發電廠NCS系統220 kV母線電壓暫降測試分析及故障排除

馬智泉，盧嘉華，熊鴻韜

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州310014；2.浙江省分布式電源和微網重點實驗室，杭州310014）

發電廠NCS系統220 kV母線電壓暫降測試分析及故障排除

馬智泉1，2，盧嘉華1，熊鴻韜1

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州310014；2.浙江省分布式電源和微網重點實驗室，杭州310014）

闡述了IEC和IEEE國際標準關于電壓暫降的測試方法和SARFI等衡量指標，通過分析某發電廠NCS系統出現220 kV母線電壓暫降的問題，提出了使用電能質量分析儀和故障錄波儀測試分析該現象的方法。

NCS；電壓暫降；SARFI；測試分析

電壓暫降（Voltage Dip）是配電系統中最常見的一種電壓擾動，無論供電系統的可靠性如何提高，輸/配電網絡中都會出現電壓暫降情況，如各種短路故障、大型電機的啟動、雷擊致使保護動作、倒閘開關操作、變壓器及電容器的投切、軋鋼機等沖擊性負荷的投切等，都可能造成電壓暫降。

1 電壓暫降的定義及危害

電壓暫降是暫態電能指標的重要組成部分，對系統中的每個用戶都有不同程度的影響。IEEE Std 1159-1992標準對電壓暫降的定義為：供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%～10%，持續時間為10 ms～60 s，然后又恢復至正常電壓。國際電工委員會（IEC）把電壓暫降的電壓下降幅值定義為額定值的1%～90%，而持續時間相同[1-4]。

易受電壓暫降影響的主要是對電壓波動敏感的負荷，如精密電子控制系統、過程控制PLC、調速電機等，單臺設備的作業中斷也可能導致整個流水線甚至全廠作業中斷，造成巨大損失。目前省內受用戶投訴較多的電能質量問題主要為電壓跌落引起用電設備異常，其中包括接觸器、感應電機、變頻器等[5]。

2 電壓暫降的監測

根據IEC 61000-4-30標準的要求，電壓驟降事件檢測采用每半周期（10 ms）刷新電壓有效值的方均根值Urms（1/2），即從基波的過零點開始，每半個周期更新、測量一次得到上述電壓值。

在單相系統或多相系統中，當某一通道電壓有效值Urms降低到暫降閾值以下時，記作電壓暫降的開始；當電壓上升到等于或大于暫降閾值與遲滯電壓之和時，記作電壓暫降結束。暫降閾值表示為額定電壓Udin或滑模參考電壓Usr的百分比。在故障檢修或統計分析中，暫降閾值通常為固定參考電壓的85%～90%。電壓暫降的持續時間是指從電壓暫降起始到結束所用的時間。

發生電壓暫降時，記錄事件的發生時刻、暫降幅值和持續時間，并做電壓事件標記。對于單個觀測地點，暫降事件要統計幅值、持續時間和發生次數。電壓暫降的特征值包括殘余電壓（Ures）或深度、持續時間，殘余電壓為暫降過程中任一通道上測得的最低Urms值，深度是指參考電壓和殘余電壓之間的差值，通常用參考電壓的百分比來表示。

3 電壓暫降的衡量指標

電壓暫降監測和評估的步驟如圖1所示，分為5個步驟。在捕獲電壓暫降事件后，首先計算單次電壓暫降的特征值，然后統計單個觀測點的多次事件，最后分析整個系統的驟降指標[6]。

3.1 單次事件的電壓暫降指標[7]

（1）暫降能量指標EVS由剩余電壓V及持續時間T計算。

（2）三相系統單次電壓暫降事件的能量損失，用W表示：

（3）單次電壓暫降事件的嚴重度指標用Se表示。該指標與設備標準敏感曲線有關。Vref（T）指在參考曲線上具有相同持續時間的時間幅值，通常采用的曲線有CBEMA，ITIC，SEMI。

3.2 觀測點電壓暫降指標

觀測點的電壓驟降指標通常采用SARFI指標（System Average RMS Rrequency Index）[8]。SARFI指標有兩種常見的表達形式：SARFIV%指標統計電壓有效值低于閾值V的概率（見表1）；SARFIcurve則是針對某一設備敏感曲線的統計指數。

SARFIV%是發生在評估周期每個用戶特定均方根值變化的平均次數。Ni為觀測區域內低于閾值電壓的用戶數，NT為觀測區域內用戶總數。

3.3 系統驟降指標

在前述單個事件EVS計算的基礎上，對多觀測點的電壓暫降指標進行加權平均，得到平均驟降能量指標AVSEI。

4 電壓暫降的測試方案設計

2011年某發電廠網絡監控系統（Network Control System，簡稱NCS系統）顯示，220 kVⅢ段母線多次發生電壓暫降，檢查二次回路并更換變送器后，問題依然存在。由于電壓暫降反復出現且難以排查，電廠技術人員認為是附近大型鋼鐵廠的用電情況導致電能質量惡化，干擾了NCS測量。由于電壓暫降可能會影響電廠設備的安全及電壓合格率考核，應電廠的要求，對變送器輸入、輸出電壓，220 kV母線Ⅲ段TV二次側進行電能質量測試，并對現象進行了分析。

（1）信息的收集及初步分析，了解基本背景情況。

除了電廠工作人員在NCS系統上發現電壓暫降之外，近期內電廠及附近用戶均無大型電機跳機、負荷停止工作的反饋匯報，據此可以初步推斷，需要重點檢查NCS系統的信號回路，故障可能為電源異常、電壓互感器設備缺陷、線路接觸不良等。試驗方案的核心是通過現場測試來確定電廠是否真實存在電壓驟降現象。

NCS系統的信息來源為模擬式電壓變送器FPVX，輸入信號為TV二次側電壓，輸出信號為0～5 V模擬直流量，精度為0.2%。

（2）方案制定和儀器選擇。

為排查原因，對NCS系統電壓信號回路的幾個關鍵節點進行監測：TV二次側電壓信號、FPVX型電壓傳感器的輸入電壓（交流信號）、FPVX型電壓傳感器的輸出電壓（直流信號）。現場測點位置如圖2所示。

TV二次側電壓信號測量選用電能質量分析儀Fluke 1760，可以記錄母線電壓的諧波、不平衡、波動閃變等各項電能質量數據，并且可以依據IEC 6100-4-30標準A級的要求記錄電壓暫降、驟升、中斷等電壓事件。儀器現場設置了電壓暫降觸發，當10 ms內電壓變化量達12.7 kV（220 kV/×10%=12.7 kV）時，電能質量分析儀產生有效值觸發并記錄電壓有效值數據。

FPVX的輸入、輸出信號測試采用NICOLET VISION多通道數據采集錄波儀，其16個通道使用獨立且隔離的16位100 kS/s數字采集電路。因持續錄波模式的測試數據量非常大，所以儀器設置為觸發記錄模式，觸發方式為：FPVX輸入側斜率變化觸發為10 ms內變化5 V；FPVX輸出側斜率變化觸發為10 ms內變化0.25 V（5 V×5%）。為了能更大范圍地捕捉電壓變化事件，該儀器設置了比電能質量分析儀更低的觸發閾值。

（3）測試現場及工況。

在2011年2月23日-3月28日的測試期間，電廠220 kV母線Ⅲ段正、副母線合母運行，電廠發電機正常運行。

5 測試數據分析及問題排查

（1）220 kV母線諧波電能質量的分析。統計時間為2011年2月23日-3月31日，測試數據顯示諧波電壓總畸變率為1.23%，低于國家標準規定的2.0%限制值，各次諧波電壓含有率均未超標。其中主導諧波5次諧波畸變率0.46%，25次諧波畸變率0.55%，均低于國家標準規定的1.60%限制值。

據此可以說明220 kV母線的諧波水平在國家標準的允許范圍內。發電廠技術人員認為的臨近用戶引起諧波指標惡化的情況并不嚴重。

測試期間，Fluke1760電能質量分析儀未記錄到電壓暫降事件，說明發電廠一次設備正常，并且TV二次側電壓信號正常。

（2）電壓暫降現象的判斷。Fluke 1760電能質量分析儀未檢測到電壓暫降事件，但FPVX錄波儀檢測到了電壓暫降信號。

錄波器監測到正、副母線電壓變送器的輸出電壓共有4次同時發生暫降現象，分別是2月28日發生2次，3月2日和3月16日各1次（見表2）。3月2日，正、副母線電壓變送器的輸出電壓發生電壓暫降時，NCS系統上記錄到與正、副母線電壓變送器同一屏柜上的頻率變送器，以及半崇2421、半賢2422、半鋼1181、丁橋1187、永寧1186線等功率變送器輸出也幾乎同時發生突變，而此時正、副母線電壓變送器的輸入電壓信號卻無異常，Fluke1760分析儀監測的220 kV母線TV二次側電壓也未發現電壓暫降。

其余3次電壓驟降發生時也有類似情況，據此分析該現象的原因為：變送器工作電源回路出現短時失電而引起各變送器輸出異常，同時同屏柜其他變送器也出現異常，基本可確認變送器的電源回路存在接觸不良。

（3）問題的解決。檢查變送器屏柜的電源回路發現：電源回路的供電電源為UPS，但是電源電纜經過了數個電源插座，插座質量不佳且外觀明顯老化。更換電源線路后，NCS系統上再未發生電壓暫降現象。

6 結語

采用故障錄波儀和電能質量分析儀測試電壓暫降，通過分析現場測試數據，并根據測試結果排查NCS監測系統缺陷，能有效解決電壓暫降的問題，滿足了發電廠對220 kV母線電壓合格率的考核要求。

[1]IEEE P1564_00_14，Voltage Sag Indices-Draft 1.1[S]. 2000.

[2]IEC 61000-2-8 Voltage Dips and Short Interruptions on Public Electric Power Supply Systems with Statistical Measurement Results[S].Draft Technical Report，2002.

[3]IEC 61000-4-11，Voltage Dips Short Interruptions and Voltage Variations Immunity Tests[S].Voltage Sag Indices Draft 2，Working Document for IEEE.2001.

[4]陶順，肖湘寧．電壓暫降對配電系統可靠性影響及其評估指標的研究[J]．中國電機工程學報，2005，25（21）∶63 -69.

[5]林焱，吳丹岳，章雪萌，等．電壓暫降指標的探討[J]．電力系統保護與控制，2010，34（3）∶147-152.

[6]DUGEN R C，MCGRANAGHAN F，SANTOSO S，et al. Electrical Power System Quality，Second Edition[M].2002.

[7]楊耿煌，付春，溫渤嬰．單節點電能質量評價中的短時間電壓變動分析[J]．現代電力，2006，23（3）∶31-35．

[8]王雪飛．暫態電能質量評估指數[J]．華東電力，2007，35（4）∶99-101．

（本文編輯：徐晗）

Test Analysis and Troubleshooting of 220 kV Bus Voltage Dip in Network Control System of Power Plant

MA Zhi-quan1，2，LU Jia-hua1，XIONG Hong-tao1
（1.Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Zhejiang Key Laboratory of Advanced Technology for Distributed Generation and Micro-Grid，Hangzhou 310014，China）

This paper describes the test method of voltage dip in international standards of IEC and IEEE and indexes such as SARFI.Through the analysis on a problem of 220 kV bus voltage dip in Network Control System（NCS）of a power plant,it proposes a method of test and analysis using the power quality analyzer and fault recorder.

network control system；voltage dip；SARFI；test and analysis

TM855＋.2

：B

：1007-1881（2012）04-0036-04

2011-12-19

馬智泉（1983-），男，廣西崇左人，工程師，從事電能質量測試及評價工作。