電壓暫降對電網負荷影響的研究

摘要：文章針對近年來深圳電網發生的數起線路故障引起電壓暫降，導致大量負荷因欠壓脫扣動作被切除的事件，分析電壓暫降的標準和影響，探討欠壓脫扣器的使用范圍和時間設定原則，提出減少電壓暫降的手段、合理使用欠壓脫扣器等建議降低電壓暫降對電網負荷的影響。

關鍵詞：電壓暫降；欠電壓；脫扣負荷

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0116-02

隨著現代科學技術的發展，各行業對電力的依賴程度越來越高，各種對電能質量異常敏感的用電設備得到廣泛應用。由于深圳地區負荷密集，當電網出現故障引起電壓暫降時，大量負荷因欠壓脫扣裝置動作而從電網剝離，影響供電可靠性和連續性，并進一步加劇電網的頻率波動和震蕩，對電網安全穩定造成巨大沖擊。為了減少電網事故發生時造成的負荷損失，確保電網安全、可靠、穩定運行，有必要開展電壓暫降對電網負荷影響的研究。

1 電網中電壓暫降

1.1 電壓暫降定義

在國家標準GB/T17626.11-2008中，“電壓暫降”定義為：“在電氣供電系統某一點上的電壓突然減少到低于規定的閾限，隨后經歷一段短暫的間隔恢復到正常值。”在歐洲供電電壓標準EN50160中對“電壓暫降”（supply voltage dip）的定義為：電壓突然減小到標稱電壓的1%～90%之間，隨后電壓在一個很短的時間內又恢復至正常電壓，通常電壓暫降持續的時間為10ms～1min。

1.2 電壓暫降的原因

無論供電系統的可靠性如何提高，輸配電網絡以及某些負荷仍會因不可預見的事件造成無法避免的電壓暫降。如輸變電設備短路故障、大型電機的啟動、雷擊導致保護動作、倒閘開關操作等原因都可能造成電網電壓暫降。電壓暫降大部分是由輸配電網絡用戶設備或公共輸配電系統故障所引起的，偶爾也會由于開關投入重負載或大型電機啟動所產生。大部分是隨機事件，是不可預期的，在時間和空間上的分布也很不規則。

2 欠壓脫扣器

2.1 欠壓脫扣器原理

欠壓脫扣器用來監視工作電壓的波動，其與開關電器組合在一起，當電網發生故障會使電壓下降，甚至緩慢下降至額定電壓的35%～70%范圍內，與開關電器組合一起的欠電壓脫扣器應動作，使電器斷開。零電壓（失壓）脫扣器的動作電壓范圍為額定電壓的10%～35%，是一種特殊型式的欠電壓脫扣器。當外施電源電壓低于欠電壓脫扣器額定電壓的35%時，欠電壓脫扣器應能防止斷路器閉合。當電源電壓等于或高于其額定電壓的85%時，欠電壓脫扣器應能保證斷路器能閉合。欠壓脫扣器可以在電網發生故障電壓暫降時快速切除用電設備，保證用戶自身設備安全。

2.2 欠壓脫扣器參數設置的相關規定

在民用建筑電氣設計規范JGJ16-2008 7.6.6中提及“當電壓下降或失壓以及隨后電壓恢復會對人員和財產造成危險時或電壓下降造成電氣裝置和用電設備的嚴重損壞時，應裝設欠電壓保護；當被保護用電設備的運行方式允許短暫斷電或短暫失壓而不出現危險時，欠電壓保護器可延時動作”，其未對動作電壓值和延時時間做限制性規定和定值要求。

2.3 典型的電壓暫降引起欠壓脫扣器動作造成負荷損失的案例

近年來深圳電網已發生數起因線路故障導致與其有電氣聯系的多個220kV片網出現電壓暫降、欠壓脫扣器動作切除大量負荷的案例，2009年6月110kV象圍線發生三相短路故障引起220kV象山網電壓劇烈下降，造成用戶側低壓斷路器的欠壓（失壓）脫扣裝置動作跳開低壓斷路器，從而導致系統負荷損失435MW。在對220kV象山站四臺主變供象山站10kV、110kV萬安站、110kV帝堂站、110kV福源站、110kV福永站#1主變、110kV九圍站、110kV王家站#2、3主變、110kV新橋站、110kV沙井站#1、#3變、110kV芙蓉站的負荷，全部用戶數與報裝容量、安裝有欠電壓脫扣器的用戶數與報裝容量、故障前后象山網負荷情況的統計，發現用戶中裝有欠壓脫扣器的報裝容量（1569632kVA）占總報裝容量（2547279kVA）的61.6%，而故障導致象山網負荷降低的比例為58.4%，與欠壓脫扣用戶所占比例基本一致，說明110kV象圍線故障時，象山網用戶側電壓基本已降低到額定電壓的70%以內甚至更低，達到欠壓脫扣器動作的閥值。而實際損失負荷比例與欠壓脫扣報裝比例略低，可能存在多種原因，欠壓脫扣用戶負載率比普通用戶負載率低，部分欠壓脫扣器裝有延時元件躲過了電壓暫降的時間等等，但并不影響該事件的分析。

3 電壓暫降對電網負荷的影響及建議

3.1 電壓暫降的影響

電網中出現電壓暫降會對用戶的敏感供電設備造成沖擊，損壞部分高精產品質量，但對傳統的照明、制冷、辦公等一般用電設備影響不大，根據欠電壓脫扣器的安裝使用可得如下三種情況：

3.1.1 退出欠電壓脫扣器。具有欠壓（失壓）脫扣功能的低壓斷路器一般不具備自動重合閘功能，跳閘后需要運行人員到現場操作合閘。對于退出欠電壓脫扣器的用電負荷，避免了由于誤跳閘及跳閘后不能及時重新合閘恢復供電等缺陷，避免了長時間停電，但出現電壓暫降時會對用戶設備和產品質量產生沖擊。

3.1.2 投入欠壓脫扣器，電壓暫降時瞬時跳閘。對于重要設備系統、精密儀表、電子器械等一旦發生低于70%的電壓暫降，斷路器立即跳開，既保護了這些對電能質量要求很高的設備，又防止在生產中出現次品。

3.1.3 投入欠壓脫扣器，裝設時間元件，延時跳閘。發生持續時間小于延時時間的電壓暫降時，斷路器不跳閘，而對于這些工廠的設備，一般應能承受短時的電壓暫降，所以設備不會損壞。當不經常的發生持續時間大于延時時間的電壓暫降時，斷路器跳開，保護了用戶設備。在設定的延時時間的電壓暫降期間，會導致部分廠家生產的產品出現次品。

3.2 建議

3.2.1 采取措施減少電壓暫降發生。雖然電壓暫降因其隨機性不可完全消除，但減少發生的頻次是能夠實現的。主要解決措施主要應從以下四個方面入手：提高設備抵御電壓暫降的能力；安裝電壓補償型裝置，保持電壓平穩；改變系統設計，重要敏感負荷避免接入到故障概率較高的線路；加強設備巡維降低故障率，縮短故障切除時間，減少電壓暫降影響。

3.2.2 合理使用欠電壓脫扣裝置。對于負荷為重要設備系統、精密儀表、電子器械等對電能質量要求非常高、短時的失壓也會影響設備正常運行的敏感設備，應投入欠電壓脫扣器，出現電壓暫降時瞬間切除用電設備，保證設備安全和產品質量。某些高壓線路經常出現大容量負荷投切、電壓波動較大，該線路所供的設備電壓暫降承受力強的一般性負荷，欠電壓脫扣裝置應退出，防止開關因電壓波動頻繁跳閘，或是投入零電壓脫扣器，保證供電連續性。對電能質量要求較高、但短時的電壓波動也不至于造成設備和人身危害的居民、商業、工業等負荷，應投入欠電壓脫扣裝置，應增加延時元件。按照深圳電網高壓線路保護裝置配置情況，高壓線路典型瞬間故障切除時間：500kV線路小于或等于100ms；220kV線路小于或等于120ms；110kV線路小于或等于700ms。而按深圳電網繼電保護整定原則，高壓線路重合閘時間：500kV線路為1000ms；220kV線路為800ms；110kV線路為1000～3000ms。重合閘動作時間較長若據此設定欠電壓脫扣時間則無法有效保護低壓設備，因此從電網故障方面考慮應躲開切除故障的最低時間，加上有效級差可以取800ms延時。但電磁兼容國家標準GB/T17626.11-2008中指出商用和公用環境中的用電設備，一般應能承受70%Ue，持續時間為0.5s的電壓暫降。若將欠電壓脫扣裝置延時時間設置在800ms，在超過500ms的電壓暫降時可能會導致用戶設備損壞，生產產品次品率明顯增加。因此綜合考慮電網故障切除時間和用電設備對電壓暫降的承受能力，可以將欠電壓脫扣器的延時時間設定為500ms。

4 結語

隨著高科技信息技術的普及，各行業對電力工業的技術參數和質量要求越來越高，如何保證供電質量，將電網負荷損失降至最低，是供電企業面對的巨大挑戰。本文針對深圳電網運行過程中出現的數起電網故障引起電壓暫降導致大量負荷脫扣的事件，探討分析電壓暫降引起欠壓脫扣器動作的影響，并查閱相關國家標準、行業標準以及大量資料，結合深圳地區的保護整定原則和負荷特性給出欠壓脫扣的投退建議和延時時間標準，對降低電壓暫降對負荷的影響、減少大面積欠壓脫扣對電網的沖擊、確保電網安全穩定具有一定的意義。

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作者簡介：白恒遠（1985—），男，遼寧人，供職于深圳供電局有限公司，研究方向：電力系統。