大范圍電壓暫降綜合防治措施

陳欣暉

【摘 要】隨著工業技術和社會經濟的發展，各種電能質量敏感型電力電子設備在工業生產中得到了廣泛應用，電力用戶對電力系統的供電可靠性及電能質量提出了更高的要求，尤其是由電壓暫降引起的電能質量問題逐漸成為人們關注的焦點。本文分別從電力部門、用電用戶、設備制造商三個主體角度提出包括減少故障數目、縮短故障清除時間、改變供電方式、配置緩解設備、調整設備技術參數等在內大范圍電壓暫降綜合防治措施。

【關鍵詞】電壓暫降;綜合防治;電力部分;用電用戶;設備制造商

1前言

現代工業設備趨于集成化和精密化，以CPU、微電子、電力電子、數字化和信息化技術為核心的高科技精密設備，對電壓暫降非常敏感[1]。而經過40年的發展，東莞地區已形成了以通信設備、計算機及其他電子設備制造業，電氣機械及器材制造業，塑料及塑膠制品業，金屬制品業等行業為代表的10大支柱行業，其中大部分行業都大規模使用到電壓暫降敏感設備。一旦發生大范圍電壓暫降事件，將很可能會造成大量設備無法正常工作，從而帶來巨大的經濟損失。因此進行東莞電網電壓暫降防治研究的意義尤為突出。

2大范圍電壓暫降分析

產生電壓暫降的原因有很多。電網側產生電壓暫降的原因包括各種短路故障、雷擊、變壓器以及電容器組的投切等;用戶側產生電壓暫降原因包括用戶內部短路、大型感應電機啟動、電弧爐以及軋鋼機等沖擊性負荷的投運等[2]。

電壓暫降的發生有時難以避免，但可以通過技術手段減弱其帶來的影響。和其他電能質量問題相似，電壓暫降不僅僅是電網側的問題，解決電壓暫降問題需要供電企業及電力用戶甚至是設備制造商的通力合作。根據電壓暫降的起因、檢測及其對用電設備的影響，綜合防治電壓暫降的措施主要包括以下幾個方面：

（1）減小故障數目，縮短故障切除時間;

（2）改變系統設計，使得短路故障發生時用戶設備處的電壓擾動最小;

（3）在供電網絡與用戶設備之間加裝緩解設備;

（4）提高用電設備對電能質量問題的抵御能力。

3電力部門電壓暫降防治措施

3.1減少故障數目

減少故障數目是提高供電質量最顯而易見的方法，許多電力部門都已盡最大努力來減少故障發生的頻度，但仍有改進的余地，可以采取以下一些減少故障的措施或方法：

（1）架空線入地。采用電纜線路送電，能大大減少電壓暫降和供電中斷的概率，故障率比架空線少一個數量級，但出現問題時維修時間要長得多。

（2）架空線外加絕緣。通常架空線為裸導體，采用外絕緣層包覆雖不一定充分絕緣，但運行實例表明，已能十分有有效地降低故障率。

（3）對剪樹作業嚴加管理。電線和樹枝之間的接觸是導致短路的一個重要原因。

（4）架設附加的屏蔽導線。架設一兩根屏蔽導線可有效減少因雷擊造成的事件。

（5）增加絕緣水平。許多短路的發生是由過電壓或絕緣老化造成的。

需要強調，上述措施的實施代價可能很高，因此，應當通過全面衡量用電設備跳閘與各種提高電能質量措施之間的經濟利益關系，來確定合理的方案。

3.2縮短故障清除時間

縮短故障清除時間雖然不能減少電壓暫降發生的次數，但卻能明顯地減少電壓暫降的深度及持續時間。

縮短故障清除時間最有效的措施是應用有限流作用的熔斷器。這種熔斷器能夠在半個周期內清除故障，使得電壓暫降的持續時間很少超過1個周波。

為了能夠顯著減少縮短故障清除時間，采用快速斷路器特別是靜態斷路器，能夠很有效地縮小分級區域，即適當犧牲一些選擇性，縮短故障清除時間。

此外，固態開關是一種近年來國際上許多重要電氣制造商積極開發的基于電力電子技術的無機械觸點的開關，已顯示出能夠運行在較高電壓水平的潛力，如用于無功補償設備的投切、供電回路的投切等。

在保護類型方面，速動后備保護也是輸電系統中縮短故障消除時間的少數有效方法之一。

3.3改變供電方式

下面列出了幾種通過改變供電方式緩解電壓暫降的具體措施：

（1）在敏感負荷附近裝設一臺電源。該電源將在遠距離故障引起的電壓暫降期間保持電壓水平。隨著分散技術的發展，以及燃料電池技術、小型透平熱電聯產技術等的實用化，敏感負荷附近裝設電源設備成為一種可行的方案。

（2）采用母線分段或多設配電站的方法來限制同一回供電母線上的饋線數。

（3）對于高度敏感負荷，可以考慮由兩個或更多電源供電。引入新的供電回路會增加電壓暫降發生的次數，但減小電壓暫降的幅度。

采用這類方法時，電壓質量的改善是通過增加更多的線路及配電設備達到的，因而一般都需要經過投資與效益的權衡。這種方法通常僅適用于對供電質量要求高的工業和商業用戶。

4電力用戶電壓暫降防治措施

在電力用戶側，應用最普遍的緩解電壓瞬變的方法，是在供電系統與用電設備的接口處安裝附加設備[3]。

如采用不間斷電源（UPS）是解決供電中斷的有效方法，同時也能抑制電壓暫降。當UPS采用在線方式時，暫降就從本質上得到抑制。采用后備方式時，只要轉換速度足夠快（采用快速固態開關，切換時間可控制在10ms內），電壓暫降幾乎不會對設備造成影響。

又比如采用串聯型設備動態電壓調節器（DVR）。由于DVR裝置只補償系統電壓中因干擾而缺失的部分，無需承擔負荷所需的全部電壓，因此與UPS相比容量可以更小，通常只需負荷容量的1/5～1/3，造價可以大大降低。

還可以采用并聯型設備靜止無功補償器SVC，靜止同步補償器DSTATCOM;串并聯型設備統一電能質量控制器UPQC。

此外，儲能電池、超導儲能等也可用于電壓暫降治理。

5設備制造商電壓暫降防治措施

提高用電設備的抗擾能力，是解決由于電壓暫降引起設備跳閘的最有效的方法，但作為快速解決問題的方案卻常常不合適。只對于部分大型設備，用戶才有可能依據現場電能質量的水平，提出電能質量擾動抵御能力的要求。

提高用電設備抗擾能力的方法主要有如下幾種：

（1）給計算機、控制設備等單相、低功率設備內部的直流線路裝設更多的電容，將有效延長設備所能承受電壓暫降的最長時間。

（2）采用寬范圍DC/DC變換器。這樣，即使供電電壓降得很低，設備仍然能夠正常工作。

（3）對電壓暫降非常敏感的設備之一是變頻調速裝置。為了使變頻器承受三相故障引起的電壓暫降，需要對換流器或整流器及其控制方法作相應的改進。

（4）提高直流調速傳動的抵御能力很困難，因為發生電壓暫降時，電樞電流從而轉矩下降的非常快。緩解的方法將在很大程度上取決于驅動負載的特性。

（5）為用戶提供設備抵御電壓暫降能力的信息。可能的情況下，有關抵御能力的參數應包含在設備說明書中。

需要指明的是，就目前的狀況和水平來看，提高設備的電壓暫降抵御能力還有一定局限性。因此，只要電壓波動不會引起重大損失或導致危險情況發生就已滿足基本要求。

6結束語

目前，大范圍電壓暫降問題日益突出，防治電壓暫降問題的關鍵在于電力部門、電力用戶和設備制造商的密切合作，本文從這三個方面出發，給出了具體的防治措施，包括減少故障數目、縮短故障清除時間、改變供電方式、配置緩解設備（如：UPS、DVR）等。科學、有效地防治電壓暫降，有利于東莞電網安全穩定運行，對當前我國構建堅強智能電網而言具有重大現實意義。

參考文獻：

[1] 汪穎，周楊，肖先勇，等.電壓暫降問題研究現狀及面臨的挑戰[J].供用電，2018，35（2）：2-9.

[2] 肖湘寧.電能質量分析與控制[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3] 吳繼健.基于敏感用戶電壓暫降的綜合治理設備研發[D].上海交通大學，2015.

（作者單位：廣東電網有限責任公司東莞供電局）