第五章電壓暫降與短時(shí)間中斷(1).ppt

1、第五章 電壓暫降與短時(shí)間中斷 VOLTAGE SAGS AND SHORT INTERRUPTIONS,穩(wěn)態(tài)電壓質(zhì)量：頻率偏差、電壓偏差、 不平衡度、電壓諧波、欠電壓過電壓等 暫態(tài)電壓質(zhì)量：沖擊振蕩、電壓暫降 、 短時(shí)中斷、短時(shí)電壓波動(dòng)、 快速變化諧波等,電流諧波、間諧波、次諧波、 相位超前與滯后、通訊干擾等,電流質(zhì)量,服務(wù)質(zhì)量2,服務(wù)質(zhì)量1,電壓質(zhì)量,用電質(zhì)量,電 能 質(zhì) 量,供電質(zhì)量,電能質(zhì)量體系構(gòu)成與分類示意圖,按照電壓變動(dòng)細(xì)化分類圖,1）跌落幅值 2）持續(xù)時(shí)間 3）發(fā)生次數(shù) 4）相位跳變 多參數(shù)描述,電壓暫降(Sags/Dips)的基本概念,一、電壓暫降概念與定義 1）電壓暫降現(xiàn)象并不

2、是電力系統(tǒng)中的新問題，電網(wǎng)運(yùn)行伊始就已經(jīng)存在。它主要是由于系統(tǒng)發(fā)生短路故障或者重負(fù)荷啟動(dòng)引起的。 2）電壓暫降不同于電壓偏差，是指電壓方均根值的大幅度、快速、短時(shí)間下降的突發(fā)事件。,電壓快速短時(shí)突然變動(dòng)示例,電壓暫降(Sags/Dips)的基本概念,一次暫降電磁擾動(dòng)用兩維特性，即電壓跌落的幅值大?。礆垑夯驎航瞪疃龋┖蜁r(shí)間（即持續(xù)時(shí)間）（見圖）來描述。 殘壓是電壓暫降或短時(shí)間停電過程中電壓方均根值的最小值，殘壓可用伏特值或相對(duì)參考電壓的百分比值或標(biāo)幺值表示。而暫降深度僅從字面理解，是指電壓丟失的部分，與殘壓含義相反。,Dip,Sag,有專家這樣定義,在美國常用voltage dips；而在歐洲

3、常用voltage sags,額定電壓值,1,暫降持續(xù)時(shí)間2,電壓暫降事件的波形瞬時(shí)值與均方根值對(duì)比示意圖,Voltage dip,Voltage Sag,注：由于引發(fā)電壓暫降的原因不同，電壓變化過程形式多樣，尤其是下降和上升沿應(yīng)引起注意,電壓變動(dòng)分布圖,電壓暫降(Sags/Dips)的基本定義,3）在電壓暫降的分析中，通常將暫降時(shí)的電壓有效值與額定電壓有效值的比值定義為暫降的幅值，將暫降從發(fā)生到結(jié)束之間的時(shí)間定義為持續(xù)時(shí)間，將單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生電壓暫降的次數(shù)定義為暫降頻次。 4）國際電工委員會(huì)（IEC）將其定義為下降到額定值的90%至1%，國際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）將其定義為下降到額定

4、值的90%至10%。,電壓 RMS,B,A,短時(shí)間中斷,時(shí)間,電壓暫降,圖5-4 重合閘時(shí)故障線路（實(shí)線）和非故障線路（虛線）電壓均方根值 A故障切除時(shí)間 B重合閘重合時(shí)間,暫降發(fā)生過程簡要分析,變電站,重合閘,主饋線,1,2,線路1發(fā)生1次電壓暫降，1次短時(shí)間中斷 線路2只發(fā)生1次電壓暫降 圖5-3 帶有熔斷器和重合閘的架空線路配電系統(tǒng),故障切除電壓恢復(fù),重合成功 電壓恢復(fù),1,2,保護(hù)和自動(dòng)重合閘動(dòng)作時(shí)間的的整定原則及一般整定值,繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定原則：正確可靠，相互配合，并盡可能快速的將線路或設(shè)備的故障點(diǎn)清除在外。 故障切除時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和； 保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間為

5、0.040.08s， 最快0.010.04s; 斷路器動(dòng)作時(shí)間為 0.060.15s,，最快 0.020.06s; 切除故障的最快時(shí)間為 0.030.1s 重合閘時(shí)間整定原則：在保證故障線路絕緣恢復(fù)后盡可能快地重新供電?？己酥笜?biāo)是，瞬時(shí)故障重合閘成功率。 單端電源三相一次重合閘：整定值為0.3-0.4s;但考慮到兩端保護(hù)動(dòng)作的不同時(shí)性，一般取整定值為1.0-1.5s; 例如，圖5-4中，A = 暫降時(shí)間（故障切除時(shí)間 0.1s)，B = 中斷時(shí)間（1.5s),電壓暫降和中斷的發(fā)生過程,1）由分支線路熔斷器保護(hù)與主干線路重合閘的配合關(guān)系可以知道，電壓暫降、短時(shí)電壓中斷和長時(shí)電壓中斷的出現(xiàn)是與故障

6、類型和發(fā)生點(diǎn)、保護(hù)方式的配合以及恢復(fù)供電時(shí)間相關(guān)聯(lián)，并且電壓事件的形式可能發(fā)生轉(zhuǎn)變。 2）由于故障性質(zhì)、重合閘設(shè)定等因素影響，一次故障可能引發(fā)多次電壓事件。以圖5-4線路1為例，假設(shè)為永久性故障， 從一次電壓暫降和一次短時(shí)間中斷，發(fā)展到二次電壓暫降和二 次短時(shí)間中斷，直至長時(shí)供電中斷。,重合閘可能使長時(shí)間停電次數(shù)減少，而使短時(shí)間中斷和電壓暫降次數(shù)增加,電壓 RMS,B,A,短時(shí)間中斷,時(shí)間,電壓暫降,故障切除電壓恢復(fù),重合成功 電壓恢復(fù),如果重合不成功， 第二次保護(hù)動(dòng)作,1、2號(hào)線發(fā)生二次電壓暫降,1、2號(hào)線 恢復(fù)正常,1號(hào)線恢復(fù)正常，2號(hào)線停電,如果上一級(jí) 保護(hù)動(dòng)作。,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估數(shù)

7、據(jù)比較,表所示為有重合動(dòng)作和無重合動(dòng)作條件下，長時(shí)間 電壓中斷和短時(shí)間電壓中斷次數(shù)的比較結(jié)果。,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引起的電壓跌落變化,6倍左右,t=數(shù)秒至1min,事件型電能質(zhì)量電壓暫降實(shí)測波形,電壓短時(shí)間中斷、電壓暫降的實(shí)例波形記錄,電壓短時(shí)間中斷（方均根值、瞬時(shí)波形）記錄,不平衡故障引起的電壓暫降記錄,三相系統(tǒng)中電壓暫降的持續(xù)時(shí)間,電壓暫降的持續(xù)時(shí)間取決于設(shè)定閾值。 最先發(fā)生相的電壓低于閾值的時(shí)刻起，只有當(dāng)各相電壓都等于或高過暫降結(jié)束閾值時(shí)，三相電壓的暫降才結(jié)束。因此，三相電壓暫降的持續(xù)時(shí)間等于或大于單相電壓暫降持續(xù)時(shí)間。 電壓短時(shí)間中斷是電壓暫降的極端情況，即當(dāng)所有相的電壓下降到閾值（殘壓）為1

8、0%（IEEE)，或1%(IEC)時(shí)為電壓短時(shí)間中斷。,閾值與電壓暫降持續(xù)時(shí)間的關(guān)系,電壓暫降的持續(xù)時(shí)間取決于設(shè)定的閾值,三相系統(tǒng)中持續(xù)時(shí)間要以設(shè)定閾值為準(zhǔn)則,只有一相電壓跌落超過設(shè)定閾值,電壓暫降的特性參數(shù)變化,電力系統(tǒng)是一個(gè)自成一體的強(qiáng)耦合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。任意 一點(diǎn)的電壓、電流或者阻抗發(fā)生變化都將引起系統(tǒng)其他 地方的電參數(shù)發(fā)生不同程度的變化。 一、電壓暫降持續(xù)時(shí)間 電壓暫降的持續(xù)時(shí)間主要是由熔斷器、斷路器和保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間決定。 傳輸線路的短路故障清除時(shí)間較短，約60150ms; 配電故障的清除時(shí)間較長，MV, 0.52s, LV則取決于熔絲的特性。,電壓暫降的特性參數(shù)變化,二、電壓暫降幅值

9、泛泛而論，電壓暫降的跌落程度是隨機(jī)的；實(shí)際上它取決于電網(wǎng)內(nèi)觀察點(diǎn)（PCC）相對(duì)于短路點(diǎn)的位置（距離）。 觀察點(diǎn)離短路點(diǎn)越近，殘壓越低； 觀察點(diǎn)離電源（電源、電容器組、蓄電池等）點(diǎn)越近，電壓跌落的越小； 輸電系統(tǒng)的故障會(huì)導(dǎo)致大范圍（數(shù)百公里遠(yuǎn)的地區(qū)）發(fā)生電壓暫降； 配電網(wǎng)短路故障的影響范圍較小；但用戶設(shè)備內(nèi)部故障引起的附近觀察點(diǎn)的電壓暫降更嚴(yán)重； 短路類型和變壓器繞組的連接方式會(huì)改變電壓暫降深度（可參見陶順博士發(fā)表的論文）。,變壓器原邊發(fā)生單相接地故障時(shí)副邊的電壓,三相電壓暫降的類型,電壓暫降三特征量示意圖,可采用三維圖形展示 電壓暫降三特征量（即 暫降幅值 持續(xù)時(shí)間 暫降次數(shù) 的分布圖）。這是

10、完整描述 電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降的圖示化 方法。此外，在某些用電設(shè)備 （可調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置）由于電壓 暫降引起的供電電壓相位跳變 亦很敏感。 的相位 相位跳變,電壓暫降協(xié)調(diào)圖描述觀察點(diǎn)信息的二維形式,根據(jù)監(jiān)測記錄的數(shù)據(jù)，描繪出電壓暫降事件的等高線（通常以每年發(fā)生的電壓暫降次數(shù)為等高線），也可采用二維方法提供供電電壓質(zhì)量的完整信息。 在把設(shè)備敏感度疊加在等高線上后，可掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與供電性能的比較結(jié)果。,例如，設(shè)備A的敏感度為：殘壓65%，持續(xù)時(shí)間 0.2s。從圖可知，該供電監(jiān)測點(diǎn)這樣的電壓暫降每年發(fā)生5次，由此考慮設(shè)備是否可以耐受。而在該連接點(diǎn)，沒有發(fā)生低于設(shè)備C敏感度的暫降事件記錄，因此，設(shè)備C不會(huì)

11、受到暫降影響。,不能承受區(qū),南非PQ標(biāo)準(zhǔn)（ESKOM）：NRS048-2，2004中采用在一定的規(guī)定條件下限值發(fā)生次數(shù)的辦法,暫降幅值、持續(xù)時(shí)間和暫降頻次是標(biāo)稱電壓暫降嚴(yán)重度的最重要的三個(gè)特征量電壓的相位跳變是其次特征量,反映出電壓暫降發(fā)生的基本規(guī)律,某工業(yè)用戶端電壓暫降幅值分布圖,圖所示為一家115kV 工業(yè)用戶電壓暫降幅值的實(shí) 測結(jié)果（監(jiān)測期為1年）。 可以看到，該工廠供電系統(tǒng) 中電壓暫降絕大多數(shù)處在 低于額定值的10%-30% （或表示為0.9pu 0.7pu） 范圍內(nèi)。電壓暫降大于50 的幾乎為0. （注：按照IEEE定義，低于額定值0-10%的電壓變動(dòng)不屬于電壓暫降）,某工業(yè)用戶端電

12、壓暫降幅值分布圖,電壓暫降特征量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,美國EPRI-DPQ電壓暫降 統(tǒng)計(jì)調(diào)查分布結(jié)果 暫降幅值為0.7p.u0.9p.u 的電壓暫降占70%。; 持續(xù)時(shí)間不超過1s的約占90%， 不超過0.1s的約占60%; 發(fā)生頻次平均低于0.7p.u.的 為18.422次/年，低于0.9p.u 的為56.308次/年。電壓暫降發(fā)生 次數(shù)很分散。,電壓暫降發(fā)生次數(shù)的統(tǒng)計(jì)例,調(diào)查結(jié)果顯示： 美國電壓暫降幅值低于0.7p.u.的典型值為18-20次/年，低于0.9p.u.的次數(shù)為50-60次/年。 加拿大對(duì)工業(yè)用戶的調(diào)查結(jié)果是每個(gè)用戶側(cè)監(jiān)測點(diǎn)每相每月平均暫降38次。 英國某造紙廠年電壓暫降事件次數(shù)約36次

13、。 杭州東信通訊移動(dòng)電話公司2003年上半年就發(fā)生了6-7次暫降事件。,電壓暫降現(xiàn)象的起因總結(jié),引起電壓嚴(yán)重暫降的最主要原因是系統(tǒng)元件或 線路的故障。(雷電等惡劣天氣影響居多的線路短路) 特征：暫降幅度大、近乎矩形曲線、持續(xù)時(shí)間短（即故障在線時(shí)間） 引起電壓暫降的另一主要原因是大容量負(fù)荷的 投切。（大型電機(jī)、電弧爐、焊接設(shè)備等） 特征：暫降幅度小、非規(guī)則矩形、持續(xù)時(shí)間長,圖a：線路短路,圖b：大型電機(jī)啟動(dòng),就現(xiàn)象可見,電壓暫降并不是新問題。但是,由于其危害和影響十分突出,它卻成為近年來日益引起電工界關(guān)注的最重要的電能質(zhì)量問題.,電壓短時(shí)間中斷 (Short-time Interruption)

14、,二、短時(shí)間中斷的定義 1）當(dāng)電壓有效值降低到接近于零時(shí)，則稱為中斷。 由于對(duì)電壓暫降下降幅度定義的不同，對(duì)“接近于零”也有不同的定義 IEC定義“接近于零”為“低于額定電壓的1%”； IEEE定義為“低于10%”IEEE Std.1159-1995。 （之所以此時(shí)規(guī)定電壓不為，是有系統(tǒng)儲(chǔ)能元件電壓反饋的原因）。 2）中斷可按其持續(xù)時(shí)間長短進(jìn)一步分類，但分類原則也尚未 統(tǒng)一。 IEC定義長時(shí)間中斷持續(xù)時(shí)間最少為3分鐘，小于3分鐘的中斷稱為短時(shí)中 斷。 IEEE標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std.1250-1995中將大于2分鐘的中斷稱為持續(xù)中斷（而 在 IEEE Std.1159-1995中則將大于3秒鐘的

15、中斷稱為持續(xù)中斷，見下 表）。,IEC/IEEE關(guān)于中斷持續(xù)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn),（注意到，上表中各種電壓中斷現(xiàn)象的用語仍未統(tǒng)一。）,0.5周波3秒,現(xiàn)象分類,IEEE 1159-1995標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓暫降和短時(shí)間中斷按持續(xù)時(shí)間特征進(jìn)行分類。,短時(shí)間與長時(shí)間中斷的區(qū)別,雖然兩者的起因相同，即多是由于短路故障清除、保護(hù)誤動(dòng)等引起的，但持續(xù)時(shí)間的長短是由于在技術(shù)處理上有區(qū)別，見下表， 能自動(dòng)恢復(fù)的 中斷時(shí)為短時(shí)間中 斷，需要手動(dòng)才 能恢復(fù)的中斷為 長時(shí)中斷。,短時(shí)間與長時(shí)間中斷的區(qū)別,電壓暫降與中斷問題的不同點(diǎn),1）暫降造成的總損失可能大于中斷造成的損失 雖然看起來一次電壓暫降對(duì)電力用戶的危害不象一次長/短時(shí)間

16、電壓中斷那么嚴(yán)重，但是由于供電系統(tǒng)中發(fā)生電壓暫降的頻次遠(yuǎn)比電壓中斷次數(shù)多的多，暫降造成的總損失可能大于中斷造成的損失。 2）電壓暫降問題比電壓中斷更具有全局性 短時(shí)間中斷和長時(shí)間中斷的起因一般都發(fā)生在當(dāng)?shù)氐呐潆娋€路上，而設(shè)備端電源出現(xiàn)的電壓暫降則可能是由于數(shù)百公里外的輸電系統(tǒng)的短路故障引起的。因此上，電壓暫降問題比電壓中斷更具有全局性（a “global” problem）。 3）解決電壓暫降問題更困難 在消除影響上，為減少發(fā)生的電壓中斷次數(shù)，一般僅僅需要改造一個(gè)饋電系統(tǒng)，而為減少電壓暫降次數(shù)則往往需要改造多個(gè)饋電系統(tǒng)，甚至需改造遠(yuǎn)處的輸電系統(tǒng)。,引起電壓暫降與短時(shí)間中斷的主要責(zé)任方,當(dāng)輸配電

17、線路發(fā)生短路故障、配電網(wǎng)中感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)， 用電設(shè)備內(nèi)部故障、開關(guān)操作、變壓器以及電容器組的投切 等，均可引起電壓暫降。其中，架空線路發(fā)生短路故障和大 型感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)是主要的兩個(gè)原因。 在對(duì)大量發(fā)生的事件 統(tǒng)計(jì)分析后，許多學(xué)者認(rèn)為，電壓暫降的多數(shù)起因是電網(wǎng)故 障引起的，并且其影響嚴(yán)重，這一質(zhì)量的主要責(zé)任方應(yīng)當(dāng)是 供電部門。由用戶引起的電壓暫降深度和影響面不及輸配電 線路故障，但電壓暫降的發(fā)生頻次卻很高。,電壓暫降對(duì)供電條件的影響,電壓暫降的起因是由于事件引起的功率（尤其是無功功率）大幅度變化，其波及面較大。 電壓暫降的直接技術(shù)性影響取決于暫降幅值和持續(xù)時(shí)間。 設(shè)備不能發(fā)揮應(yīng)有的功能，或只能在有限

18、的范圍內(nèi)運(yùn)行。 設(shè)備性能降低，在極端情況下完全停止工作。 更為嚴(yán)重的是，工藝流程重啟動(dòng)造成的連帶影響； 由此，造成的經(jīng)濟(jì)損失是相當(dāng)大的：1）原材料損壞； 2）生產(chǎn)劣質(zhì)或廢品；3）部分設(shè)備損壞；4）延期交貨；5）員工收入損失等 對(duì)于供電部門而言，劣質(zhì)電能（電壓暫降等）對(duì)其影響 主要是失去用戶和降低在電力能源市場上的地位。,影響用戶工作的故障點(diǎn)位置統(tǒng)計(jì),因內(nèi)外對(duì)故障引起用戶不能正常工作的故障點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況（圖a）。 從所顯示的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知： 非本線路故障引起電壓暫降影響用戶設(shè)備不正常工作所占比例可達(dá)463177%。 輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)故障引起暫降都會(huì)影響用戶正常工作，且配電線路故障引起電壓暫降的比

19、例大于輸電線路故障原因。 由故障點(diǎn)位置統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖b）。,圖a,圖b,國際供電界關(guān)于電壓暫降的認(rèn)識(shí),CIRED KL2002國際供電會(huì)議主席指出，把電能質(zhì)量問題列為當(dāng)前國際 供電界關(guān)注的首要問題。而電能質(zhì)量的首要問題是電壓驟降，應(yīng)該作為研 究解決的重點(diǎn)（在用戶電能質(zhì)量問題投訴中，90%以上是電壓驟降引起 的。據(jù)統(tǒng)計(jì)和案例反映，造成用電設(shè)備異常運(yùn)行或停電的絕大部分因素是 電壓驟降問題）。 供電可靠性反映的是供電中斷程度。一般只考慮持續(xù)時(shí)間5分鐘以上， 有的國家規(guī)定為小于1分鐘的電壓中斷不予計(jì)算。電壓驟降發(fā)生頻率高， 有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表示，數(shù)十次或上千次/年，暫降深度多為40%（0.8-0.6p.u.)

20、 以內(nèi)，持續(xù)時(shí)間多小于1秒鐘。 暫降是與短時(shí)間中斷伴隨發(fā)生，且暫降發(fā)生頻度高，事故原因不易察覺。,現(xiàn)代電氣設(shè)備對(duì)電壓暫降愈加敏感,當(dāng)保護(hù)裝置因該線路發(fā)生短路故障而跳閘，切斷某一用戶的供電時(shí)，將 出現(xiàn)電壓中斷，而相鄰的非故障線路上將出現(xiàn)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)生次數(shù)多。如果用電設(shè)備對(duì)電 壓暫降也很敏感，則由此引發(fā)問題的次數(shù)將顯著增加。一方面我們要了解 系統(tǒng)故障的常見類型和特點(diǎn)，從而知道電壓暫降的基本規(guī)律。另一方面， 還需要了解電氣設(shè)備對(duì)電壓暫降的敏感程度或耐受能力（知己知彼，相互 兼容）是十分重要的。 舉例：計(jì)算機(jī)與電子設(shè)備對(duì)電壓暫降的敏感度， 一臺(tái)計(jì)算機(jī)若在

21、70直流額定電壓 時(shí)掉電，且正常電壓紋波為1時(shí)，小于 13個(gè)周期的電壓暫降是可以容忍的。,電壓暫降對(duì)電氣設(shè)備及控制系統(tǒng)的影響,廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)的微處理器對(duì)電壓暫降尤為敏感。電壓暫降引起的最常見的影響為傳輸損失和信號(hào)傳輸錯(cuò)誤（例如，PLC的4個(gè)基本功能的執(zhí)行周期需要10ms左右的時(shí)間要得到保證；邏輯信號(hào)0與1的閾值電壓并非標(biāo)準(zhǔn)化帶來的邏輯錯(cuò)誤等） 多數(shù)的接觸器和繼電器制造商規(guī)定為電壓為0.5pu，持續(xù)時(shí)間超過1個(gè)周期就會(huì)退出和斷開。且各廠家標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一和規(guī)范。 當(dāng)供應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓跌落深度大于30%時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩會(huì)小于負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，汲取電流增大。 可調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)電壓暫降極為敏感

22、，因?yàn)椋?）控制系統(tǒng)的供電電壓水平要求高，否則必須關(guān)閉以免失控；2）功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的換相失??；3）驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速和力矩控制精度差，嚴(yán)重影響工藝流程的進(jìn)程；此外，對(duì)相位跳變、不平衡及諧波的綜合反應(yīng)敏感。 高壓氣體放電照明持續(xù)2個(gè)周期的短時(shí)間停電或電壓低于0.45pu（且隨著使用老化，甚至殘壓為0.85pu）會(huì)熄滅，之后需要幾分鐘冷卻后才能重新啟動(dòng)。,設(shè)備不能正常工作的原由,電壓暫降往往引起用戶電氣設(shè)備不能正常工作,究其原因主要有： 交流電壓不足，供應(yīng)電能不足，導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)；如典型的橋式整流的電源電路。 電壓低引起設(shè)備電源監(jiān)視回路跳閘，設(shè)備停運(yùn)； 電壓低引起緊急關(guān)閉電路等的速動(dòng)繼電器動(dòng)作切斷電源； 電壓暫

23、降恢復(fù)時(shí)上升脈沖引起設(shè)備的復(fù)位電路不正確動(dòng)作，設(shè)備重啟； 電壓相角跳變或不平衡電壓暫降引起不平衡保護(hù)繼電器動(dòng)作，設(shè)備停運(yùn)。,整流濾波波形,速動(dòng)繼電器,復(fù)位電路,平衡保護(hù)繼電器,短時(shí)間中斷對(duì)設(shè)備的影響,顯見的影響有：失電，無燈光，屏幕空白，電機(jī)減速等。更為嚴(yán)重的是破壞生產(chǎn)過程，計(jì)算機(jī)丟失內(nèi)存信息，建筑體的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)失靈，無控制啟動(dòng)造成的危險(xiǎn)等。 在大多數(shù)敏感設(shè)備中，暫降與中斷的影響并無直接區(qū)別或分界，中斷可以視為嚴(yán)重暫降。因此在談危害時(shí)，兩者可以同等看待。例如，調(diào)速驅(qū)動(dòng)在秒或甚至在個(gè)周波的中斷都會(huì)掉電。,電壓暫降與短時(shí)間中斷造成的危害與損失,二十世紀(jì)80年代以來數(shù)字式自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的

24、大規(guī)模應(yīng)用，如變頻調(diào)速設(shè)備、可編程邏輯控制器、各種自動(dòng)生產(chǎn)線以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等敏感性用電設(shè)備的大量使用，對(duì)供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量提出了更高的要求，該問題才引起各有關(guān)部門與研究人員的廣泛關(guān)注。 由于一次電壓暫降而使某生產(chǎn)線重新啟動(dòng)需花費(fèi)50,000美元； 某玻璃制品廠工頻5個(gè)周期的電壓中斷，造成損失約200,000美元；某計(jì)算機(jī)中心2秒的供電中斷引起約600,000美元的損失。,電壓暫降的危害-EPRI的調(diào)查,據(jù)美國電力科學(xué)研究院EPRI的調(diào)查報(bào)告， 美國每年因可靠性和電能質(zhì)量問題造成工業(yè)的生產(chǎn)力和停工損失達(dá)1500-1900億$。且據(jù)其DP項(xiàng)目研究發(fā)現(xiàn)，只有3%的事件是由于電力供應(yīng)中斷造成的，而其余

25、大部分都是由于短時(shí)動(dòng)態(tài)電力干擾引起的。關(guān)于停電和劣質(zhì)電能造成的經(jīng)濟(jì)損失劃分仍然需要具體分析，尚待明確。,電壓暫降的危害具體例子,（1）某個(gè)主要生產(chǎn)光纖電纜的廠商監(jiān)測7年的電能質(zhì)量，雖然沒有發(fā)生過一次停電，但每年要經(jīng)受6-10次電壓暫降，每次損失達(dá)15-50萬$； （2）塑制品聚合加工業(yè)、造紙業(yè)、玻璃制造業(yè)等都是電力消耗大戶，暫降導(dǎo)致現(xiàn)代化生產(chǎn)線突然停止意味著重啟前需要數(shù)小時(shí)清除設(shè)備內(nèi)的垃圾。某玻璃制品廠工頻5個(gè)周期的電壓間斷，造成損失（含停工）約200,000$；,電壓暫降的危害具體例子,（3）英國某造紙廠由于持續(xù)僅23個(gè)周波0.9p.u.的電壓暫降造成關(guān)鍵負(fù)荷可調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置跳閘，生產(chǎn)線作業(yè)中

26、斷，一次事件的直接損失達(dá)14萬英鎊。 對(duì)石化工業(yè)來說，生產(chǎn)線的連續(xù)性也是非常關(guān)鍵的。國內(nèi)有資料統(tǒng)計(jì)，一次短時(shí)的電壓暫降有可能造成整個(gè)生產(chǎn)線長時(shí)間停運(yùn)，將會(huì)造成數(shù)百萬美元的損失。國內(nèi)石化行業(yè)把電壓暫降俗稱“晃電”現(xiàn)象。,電壓暫降的危害-行業(yè)舉例1,。,汽車制造業(yè)靈活的自動(dòng)控制和鏈?zhǔn)焦?yīng)生產(chǎn)線管理 由于無序斷電和上電,暫降導(dǎo)致?lián)p壞部件或加工設(shè)備以及數(shù)字控制設(shè)備需重新設(shè)置控制流程； 暫降影響機(jī)器人電焊工的焊接質(zhì)量，甚至需要重新回爐或電焊程序的重啟； 暫降使得噴漆線突然停止，在火爐控制重啟前，需要30min凈化空氣控制系統(tǒng)。 暫降導(dǎo)致停產(chǎn)的更多時(shí)間是花費(fèi)在整個(gè)生產(chǎn)線再啟動(dòng)上（有報(bào)道講，由于4個(gè)周波的電

27、壓暫降，需要72min才能恢復(fù)生產(chǎn)線工作，造成損失可達(dá)700，000$）,暫降造成商業(yè)與民用建筑中的電梯、自動(dòng)消防與報(bào)警系統(tǒng)中止工作,電壓暫降危害-行業(yè)舉例2,塑制品聚合加工業(yè)、造紙業(yè)、玻璃制造業(yè)電力消耗大戶 暫降導(dǎo)致現(xiàn)代化生產(chǎn)線突然停止意味著重啟前需要數(shù)小時(shí)清除設(shè)備內(nèi)的垃圾。 某玻璃制品廠工頻5個(gè)周期的電壓間斷，造成損失約200,000$； IT、通訊業(yè)高價(jià)值端客戶需要超高可靠性 某計(jì)算機(jī)中心2秒的供電中斷引起約600,000$的損失。杭州東信通訊移動(dòng)電話公司一次暫降造成損失達(dá)3，000，000￥。 醫(yī)療器械暫降引起設(shè)備不正常工作影響診斷、治療、手術(shù)進(jìn)行，甚至危及到病人的生命。,電壓暫降危害

28、-平均損失統(tǒng)計(jì),美國電力公司調(diào)查統(tǒng)計(jì)：,加拿大電氣協(xié)會(huì)對(duì)電能質(zhì)量的調(diào)查報(bào)告,1991年起，加拿大電氣協(xié)會(huì)（CEA）開始的一項(xiàng)為期三年的電能質(zhì)量調(diào)查，調(diào)查的主要目的是了解加拿大電能質(zhì)量的現(xiàn)有狀況。共有22個(gè)電力公司參加了本次調(diào)查，選擇了550個(gè)地點(diǎn)（工業(yè)、商業(yè)和民用）進(jìn)行了監(jiān)測。 工業(yè)用戶組的調(diào)查結(jié)果： 用戶側(cè)監(jiān)測點(diǎn)每相每月平均發(fā)生38次暫降，電源側(cè)為4次。 用戶側(cè)85的監(jiān)測點(diǎn)每相每月平均發(fā)生過1020次電壓暫降，電源側(cè)為5-6次。 商業(yè)和民用用戶組的調(diào)查結(jié)果： 用戶側(cè)70的監(jiān)測點(diǎn)每相每月平均發(fā)生過23次電壓暫降，電源側(cè)為12次。,電壓暫降與短時(shí)間中斷已成為最重要的電能質(zhì)量問題,據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐洲電

29、力部門與用戶對(duì)電壓暫降的關(guān)注程度比其它有關(guān)電能質(zhì)量問題的關(guān)注程度要強(qiáng)得多，其中一個(gè)重要的因素是在電能質(zhì)量的諸多原因中，由電壓暫降引起的用戶投訴占整個(gè)電能質(zhì)量問題的80%以上，而由諧波、開關(guān)操作過電壓等引起的電能質(zhì)量問題投訴不到20%。 專家們認(rèn)為，電壓暫降與中斷已上升為最重要的電能質(zhì)量問題之一，已成為信息社會(huì)對(duì)供電質(zhì)量提出的新挑戰(zhàn)。,國際供電界關(guān)于電壓暫降的標(biāo)準(zhǔn),國際上有一些國家已經(jīng)制定和頒布了針對(duì)本國電網(wǎng)的電壓暫降標(biāo)準(zhǔn)，例如，德國、南非、但還沒有正式的國際標(biāo)準(zhǔn)。而在對(duì)電氣設(shè)備方面，機(jī)電制造業(yè)用電設(shè)備耐受或過渡低電壓（Low Voltage Ride ThroughLVRT，也稱之為低電壓穿越

30、，通常是指電壓暫降現(xiàn)象）的能力，制定了許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 為此，計(jì)算機(jī)行業(yè)組織制定的CBEMA曲線、國際半導(dǎo)體生產(chǎn)商組織制定的 SEMI F47標(biāo)準(zhǔn)等已經(jīng)被廣泛采用。 在我國，對(duì)電能質(zhì)量問題的把握不夠全面，主要集中在電壓合格率和諧波方面，對(duì)電壓驟降及電壓短時(shí)間中斷引起的電能質(zhì)量問題、危害以及反措施認(rèn)識(shí)不足。 我校多年來一直在開展對(duì)電壓暫降檢測算法、統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法、指標(biāo)設(shè)定和治理技術(shù)等方面的研究，為國家標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ)。,電壓暫降對(duì)電氣設(shè)備及 控制系統(tǒng)影響的描述方法,將每一次電壓暫降和受影響結(jié)果以2維圖描述可獲得設(shè)備的工作特性曲線，工作特性曲線反應(yīng)出多數(shù)用戶要求計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備制造商要達(dá)到的耐受標(biāo)

31、準(zhǔn) 。 現(xiàn)在，設(shè)備敏感度曲線也稱之為設(shè)備免疫力(immunity)曲線。,早期采用的CBEMA曲線,現(xiàn)實(shí)采用的ITIC曲線,暫降敏感曲線與暫降特征分布圖,電壓暫降事件次數(shù) = 不正常工作區(qū)內(nèi)發(fā)生頻次之和亦可另外統(tǒng)計(jì).,實(shí)際上，將不計(jì)事件次數(shù)的系統(tǒng)電壓暫降特征分布圖與用戶設(shè)備的電壓暫降敏感曲線對(duì)應(yīng)起來，就可得到用戶設(shè)備因電壓暫降而不能正常工作的完整描述。,CBEMA曲線,20世紀(jì)80年代，美國計(jì)算機(jī)和商用設(shè)備制造商協(xié)會(huì)（CBEMA）出于大型計(jì)算機(jī)對(duì)電能質(zhì)量的要求提出了電壓容限曲線并作為對(duì)其制造商產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，以防止電壓擾動(dòng)造成計(jì)算機(jī)及其控制裝置誤動(dòng)和損壞。容限曲線見下圖，包絡(luò)線內(nèi)部為合格電

32、壓，外部為不合格電壓。該曲線已為IEEE采納作為IEEESTD446-1980的一部分。,ITIC曲線,美國CBEMA改稱為信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)(ITIC)后，其所屬的第三技術(shù)委員會(huì)（TC3）對(duì)上圖的曲線作了修訂，如下圖所示，稱作ITIC曲線，表明了適用于所有類型設(shè)備的電壓容限的幅值和持續(xù)時(shí)間，亦有人仍稱之為CBEMA曲線。ITIC曲線的邊界由以下七種可能的電壓擾動(dòng)圍成:高頻脈沖和振蕩、低頻衰減振蕩（140200）、電壓凸起（120）、穩(wěn)態(tài)容限（10）、幅值為80的電壓暫降、幅值為70的電壓暫降、電壓間斷。,高頻脈沖和振蕩,低頻衰減振蕩,電壓凸起,穩(wěn)態(tài)容限,電壓間斷,典型設(shè)備的暫降敏感曲線,耐受或

33、過渡電壓暫降的能力（voltage sag ride-through capability，又稱為電壓暫降承受值或容忍值）是指確保設(shè)備正常運(yùn)行所能容忍的最低電壓值與承受時(shí)間。 用戶設(shè)備對(duì)電壓暫降的容忍性，表現(xiàn)為設(shè)備的最小暫降承受值與持續(xù)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，即電壓暫降敏感曲線，如圖所示。,設(shè)備電壓暫降敏感曲線舉例,暫降記錄分布圖 - ITIC_1997標(biāo)準(zhǔn),ITIC: Information Technology Industry Council（IT業(yè)委員會(huì)）,暫降事件分布圖 - SEMI F47_1998標(biāo)準(zhǔn),SEMI: Semiconductor Equipment and Materials

34、 International group（半導(dǎo)體設(shè)備及材料國際組織）,國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的風(fēng)電場低電壓穿越要求,時(shí)間/s,并網(wǎng)點(diǎn)電壓（pu）,電網(wǎng)故障引起的電壓跌落,風(fēng)電機(jī)組可以從電網(wǎng)切出,時(shí)間/s,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估,分支D：3km,為了隨機(jī)預(yù)估某一饋電用戶所承受的短時(shí)電壓中斷次數(shù)，需要以下輸入數(shù)據(jù)： 不同主饋線或分支線路每年米饋線故障率。 主饋線和分支導(dǎo)線長度。 重合成功率，多次重合的第一次成功率和第二次成功率。 重合開關(guān)和熔斷器安裝位置。 數(shù)據(jù)表 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%， 第二次重合機(jī)率：25%， 第二次成功率是故

35、障數(shù)的10%， 因此，故障數(shù)的15%二次重合沒有成功， 即屬于永久性故障，導(dǎo)致長時(shí)間中斷。 圖為一個(gè)假想系統(tǒng)例，介紹隨機(jī)預(yù)估的各項(xiàng)步驟。,分支C：7km,分支B：4km,分支A：8km,主饋線：11km,熔斷器,系統(tǒng),重合閘,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估事件過程,重合閘動(dòng)作過程： 1）由于發(fā)生短路故障，過電流使線路保護(hù)動(dòng)作，斷路器瞬時(shí)打開。 2）開關(guān)打開1秒，期間75%故障會(huì)被消除。 3）重合閘動(dòng)作，斷路器閉合。如果故障仍然存在，過電流使開關(guān)再次瞬時(shí)打開，這種情況占25%(如前所述，第一次重合成功率75）。 4）此次短路器打開時(shí)間為5秒，期間10%總故障數(shù)被消除。 5）短路器閉合約1秒時(shí)間后，如果故障

36、仍然存在，開關(guān)保持閉合直到分支線路熔斷器動(dòng)作。 6）熔斷器熔斷后，故障仍然沒有消失，短路器第三次打開，并保持?jǐn)嗦窢顟B(tài)，直到人為操作恢復(fù)供電。此時(shí)整個(gè)饋線將承受長時(shí)間電壓中斷。,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估故障總次數(shù),主饋線與分支線故障總次數(shù)計(jì)算： 11km*0.1/年*km +22km*0.25/年*km =6.6次/年 每次故障都將引起電壓幅值事件，并且可能存在4種不同的情況： ） 1秒持續(xù)時(shí)間的短時(shí)間電壓中斷。 ） 二次短時(shí)間中斷，一次為1秒，一次為5秒持續(xù)時(shí)間。 ） 二次短時(shí)間中斷，隨之出現(xiàn)一次電壓暫降。 ） 二次短時(shí)間中斷，隨之出現(xiàn)一次長時(shí)中斷。,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估年次數(shù),由于預(yù)估該饋線上每

37、年發(fā)生6.6次事件，所以其中， ）每年6.6次*75% =5.0次為所有用戶一次短時(shí)間中斷電。 ）每年6.6次*10% =0.7次為所有用戶二次短時(shí)間中斷電。 ）每年6.6次*15%=1.0次為永久性故障，即用戶將承受二次短時(shí)斷電和隨之發(fā)生的二次電壓暫降，或隨之出現(xiàn)的長時(shí)中斷電。 由該饋線供電的每一個(gè)用戶所承受的短時(shí)電壓中斷次數(shù)是相等的，即， 1秒持續(xù)時(shí)間的為5.0次/年， 1+5秒持續(xù)時(shí)間的為0.7次/年。,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估永久性故障次數(shù),長時(shí)間中斷次數(shù)則取決與在饋線上的不同位置。當(dāng)主饋線發(fā)生永久性故障時(shí)，所有用戶都將承受長時(shí)間中斷；當(dāng)分支線路發(fā)生永久性故障，則僅僅是由該分支線饋電的用戶

38、承受長時(shí)中斷。不同饋線，永久性故障的次數(shù)為： ） 分支A：8km*0.25次/年*km *0.15 =0.30次/年 ） 分支B：4km*0.25次/年*km *0.15 =0.15次/年 ）分支C：7km*0.25次/年*km *0.15 =0.26次/年 ）分支D：3km*0.25次/年*km *0.15 =0.11次/年,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估長時(shí)中斷次數(shù),饋線上不同的連接處，經(jīng)受長時(shí)間中斷的次數(shù)為： ）主饋線：0.17次/年 ）分支A： 0.17+0.30 =0.47次/年 ）分支B： 0.17+0.15 =0.32次/年 ）分支C： 0.17+0.26 =0.43次/年 ）分支D： 0

39、.17+0.11 =0.28次/年 不設(shè)置重合閘動(dòng)作，而僅靠熔斷器清除分支線上的所有故障， 將只可能存在長時(shí)間電壓中斷，其次數(shù)為（線路長度故障率） ： ） 主饋線：11km（0.1次/年*km） =1.1次/年 ） 分支A： 1.1次/年+8km(0.25次/年*km)=3.1次/年 ） 分支B： 2.1次/年 ） 分支C： 2.9次/年 ） 分支D： 1.9次/年,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估數(shù)據(jù)比較,表所示為有重合動(dòng)作和無重合動(dòng)作條件下，長時(shí)間 電壓中斷和短時(shí)間電壓中斷次數(shù)的比較結(jié)果。,短時(shí)間中斷的隨機(jī)預(yù)估分析結(jié)果,分析結(jié)果 對(duì)于長時(shí)間電壓中斷敏感的設(shè)備或生產(chǎn)過程，顯然應(yīng)當(dāng)采取有重合閘設(shè)置的系統(tǒng)。因?yàn)檫@會(huì)使長時(shí)間中斷減少85%。 如果當(dāng)設(shè)備