工業區電壓暫降監測及其改進策略

廣東電網佛山順德供電局 左 婧

工業區電壓暫降監測及其改進策略

廣東電網佛山順德供電局 左 婧

圍繞解決工業區存在的諧波和電壓暫降問題，以一個沖壓成型廠為例，闡述了電壓暫降給企業的生產帶來的危害。并提出利用FLUKE儀器來監測工業區電壓暫降的方法。最后，結合電網的實際情況，針對該地區提出降低諧波和電壓暫降影響造成損失的策略。

變頻器；跳閘；電能質量；諧波；電壓暫降

1.前言

隨電力工業誕生而存在的一個傳統問題，那就是電能質量。電力電子技術廣泛應用，家用電器普及，煉鋼電弧爐的發展等，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性引起電能質量的惡化，致使電網的諧波、三相不平衡、電壓波動和電壓閃變問題越來越嚴重。此外，暫態電能質量逐漸成為現代電網面臨的頭等電能質量問題，電力網絡中呈現出各種各樣的電磁暫態現象，如圖1所示。諸如電壓暫降、電壓瞬變等電能質量問題造成的用用設備工作異常甚至跳閘、停機等情況越來越多，已經成為目前電網不可忽略的問題。電能質量已成為人們日益關注的話題。

而另外一個方面，計算機的普及、IT產業的發展、微電子控制技術應用導致對電能質量要求越來越高。這些方面需要工廠和供電部門雙方共同的努力才能得到良好的解決[1-2]，電力系統中的電磁暫態現象如圖1所示。

2.電壓暫降及常見故障分析

電壓暫降(Voltage sag)，又稱電壓驟降、電壓凹陷或電壓跌落，但國際上還沒有統一的定義。按照電氣與電子工程師協會IEEE標準中的電壓暫降的定義為[4]：供電系統中某點在工頻條件下電壓突然將抵達到額定電壓值的0.1-0.9，并且在隨后10ms-1min的短暫持續期后恢復到電壓的正常值。IEC標準中電壓暫降稱為Voltage Dip，其將電壓暫降定義為電壓有效值下降到電壓額定值的1%-90%，這一點和IEEE的標準中電壓下降到額定電壓的10%-90%是不一樣的。在電壓暫降的分析中，最為關注的是3個主要特征參數:電壓暫降幅值、持續時間、相位跳變。

電壓暫降常常會引起變速驅動裝置（ASD）跳閘、程序邏輯控制器（PLC）損壞、各種數字式自動控制裝置誤動、計算機系統失常，數據丟失；導致相關加工生產線(例如塑料、玻璃、石化、紡織、造紙、半導體以及橡膠等)停頓，大型場所照明失電(例如鏑燈，燈滅后需冷卻好幾分鐘后才能啟動)等等，變壓器母線接線圖如圖2所示。

以江門某工業區內的自動沖壓成型廠為例，其變壓器母線接線圖如圖2所示。據工廠反映，該工業區的電力負荷以大功率沖壓機和電焊機為主，在每個工作日的早晨9至10點鐘，從工廠的進線電壓表來看，該表的指針隨著沖壓機床和電焊機的啟動而有規律的發生擺動，擺動的幅度有時達到10幾伏，如圖3所示。

受電壓暫降影響的設備：

該工廠受電壓暫降最嚴重的設備是全自動碰焊機。該專用碰焊機工作臺的結構如圖4和圖5所示：

該工廠廠的沖壓成型機和碰焊機基本上都是使用PLC來進行控制。一旦發生電壓暫降，主要受影響的就是這些控制設備和電器設備—特別是碰焊機：

圖1 電力系統中的電磁暫態現象

圖2 變壓器母線接線圖

圖3 電壓暫降事件

(1)當發生電壓暫降時，市網電壓降低，碰焊機的輸入電壓就降低，使得流入加工件表面的電流降低。當降低到一定程度時，就會使得加工出來的工件成為廢品，具體表現就是容易脫焊；

圖4 焊接零件及電阻示意圖

圖5 工作臺示意圖

圖6 FLUKE 435進行電壓暫降監測

(2)由于該碰焊機的整個加工過程是由PLC全自動控制，以及一系列的氣缸伺服電機等輔助設備。一旦出現電壓暫降，就會使得整個自動控制過程失控，嚴重時甚至損壞昂貴的碰焊機機械構件。

3.電壓暫降的監測方法

要想提高電能質量，消除電壓暫降，必須先得監測到究竟是哪些線路或者設備給整個供電系統帶來的危害，這樣才方便我們進行下一步的電能質量治理。本論文中，利用手持式電能質量監測設備FLUKE 435對工業區為用戶供電的10kV母線電壓和10kV饋線的電能質量進行全面測量，以確定在線設備的安裝地點。利用在線式電能質量監測設備，監測給用戶供電的10kV母線電壓和用戶線路電壓、電流情況，以了解當用戶發生電能質量事故時，站內的電能質量各項指標的信息。測量方法如圖6所示。

該沖壓成型廠廠用電共有電壓暫降事件27起：

編號 類型 振幅 持續時間 日期時間12 2 16.486v 0.020 Oct 12 2011 08:26:35.652 37 2 24.149v 0.040 Oct 15 2011 10:16:54.284 53 3 13.763v 0.040 Oct 16 2011 09:16:54.669 68 6 23.505v 0.340 Oct 16 2011 11:16:54.335

其中跌落深度最大的是事件37，跌落深度為24.149V，其中在該廠廠用變10KV側電壓暫降監測，如圖7所示，其中跌幅深度達1374.3V：

圖7 電壓暫降監測數據

從上面監測的數據可以看出，該廠8至10點鐘的電壓暫降已經十分嚴重，必須加裝提高電能質量的設備。

4.改善電壓暫降的措施

電壓暫降的發生一般有以下幾個原因：

(1)電網故障。據歷史記錄，發生事故有三種主要原因：

①過負荷導致過電流保護動作；

②雷擊線路，導致繼電保護動作；

③其它事故，如瓷瓶爆炸、樹枝壓導線和其它問題。

(2)用戶故障。用戶設備的故障，會導致線路跳閘；大功率設備在同一時刻同時頻繁啟動，不僅導致本廠出現嚴重的電壓暫降現象，而且會波及到同一條饋線上的其它的工廠廠甚至附近的所有企業。所以要減少電壓暫降對該沖壓成型廠的影響，必須從電網(供電局)和用戶(陶瓷廠)兩個方面來著手。

供電局采取措施：

(1)增強變電站10kV母線電壓控制能力。負荷較重時，母線的電壓偏低，一旦發生事故后，在同等的電壓下降幅度下，母線電壓更容易減低到允許值以下。所以在雷暴天氣的時候，預先抬高母線電壓，可以一定程度上克服電網其它地區的短路故障造成的電壓暫降的影響。

(2)平衡主變負荷。負荷越重，越容易受外部的干擾。

(3)電纜入地。據了解，工業園廠家的線路是6回線路同桿并架的架空線路供電。架空線路的可靠性較低：一是容易受天氣因素影響，例如雷擊、閃絡等發生；二是容易短路，特別是6回線路同桿并架，共有18跳線導線掛在同一根桿，一旦有彩帶和其它物體掛在線路上，很容易就造成相間短路；三是電焊和電鍍能耗大、污染大，架空線路的開關很容易就被腐蝕，一年就得換一次，可靠性低。為了提高可靠性，建議把架空線路改成鋪設在底下的電纜供電。鋪設地下電纜供電的好處：一是不會被雷擊，二是不受天氣的影響，三是可靠性高。

(4)為了提高變電站母線電壓，除了裝設足夠的電容器外，還需要配合有載調壓變壓器，并在當地的無功電壓的控制策略上加以相應的調整，例如加裝動態無功補償裝置。綜合諧波治理和無功補償。

5.結語

本文以某工業區中的沖壓成型廠為例，分析了電網發生電壓暫降的原因。提出利用FLUKE監測電壓暫降降低電壓暫降引起損失的措施。在綜合以上的分析的基礎上，提出了降低電壓暫降所帶來的損失的具體措施。電網方面可以采取諸如加強網架、減少架空線路比例和提高母線電壓等方法，用戶方面則應該修改設置、進行綜合的諧波治理和無功補償等多個措施。

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To solve the existing problem around industrial harmonic and voltage sag.A punch forming factory as an example，expounded the voltage sag to the harm of the production of the enterprise.And this paper put forward a method to monitor industrial zone of voltage sag by the FLUKE instruments.At last，by summarizing the above analysis and actual situation of the grid，strategies were proposed to improve harmonics and voltage sag in this area.

Voltage Sag；FLUKE；harmonics

左婧（1980—），女，山西長治人，現供職于廣東電網佛山順德供電局，主要從事電力管理工作。