電網內電壓暫降與短時間中斷

1、2022-4-211電網內電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷 5.1 概述電壓暫降與短時間中斷通常是相關聯(lián)的電能質量問題。電壓暫降：指供電電壓均方根值在短時間突然下降的事件，其典型持續(xù)時間為0.5-30周波。幅度：90%-1% （IEC）90%-10%（IEEE）電壓暫降的描述：暫降幅值：暫降時的電壓均方根值與額定電壓均方根值的比值。持續(xù)時間：從暫降發(fā)生到結束之間的時間。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，稱為中斷（短時、長時）幅度：1% （IEC）10%（IEEE）2022-4-2125電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷隨著用電設備的技術

2、更新，敏感性設備的大量使用，對供電系統(tǒng)系統(tǒng)的電壓質量提出了更高的要求。同時由于電壓暫降的隨機性。電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質量問題（國外占80%） 圖為某一實測電壓暫降的概率分布情況，多數電壓暫降的幅值為額定電壓的9070。本章主要內容：本章主要內容： 電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷的起因、預估、臨界距離、的起因、預估、臨界距離、凹陷域、不平衡凹陷域、不平衡暫降暫降及檢測方法。及檢測方法。2022-4-2135電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.2電壓暫降與中斷的起因主要原因：1.雷擊：造成的絕緣子閃絡或對地放電會使保護裝置動作，從而導致供電電壓暫降，這種暫降持續(xù)時間

3、長，影響范圍大；2.電機全電壓啟動：需要從電源汲取很大的啟動電流，這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時，將會引起電壓的突然下降。暫降持續(xù)時間較長，但程度?。唬ê趩樱?.短路故障：可能會引起系統(tǒng)遠端供電電壓較為嚴重的跌落，可能引起中斷；4.保護裝置切除故障、誤動以及運行人員誤操作：可引起供電中斷。具有故障自動恢復裝置(重合閘等)的斷電為短時間中斷，而需要手動才能恢復的斷電則為長時間中斷。 2022-4-2145電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷例： 故障發(fā)生后，故障線路1上的用戶將承受一次電壓暫降(實線)，并將承受隨之而來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

4、電壓暫降(虛線) 按上述方式配合時，將會對不同的用戶帶來不同的影響。一般暫態(tài)性質的故障經過一次重合可清除，但故障線路要經過一次或多次電壓暫降或中斷。2022-4-2155電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷非故障線2和故障線路1上的實測電壓波形(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)2022-4-2165電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.3短時間電壓中斷的監(jiān)測與隨機預估一、短時間中斷：由于故障或檢修而斷開，在短的時間內重新供電的電壓中斷現象。短時電壓中斷發(fā)生的頻率較高。中斷類型中斷類型 短時間電壓中斷短時間電壓中斷 長時間電壓中斷長時間電壓中斷 起因起

5、因 1.瞬時性故障清除前，故障相線路經歷短時間中斷2.保護誤動時，非故障相也會經歷短時間電壓中斷3.運行人員誤操作 1.永久性故障2.瞬時性故障時，重合閘拒動3.線路故障檢修 故障恢復方法故障恢復方法 自動恢復 手動恢復 具體措施具體措施 1.重合斷路器，主要用于架空配電線2.自動切換至正常供電母線，多用于工業(yè)用電系統(tǒng) 手動恢復至正常供電母線 2022-4-2175電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、短時間中斷的監(jiān)測目的：了解某一地區(qū)電壓短時中斷的概率分布，為改善電能質量提供數據。描述方式：中斷頻次/年(月)持續(xù)時間2022-4-2185電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷中斷平均

6、次數 在監(jiān)測期間Ti內，由監(jiān)測裝置i觀察到的在r范圍內 的事件次數； 事件發(fā)生平均值。持續(xù)時間概率密度f(r)函數和概率分布函數F(r) kiikirirTNN11)()( )riN( )rN)()()()(krrNNrftrtftF)()()(2022-4-2195電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷某一典型的短時間電壓中斷統(tǒng)計結果實例注意:短時間電壓中斷次數的統(tǒng)計結果隨監(jiān)測點位置的不同而不同。越靠近負荷側，短時間中斷的次數越多。2022-4-21105電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷三、電壓中斷次數的隨機預估對重要的輸配電線路的電壓中斷可能發(fā)生的次數進行估計是必要的。估計的前提

7、條件：1. 重合閘裝置和熔斷器的安裝位置（時間配合、保護整定）2. 重合閘裝置多次重合每次的成功率3. 線路長度及各線路的故障率。2022-4-21115電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷例：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1.發(fā)生故障，斷路器瞬時斷開；2.斷路器1s后重合；3.故障仍然存在，過電流使斷路器再次瞬時斷開；4.斷路器5s后重合，閉合約1s時間，故障仍然存在，保持閉合到分支線路熔斷器動作；5.熔斷器熔斷后，若故障仍然沒有消失，斷路器第三次斷開，并保持斷路狀態(tài)（長時間斷電） ；2

8、022-4-21125電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷有重合閘動作和無重合閘動作條件下，長時間電壓中斷和短時間電壓中斷次數的比較可見：設置重合閘與否要視用戶對中斷次數的要求而定 類型類型位置位置 長時間電壓中斷次數（次長時間電壓中斷次數（次/年）年） 所有電壓中斷次數（次所有電壓中斷次數（次/年）年） 有重合閘有重合閘 無重合閘無重合閘 有重合閘有重合閘 無重合閘無重合閘 主饋線 0.21.16.61.1分支A 0.53.16.63.1分支B 0.32.16.62.1分支C 0.42.96.62.9分支D 0.51.96.61.92022-4-21135電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短

9、時間中斷5.4電壓暫降對敏感用電設備的影響 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量問題。由前面的討論可知，當保護裝置動作時該供電線路上將出現電壓中斷，而相鄰線路上都將發(fā)生不同程度的電壓暫降。因此電壓暫降遠比電壓中斷發(fā)生的次數多。所以從總體上來看，暫降所帶來的損失是巨大的。暫降10%，持續(xù)時間大于0.1s的短時電壓暫降就可使計算機系統(tǒng)紊亂。據IBM統(tǒng)計表明，48.5的計算機數據丟失是由電壓不合格造成的。一、CBEMA曲線與ITIC曲線隨著經濟的快速發(fā)展，敏感設備的增加。20世紀80年代，美國計算機商業(yè)設備制造者協(xié)會（Computer Business Equipment Manufa

10、cturing AssociationCBEMA,現已改稱Information Technology Industry CouncilITIC信息技術工業(yè)協(xié)會）基于大型計算機對電能質量的要求，提出了電壓允許的CBEMA曲線。2022-4-21145電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷CBEMA曲線后來修訂為折線形式的ITIC曲線ITIC：穩(wěn)壓容限：110%90% (CBEMA:106%87% 允許電壓中斷：=20ms 8.33ms)2022-4-21155電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、計算機與電子設備對電壓暫降的敏感度分析 計算機與其他電子設備的電源結構極為相似，通常由一個

11、二極管整流器和一個電壓調節(jié)器（DC/DC換流器）組成，它們對電壓暫降的敏感程度也是相近的。2022-4-21165電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷設電容量為C，電壓暫降前與暫降期間直流側電壓值分別為Uo和U，直流側負荷功率為P可見：紋波 越小，性能越好。 220002200max200112221(1)21 4minCUCUPtPPUUtUtU CU CPTUUU CtUUT定義：2022-4-21175電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷三、典型設備受電壓暫降影響1.冷卻控制裝置：對生產電子器件的廠家來說，在發(fā)生電壓暫降的情況下，制冷用的大型電動機可能跳閘而停止工作；2.直流電機

12、控制：在印刷與塑料生產中，發(fā)生電壓暫降期間，直流驅動的控制器和卷繞機都可能斷電，造成巨大的經濟損失；3. PLC:在工業(yè)生產中，PLC的某些部分對電壓暫降非常敏感。4.機械裝置：電壓的任何波動，特別是電壓暫降，都有可能引起自動裝置或復雜機械的不安全運行；5.可調速裝置：電壓暫降可能引起可調速驅動裝置跳閘。 2022-4-21185電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.5電壓暫降幅值、臨界距離與凹陷域1.故障PCC電壓暫降對敏感設備造成影響2.給定敏感設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一、輻射狀配電系統(tǒng)的電壓暫降幅值與臨界距

13、離ZF故障點與PCC點之間的線路阻抗ZS PCC點與電源之間的系統(tǒng)阻抗令 (z為單位長度線路阻抗)，則 FsagFSZUZZFZzlsagSzlUzlZ2022-4-21195電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷臨界距離： 定義PCC電壓降低到等于臨界電壓U時，故障點與PCC之間的距離為臨界距離。（臨界距離外發(fā)生故障時對設備無影響）假設線路阻抗與系統(tǒng)阻抗的XR值相等，則上式可得臨界距離的計算公式為一般：1ScritZUlzU22111cos1sin111(1 cos )1 ScritSSSSZUlkzUZXUUUxtgtgzUURrZUUzU2022-4-21205電壓暫降與短時間中斷電壓

14、暫降與短時間中斷二、非輻射狀配電系統(tǒng)的電壓暫降幅值二、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）與臨界距離（如：雙回線供電）假設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，則負荷母線電壓暫降為212012121(1)()(1)sagpp ZUZZZpZ Zpp Z例5-2 如右圖可見：環(huán)網供電可使電壓中斷次數大大減少，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重2022-4-21215電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷 三、凹陷域三、凹陷域 臨界距離，描述了當PCC電壓降低到等于臨界電壓時，故障點與PCC之間的距離，即當故障發(fā)生

15、在PCC與臨界點之間時，PCC處的敏感性負荷將受到嚴重影響。將系統(tǒng)中發(fā)生故障引起電壓暫降，使所關心的某一點敏感性負荷不能正常工作的故障點所在區(qū)域稱為凹陷域。 在凹陷域以內發(fā)生的相關故障引起的電壓暫降，將使所關心的敏感性負荷不能正常工作； 在凹陷域外: 在未來的電力系統(tǒng)中，電壓凹陷域的分析在未來的電力系統(tǒng)中，電壓凹陷域的分析可能會像潮流計算和短路計算一樣，成為可能會像潮流計算和短路計算一樣，成為電力系統(tǒng)分析中不可缺少的一部分。電力系統(tǒng)分析中不可缺少的一部分。2022-4-21225電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷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，是針對三相故

16、障而言的。 電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，將引起不平衡電壓暫降。 分析方法：對稱分量法，通過三個序網絡分析。如圖所示為正序、負序和零序網路。2022-4-21235電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷一、單相故障一、單相故障 對于單相故障，三個序網應在故障位置處串聯(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、先在序網絡中求出U1、U2、U01220011201202212012000120120() ()() ()() ()FsFsFFFFssssFFFssssFFFsssZZZZZUZZZZZZZUZZZZZZZUZZZZZZ2022-4-21245電壓暫降與短時間中斷電壓暫

17、降與短時間中斷2、再由變換關系求出三相電壓1222011111abcUUUUUU1201201202212012012021201201201()()()()()()sssaFFFssssssbFFFsssssscFFFsssZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZ 2022-4-21255電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷兩非故障相間的電壓為兩非故障相間的電壓為 與非故障時相比，該電壓的變化量僅由正序和負序系統(tǒng)阻抗的差值決定。一般情況下，考慮正序和負序系統(tǒng)阻抗相等，則兩非故障相間的電壓不受故障的影響。212120120() 1()()ssbcFFFsssZZUUZZ

18、ZZZZ1201201202212012012021201201201() ()() ()() ()sssaFFFssssssbFFFsssssscFFFsssZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZZZZUZZZZZZ 非故障相的電壓降包含三項：非故障相的電壓降包含三項：1. 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；2. 正比于負序系統(tǒng)阻抗的電壓降，與另一非故障相故障前電壓方向相同；3. 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。2022-4-21265電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷進一步：假設：1.正序、負序和零序系統(tǒng)阻抗相等；2.正序和負序系統(tǒng)

19、阻抗相等、正序和負序線路阻抗相等。 單相直接接地系統(tǒng)單相直接接地系統(tǒng) 單相經阻抗接地系統(tǒng)單相經阻抗接地系統(tǒng)故障相電壓與三相故障時相同，而非故障相電壓則不受影響11201211()3saFFFsbcZUZZZZUU011010201101001101021(2)(2)(2)(2)(2)(2)ssaFFssssbFFsssscFFssZZUZZZZZZUZZZZZZUZZZZ 兩非故障相電壓降相同，并僅包含零序分量2022-4-21275電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、相間故障二、相間故障對于相間故障，正、負序網絡相并聯(lián)上面假設故障發(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

20、障相?？芍?，非故障相的電壓暫降依賴于正、負序系統(tǒng)阻抗的差值。通?？烧J為正、負序系統(tǒng)阻抗相等，因此，非故障相的電壓不受相間故障的影響。 1212122212121221212121()()()()()()ssaSSFFssbSSFFsscSSFFZZUZZZZZZUZZZZZZUZZZZ 2022-4-21285電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.7感應電機啟動引起的電壓暫降 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電機的啟動。感應電機啟動時，將從電源汲取比正常工作時大得多的電流，其典型值為額定工作電流的56倍。 假設電機額定功率為Sm，系統(tǒng)短路容量為Sd啟動電流與額定電流的

21、比值可見：暫降與系統(tǒng)容量、電機功率及電機參數有關。dsagdmSUSSMsagsMZUZZ2022-4-21295電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷5.8電壓暫降特征量檢測方法測量：暫降幅值、持續(xù)時間、相位跳變一、均方根值計算方法一、均方根值計算方法采用滑動窗口，采樣點取半周期的整數倍，否則數據無意義。對信號進行數字化處理之后，積分運算可采用下面的求和運算實現： 0021( )tTRMStUut dtT1210NkNRMSKu2022-4-21305電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷特點：1.到達暫降幅值與實際電壓暫降起點之間有一個窗口長度的延時（過渡時間）2.同樣在暫降終止前與實際電壓暫降終點之間有一個窗口長度的延時（過渡時間）3.持續(xù)時間約有1個窗口長度誤差4.無法給出相位信息2022-4-21315電壓暫降與短時間中斷電壓暫降與短時間中斷二、缺損電壓計算方法（配合其他方法）二、缺損電壓計算方法（配合其他方法） 缺損電壓=期望電壓-實際電壓期望的瞬時電壓可通過對事件發(fā)生前的電壓進行外推得到缺損電壓均方根值與相位( )2sin()( )2sin()PLLasagsagbutUtutUt2212cossinsincoscoscsagsaga