配電系統電壓驟降特性分析與可靠性評估

鄒 韻

天津環通電子工程公司

配電系統電壓驟降特性分析與可靠性評估

鄒 韻

天津環通電子工程公司

隨著高新技術尤其是信息技術的飛速發展，基于計算機、微處理器以及調速驅動的管理、分析、檢測、控制的用電設備和各種電力電子設備在電力系統中大量投入使用，它們對電壓短時波動比一般機電設備更加敏感，對供電質量的要求更苛刻，因此以信息技術和其他高科技產業為代表的現代工業對傳統電力供應提出了新的挑戰，要求系統即使處于非穩態也要保證可靠、恒定的優質電力供應。

配電系統；電壓驟降；特性分析；可靠性評估

電壓驟降已成為影響許多設備尤其是電子類設備正常工作的重要因素，而且不同類型、甚至同類型但不同品牌的用電設備對電壓驟降的敏感度差異很大，這表明電壓驟降所造成的危害與設備自身的特性以及用戶的要求密切相關，因此如何消除或抑制電壓驟降的影響，需要供電方、設備制造方以及用戶的協力合作，共同解決。

1 引起電壓驟降的因素

當輸配電系統中發生短路故障、感應電機啟動與再加速、雷擊、開關操作、變壓器以及電容器的投切等事件時，均可引起電壓驟降。其中短路故障、感應電機啟動和雷擊是引起電壓驟降的最主要原因。

雷擊引起的絕緣子閃絡或線路對地放電會使保護裝置動作，從而導致供電電壓驟降。由于電力系統暴露在大自然中，在雷雨季節的多雨地區，極易受到干擾。這種驟降影響范圍大，持續時間一般超過100ms。

感應電機啟動時，將從電源汲取比正常工作時大很多的電流，其典型值為額定工作電流的5～6倍。啟動過程中，電機轉速上升達到額定值的時間一般約為幾秒鐘到1分鐘，在此之前，電機電流一直維持較大值。電機啟動引起的電壓驟降所持續的時間與電機的許多參數有關，其中，電機的慣性是最重要的參數之一。電氣轉矩與電壓的平方成正比，機械負荷轉矩與電氣轉矩的差決定了電機的加速度，進而決定了啟動加速的時間。在額定電壓下，在大多數啟動過程中都可假設機械負荷轉矩為電氣轉矩的一半。當電壓降低時，電氣轉矩與機械負荷轉矩之間的差，即加速轉矩也將降低，這將導致較長的加速時間，從而也使電壓驟降的持續時間較長。但這種電壓驟降程度較小，不會對用戶造成嚴重的影響。通過采取適當的措施，可有效消除電機啟動所引起的驟降的不利影響。

與輸電相關的電壓驟降其持續時間要比配電電壓驟降要更加穩定。因為輸電故障都可以盡可能的清除掉，從故障發生到斷路器動作通常為3～6個周波。而通常發生輸電系統故障時用戶不會經受電壓間斷，因為配電系統是輻射狀的，而輸電系統為環狀或是網狀的，這樣當其中的一根線路故障無法正常供電時，剩余的系統仍可以為負荷供電。

變電站中其中一條饋線出現故障會造成其它所有饋線上的不同程度的電壓驟降，而這些饋線上的用戶也會遭受相同的電壓驟降。即使是用戶自身出現故障時也會造成類似的遠距離故障清除電壓驟降的現象。只有當故障被清除才會恢復正常供電。驟降的程度取決于與故障點間的距離等因素。在這些引起電壓驟降的因素中，感應電機啟動及三相短路故障會造成平衡電壓驟降，而雷擊、變壓器及開關投切、單相接地故障、相間故障和兩相接地故障引起的為不平衡電壓驟降。感應電機造成的驟降影響并不會很嚴重，本文中主要討論短路故障所引起的各種電壓驟降類型。

2 配電網可靠性評估方法

隨著我國電網建設的發展，配電系統的可靠性評估顯得日益重要，據電力公司估計，大約80%的用戶故障屬于配電系統故障，近年來，由于電力供需矛盾的日益突出，供電可靠性在電力工業領域越來越受到重視。在工業發達國家，可靠性評估已經成為配電系統規劃決策的一項常規性工作。中國電力百科全書對電力系統可靠性準則的定義是：“在規劃設計或運行中為使發電和輸配電系統達到所要求的可靠度所必須滿足的指標、條件或規定。”電力系統可靠性準則的應用范圍為發電系統、輸電系統、發輸電合成系統和配電系統的規劃、設計、運行和維修工作。配電系統規劃使用可靠性準則的目的，總體而言是要在合理投資的限度內減少未來用戶的停電事件和損失。由此可知，不同地理、氣候、社會環境和不同經濟條件的國家或地區，可靠性的考核標準存在一定的差異。

配電系統可靠性的評估算法可分為兩大類：解析法和模擬法。解析法是利用故障枚舉進行狀態的選擇和估計，建立比較嚴格的數學物理模型來計算可靠性指標，包括狀態空間法，近似法和故障樹等。其優點是概念清晰，模型精度高，缺點是計算量隨著規模的增大而急劇增加，且不易處理相關事件。而模擬法是通過對元件的概率分布采樣來進行狀態的選擇和估計，是利用統計學的方法得到可靠性指標，它非常適合進行復雜電力系統的可靠性計算，只是其計算精度受到各種因素的限制。這種概率性的指標在處理以下問題時，往往不能完全說明問題：

(1)負荷預測存在大量不確定性因素影響時；

(2)增加比已有元件容量大的新元件時；

(3)電網元件的可靠性指標非常接近于1時，如負荷密度大的短饋線電網；

(4)考察非常稀少，但可能導致電網崩潰的多重事件時。遇到這類情況，就需要用確定性的方法進行分析研究，也可以用概率性的方法研究，但必須用確定性的方法加以補充驗證。本論文研究的是計及電壓驟降的配電網的可靠性問題，由于配電網的分支線都很短，所連接的負荷各類用電設備的組成也不是一定的，因此，我們用確定性的方法加以研究。

結論

總而言之，引起電壓驟降的問題是多種多樣的，而像由雷擊引起的電壓驟降甚至是供電中斷，又是非人為的。定制電力的實現，這將預示著不僅僅是電力公司的責任。優質優電，對電能有特殊需求的用戶，就應當承擔相應的電費；而對那些對公用電網造成危害的用戶，就應當承受相應的處罰。解決電壓驟降所帶來的問題，關鍵在于電力部門、電力用戶、設備制造商之間的密切配合。為了更好地保護各方的利益，制定相應的標準、政策、法律，明確各方的責任、權利和義務對解決問題非常重要。

[1] 楊洪耕，肖先勇，劉俊勇.電能質量問題的研究和技術發展(一).電力自動化設備，2003，23(12)：1-4.

[2] 韓英鐸，嚴干貴，姜齊榮，等.信息電力與FACTS及DFACTS技術，電力系統及其自動化，2000年10月：332-337.