電壓暫降分析及防范措施

宋文生 柴小馬 馮建奇

（河南中孚實業股份有限公司 河南 鞏義 451261）

1 電壓暫降的概念及其危害

根據國際電氣與電子工程師協會的定義，供電電壓有效值快速下降到額定值的90-10%，并持續0.5-30個周波的現象叫電壓暫降。電壓暫降雖然持續時間短，但造成的后果十分嚴重，其他訂危害如下：

1.1 當電壓下降到額定值的70%以，持續時間超過1個周波時，接觸器就會脫扣造成用戶大面積停電，對于一類用戶，突然停電造成的損失十分巨大。

1.2 當電壓降低到50%以下時，電動機失磁，在電壓恢復時電動機重復啟動，特別是高壓電機較多的用戶，眾多電機同時再加速對電網造成很大沖擊，嚴重者造成電網停電。

1.3 對可編程序控制器(PLC)，當電壓低于50%時，PLC將停止工作；一些I／O設備，當電壓低于90%時，持續時間僅幾個周波就會被切除。這將導致使用PLC的生產線作業中斷，造成重大經濟損失。

1.4 電壓暫降會造成服務器出現癱瘓和數據丟失，對信息業造成重大的影響。

2 電壓暫降的分類及其特性

根據引起電壓暫降的原因，可以將電壓暫降分成三類：第一類，是故障引起的電壓暫降；暫降開始下降和最后恢復都非常迅速。電壓暫降造成的損害與故障的性質有關。第二類，是大型電動機起動引起的電壓暫降；暫降事件的恢復需要很長的時間，通常為幾百毫秒到幾秒，但電壓下降的幅度不大，對一些敏感設備會造成一定的損害。但是通過一些技術手段大多可以消除。第三類，是電動機的再加速引起的電壓暫降，也就是大型電動機運行和故障之間的相互作用使電壓暫降的特性發生變化。在故障開始的時候，大型電動機作為電壓源，可以減少了電壓降，當故障清除以后，電動機再加速加深了電壓暫降、延長了電壓暫降的恢復時間。特別在大型電機較多的用戶，大型電機同時再啟動將使損害擴大。

3 電壓暫降的分析計算方法

3.1 故障點法

故障點法是一種針對輔射形配電網絡的電壓暫降快速簡單的計算方法，輔射形配電網絡的電壓分配模型如下：

圖中：Zs為電源阻抗，Zf為負荷公共聯接點（PCC）與故障點之間的阻抗，忽略負荷電流，并假設電源電壓為1，則故障點與PCC點之間的電壓暫降幅值為：

故障點法是目前廣泛使用的電壓暫降分析方法，該方計算簡單，缺陷是：僅考慮了電壓暫降的幅值，而沒有考慮電壓暫降的時間，因此，該法僅實用于系統參數不完整，精度要求不高的情況下，對系統電壓暫降的分析計算。

3.2 臨界距離法

實際工程中，用戶關心的不是暫降的幅值有多大，而是電壓暫降能否引起設備跳閘，該方法給定電壓暫降幅值故障點的位置，目標是發現系統中何處故障會使電壓下降到給定幅值以下。

設定V為圖1中PCC點的臨界電壓，該點電壓暫降幅值比臨界電壓低時設備將跳閘，對于給定的PCC點，則

因為Zf=zL，z為單位長度的阻抗，l為線路長度，代入上式，則

臨界故障點距離L為：

估算特定位置的電壓暫降次數，計算對于每個PCC點的臨界距離，可為減少和消降電壓暫降對設備造成的損害提供依據。

4 針對某企業用戶的現狀提出防范措施

某大型企業擁有自己的內部電網，由于電力系統分布廣，系統結線復雜，近幾年連續出現系統短路造成大面積停電現象。其電網模型如下：

根據歷年統計，電壓暫降次數集中在上圖兩個故障點，因該企業重要負荷集中在PCC1節點，采用故障點法進行計算，故障點1的造成PCC1點電壓暫降幅值為40-50%，故障點2的造成PCC1點電壓暫降幅值為60-70%，因PCC1點聯接有高壓電機20多臺，電壓暫降后高壓電機的再加速會擴大電壓暫降的幅值和延長暫降時間，從而導致眾多設備跳閘。根據以上分析，為了減少電壓暫降對PCC1點的損害，可以采取的防范措施如下：

4.1 提高供電線路的可靠性

根據歷年發生故障的情況，針對性地做好故障點線路的升級改造，提高線路可靠性，加強設備維護和預試，從而減少故障的重復發生。

4.2 采用快速動作的繼電保護裝置

由于配電系統中的線路主保護采用分段式電流保護，該保護最大的缺陷就是在線路故障時不能做到無延時地切除故障。即使是無時限保護，其固有動作時間也要3～6個周波。可對保護裝置的動作時間進行分析，研究使用動作時間更快的裝置代替現有保護裝置的可能性。

4.3 對高壓電機的失壓保護進行調整

由于PCC1點聯接有20多臺高壓電機，為了減少電動機的再加速引起的電壓暫降，除一類負荷外的高壓電機可采用零時限的失壓保護，使之在發生電壓暫降時能快速切除。

4.4 對低壓重要負荷加裝延時動作裝置

低壓一類負荷跳閘，將會導致其它大型用電設備跳閘，使故障擴大，可以對這類設備加裝失壓延時動作裝置，例如對斷路器加裝延時線圈，從而保證重要設備用電。

4.5 增大臨界距離

由于故障點2線路復雜，很難完全消除該點故障引起的電壓暫降，可以考慮將該回路改接到PCC2接點，從而增加故障點對于PCC1接點的阻抗Zf，也就增大了PCC1點對于故障點的臨界距離。

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