停電不同,電壓暫降是不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)事件。對(duì)某一用戶來(lái)說(shuō),一次電壓暫降帶來(lái)的危害可能不如一次中斷帶來(lái)的危害大,但由于暫降發(fā)生次數(shù)較為頻繁,從總體上看,電壓暫降所帶來(lái)的影響和損3/8.失會(huì)是巨大的。所以,了解關(guān)鍵用電設(shè)備對(duì)電壓暫降的敏感程度如何,對(duì)用戶來(lái)說(shuō)也是非常重要的。電力系統(tǒng)短路故障會(huì)引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落,影響工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)電壓敏感的電氣設(shè)備〔例如電力電子設(shè)備等的正常工作,甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,復(fù)雜電力電子設(shè)備在各用電部門(mén)中得到了廣泛應(yīng)用,這些設(shè)備中有很多對(duì)短時(shí)間的電壓變化較為敏感。據(jù)調(diào)查,短時(shí)電壓暫降就可引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)紊亂〔幅值下降大于s電設(shè)備誤操作等。電壓暫降問(wèn)題是使這些設(shè)備不能正常工作的主要原因。嚴(yán)重的電壓暫降,將使用電設(shè)備停止工作,或引起所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量下降。而電壓暫降影響的嚴(yán)重性則隨用電設(shè)備的特性而異。一般而言,工業(yè)過(guò)程設(shè)備對(duì)電壓暫降特別敏感,因?yàn)樵O(shè)備在發(fā)生電壓暫降之后,其重新啟動(dòng)通常需要30min或更長(zhǎng)時(shí)間,從而影響裝置的正常運(yùn)行。電壓暫降波形相同,暫降電壓下降時(shí)間t1=0.01s,上升時(shí)間t2=0.01s；CPU利用率為0電壓暫降對(duì)電腦Uzj/U的影響30﹪40﹪50﹪70﹪t0.2死機(jī)正常正常正常<單0.3死機(jī)死機(jī)正常正常位:s>0.5死機(jī)死機(jī)死機(jī)正常tsUzj/U=50﹪CPU使用率0﹪〔空載正常100﹪〔滿負(fù)荷死機(jī)4/8.3.研究不同的電壓暫降波形對(duì)電腦的影響電電壓暫降對(duì)電腦的影響電壓暫降波形t1=t2=0.0001s死機(jī)常t1=t2=0.01st=0.5s注：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室電壓波動(dòng)及實(shí)驗(yàn)儀器精度的限制等原因,相同情況下所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能不4、FLUKE6100A信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)從以上的表格記錄的結(jié)果,可以知道電壓暫降可以對(duì)設(shè)備的敏感度造成影響,這不但與電壓暫降的幅值有關(guān),而且和暫降持續(xù)時(shí)間及暫降電壓的波形也有關(guān)。電壓暫降的幅值越厲害,暫降持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)設(shè)備的敏感度影響就越大。此外,計(jì)算機(jī)CPU的使用率也會(huì)影響電壓暫降對(duì)設(shè)備的敏感度。生的原因涉及電力系統(tǒng)和用戶兩方面。系統(tǒng)方面的原因,如當(dāng)輸配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障、瞬時(shí)短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降。而用戶的原因包括用戶內(nèi)部短路以及大型感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng),電弧爐、軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)等。電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)短路故障是電壓瞬間跌落發(fā)生的主要原因,短路故障可能引起較為嚴(yán)重的電壓暫降,影響工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)電壓敏感的電氣設(shè)備,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。短路故障通常包括單相與地、兩相或多相之間或與地經(jīng)阻抗或直接連接形成短路。在故障點(diǎn),電壓幅值可能降到很低的水平,在一定區(qū)域內(nèi),常常造成一些用戶的電壓發(fā)生暫降。雷擊也是造成系統(tǒng)電壓暫降的另一主要原因。這在落雷較多的地區(qū)尤為明顯,雷擊時(shí)造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ?/8.擊引起的電壓暫降是最主要原因。電壓暫降是電壓的減少,這種電壓的減少會(huì)降低系統(tǒng)的輸電能力。由故障引起的欠電壓會(huì)減少發(fā)電機(jī)向電動(dòng)機(jī)傳輸?shù)碾娔芰?引起電動(dòng)機(jī)減速,發(fā)電機(jī)加速。這種現(xiàn)象會(huì)限制輸電系統(tǒng)的故障切除時(shí)間。如果電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引起的電壓暫降會(huì)使相鄰電動(dòng)機(jī)減速<或者發(fā)電機(jī)加速>,這種電壓暫降同樣也需要關(guān)注。許多現(xiàn)代電子裝置如計(jì)算機(jī)、程控器、可調(diào)速機(jī)車(chē)等,電壓下降到低于85％額定電壓值。并持續(xù)40ms以上時(shí)就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題。通常這些敏感設(shè)備都是通過(guò)一個(gè)將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器與電力系統(tǒng)相連,然后再把直流電壓轉(zhuǎn)換為實(shí)際應(yīng)用電壓。整流器交流側(cè)的電壓暫降會(huì)導(dǎo)致直流電壓的快速下降,繼而影響應(yīng)用電壓。另一個(gè)問(wèn)題來(lái)說(shuō)。短時(shí)電壓暫降就可引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)紊亂〔幅值下降大于10%,持續(xù)時(shí)間大于0.1s、調(diào)速設(shè)備跳閘〔幅值下降大于15%,持續(xù)時(shí)間0.5周波以及機(jī)電設(shè)備誤操作等我們還得考慮整流器不平衡電流和直流電壓波動(dòng)所帶來(lái)的影響。電壓暫降還伴隨有電壓相位的突然改變,其原因是由于電力系統(tǒng)和線路的電抗與電阻的比值不同,或不平衡供電電壓凹陷向低壓系統(tǒng)傳遞引起的,相位跳變對(duì)那些利用相角工作的設(shè)備有比較大的影響。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備是基于有效值理論的監(jiān)測(cè)技術(shù),由于時(shí)間窗太長(zhǎng),僅測(cè)有效值已不能精確描述實(shí)際的電能質(zhì)量問(wèn)題,無(wú)法監(jiān)測(cè)電壓暫降等暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。用于電壓暫降等暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須具備以下條件:①能捕捉瞬時(shí)干擾的波形;②能同時(shí)測(cè)量三相電壓、電流;③采樣速率足夠高;④有效的分析系統(tǒng),以反映各種電能質(zhì)量問(wèn)題的特征及其隨時(shí)間的變化規(guī)律。電壓暫降的優(yōu)化解決方案要考慮許多因素,包括期望的系統(tǒng)性能、電能質(zhì)量變化特征<電壓驟降幅度、時(shí)間等>、用電設(shè)備的敏感度、用電系統(tǒng)設(shè)備的大小、環(huán)境考慮、維護(hù)要求等。對(duì)引起設(shè)備跳閘的電壓暫降必須進(jìn)行抑制。以下是對(duì)一些抑制方法的介紹口：<1>減少故障次壓暫降都是由故障引起。所以這種方法可以直接降低電壓暫降的發(fā)生頻度。<2>快速切除故障：這需要對(duì)保護(hù)技術(shù)加以改進(jìn),在配電網(wǎng)中較易獲得明顯的改善,而在輸電網(wǎng)中故障切除時(shí)和繼電器的進(jìn)一步更新?lián)Q透代才行。<3>電網(wǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的改進(jìn)：6/8.對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)使發(fā)生故障時(shí)在某一特定地點(diǎn)不發(fā)生嚴(yán)重的電壓暫降。這種方法在工業(yè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用,而一般不在公用供電中使用?？尚蟹椒ㄓ校合拗仆还╇娔妇€上的決方法。<4>在供電網(wǎng)絡(luò)與用戶設(shè)備之間裝設(shè)緩解設(shè)備：應(yīng)用最普遍的緩解電壓暫降的方法就是在系統(tǒng)和敏感負(fù)荷之間裝設(shè)UPS或者恒壓調(diào)壓器。對(duì)大負(fù)荷來(lái)說(shuō)采用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器DVR是一個(gè)可行的解決方法。目前,研制出的用于抑制電壓暫降裝置主要有以下幾種：DVR是一種非常有效的串聯(lián)補(bǔ)償裝置,它通過(guò)串聯(lián)變壓器在饋線上以電壓方式向配電系統(tǒng)注入補(bǔ)償電壓,用于消除電壓驟降對(duì)負(fù)荷的不良影響。其響應(yīng)速度在幾毫秒以內(nèi)。DVR與配電系統(tǒng)問(wèn)在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)的有功、無(wú)功雙向交換是通過(guò)控制注入電壓分量的幅值和相位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此,快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出電壓驟降幅度和相位跳變是DVR的關(guān)鍵所在。根據(jù)電壓相位的不同,DVR控制分為同相電壓補(bǔ)償控制和最小能量補(bǔ)償控制。D．STATCOM又稱(chēng)并聯(lián)型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器,能有效防止非線性負(fù)荷的快速無(wú)功電流變化所引起的電壓閃絡(luò)和電壓驟降對(duì)配電系統(tǒng)的影響。它采用電力電子器件構(gòu)成的自換相變流器,能與配電系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率的交換。當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓高時(shí),逆變器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)超前無(wú)功電流；反之,當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓低時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滯后無(wú)功電流,可以實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)。<3>統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器<UPQC>。補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn),能解決絕大多數(shù)短時(shí)暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。SSCBSSTS。SSCB和J用晶閘管動(dòng)作速度快和無(wú)觸點(diǎn)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)組合開(kāi)關(guān)的快速無(wú)電弧投切,故可有效抑制電網(wǎng)電壓的跌落和大故障電流帶來(lái)的一系列危險(xiǎn)后果。而固態(tài)切換開(kāi)關(guān)<SSTS>用于對(duì)電源電壓波動(dòng)非常敏感的用戶供電上,當(dāng)電源電壓波動(dòng)過(guò)大時(shí),在1~4周波內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換以保證重要用戶的可靠供電。<5>超導(dǎo)磁能<SMES>。SMES由超導(dǎo)線圈和與電網(wǎng)連接的大功率電力電子設(shè)備兩個(gè)主要部分以及冷卻系統(tǒng)和控制管理系統(tǒng)兩個(gè)輔助部分組成,以并聯(lián)方式和電網(wǎng)連接,其工作原理是將電網(wǎng)提供的交流電7/8.轉(zhuǎn)換成直流電后利用超導(dǎo)線圈以磁能的形式儲(chǔ)存起來(lái),在電壓驟降時(shí)再將儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩突仉娋W(wǎng),返回效率極大,響應(yīng)速度極快。<6>動(dòng)態(tài)電壓跌落矯正器<DSC>。DSC配有一個(gè)只在發(fā)生電壓驟降時(shí)才投入使用的旁路開(kāi)關(guān),其投入有效率可達(dá)95％,可<7>雙路供電集成電源裝置<IPS>。該裝置是華北電力大學(xué)電能質(zhì)量研究所課題組在雙路或多路供電基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上,提出的一種全新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),即基于雙路供電的集成電源<IntegratedPowerSupply縮寫(xiě)為IPS>。該裝置可以在一定程度上解決雙路供電電壓暫降問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了主、備用電源之間的無(wú)還為用戶節(jié)約了大量資金。本人作為課題組的成員,參加了IPS的主電路設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。本次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注電壓暫降對(duì)設(shè)備敏感度的影響,通過(guò)暫降持續(xù)時(shí)間和電壓暫降幅值對(duì)危及正常工作的影響,加深了我們對(duì)電壓暫降的理解,增強(qiáng)了我們對(duì)這門(mén)課的感性認(rèn)知與體會(huì),通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際,激發(fā)了我對(duì)電能質(zhì)量課