電壓暫降對敏感電氣設備影響及其改進措施

云南電網有限責任公司 況 華 云南電網有限責任公司電力科學研究院 覃日升 姜 訸

電壓暫降是供電電壓方均根值在短時間突然降到額定值的0.1～0.9p.u.且持續時間為10ms～1min 后回復正常的現象。電壓暫降事件是當期電能質量較為突出的問題。造成電壓暫降的主要原因有：客戶端電氣設備抗電壓暫降能力較差；發生山火、雷擊等不可抗拒事件引起供電線路發生短路故障等。

云南文山地區為雷電密集區，每年3、4月份雷擊造成較多的線路跳閘，其中35kV 及以下線路雷擊跳閘率為80%，110kV 線路雷擊跳閘率為26.66%，220kV 及以下線路雷擊跳閘率為80.95%。當線路發生雷擊造成供電線路接地故障時會造成故障點系統電壓暫降，傳到到用戶側時必然引起一定水平的電壓暫降。當前，多數工業生產用電戶廣泛應用了敏感電氣設備如變頻器、可編程控制器等。該類敏感電氣設備易受電壓暫降事件，造成脫網。本文將對文山地區典型的電壓暫降傳遞特性進行分析，得到大用電戶電氣設備脫網的原因，并給出改進措施。

1 電壓暫降相關規定要求

關于電壓暫降的特征指標，國家及行業對電壓暫降事件提出了多項技術要求[1-2]：GB/T10137-2013《電能質量 電壓暫降與短時中斷》相關規定如下：不同的容限曲線對應不同的SARFI CURVE 指標，IT 類設備ITIC 電壓容忍曲線，包絡線范圍內具備一定的穿越能力：U ≤70%UN，t ≤20ms；70%UN

DL/T1648-2016《發電廠及變電站輔機變頻器高低電壓穿越技術規范》相關規定如下：變頻器瞬時低電壓穿越區。變頻器電源進線電壓幅值小于額定電壓、且大于或等于20%額定電壓，持續時間不大于0.5s 的電壓和時間區域；變頻器短時低電壓穿越區。變頻器電源進線電壓幅值小于額定電壓、且大于或等于60%額定電壓，持續時間不大于5s 的電壓和時間區域；變頻器持續低電壓穿越區。變頻器電源進線電壓幅值小于額定電壓、且大于或等于90%額定電壓，持續時間大于5s 的電壓和時間區域。說明：給出變頻器低電壓穿越能力要求。

根據以上標準可知，表征電壓暫降的特征量為有效值的偏移和電壓暫降持續的時間。常用衡量指標為SARFI 指數，主要用來統計電壓有效值低于相關的設備敏感曲線的概率，不同的SARFI 指數對應不同的敏感曲線，如SEMI 和ITIC 等。其中ITIC 曲線是目前評估暫態電能質量事件的一個主要依據。

2 文山地區電壓暫降特性及變頻器脫網案例分析

文山地區現有500kV 變電站1座、220kV 變電站14座，小水電機組眾多，但網架相對薄弱。本文以文山地區某敏感電氣設備用戶側的電壓暫降統計為例，分析用戶PCC 節點附件線路或相鄰高電壓等級發生電網故障引起的電壓暫降實際匯總（表1）。

表1 2019～2020年度文山地區典型用戶側電壓暫降一覽表

由表1可知，2019年1月至2020年5月文山馬關地區局部電網共發生電網故障35起，保護均可靠動作，快速切除故障，確保電網的安全穩定運行。發生的電壓暫態事件，引起電網電壓暫降傳遞到用戶側（110kV 母線）時，引起的電壓暫降共34起，其中殘余電壓大于0.8p.u.的22起、占比為62.85%，低于0.7p.u.的7起、占比為20%。

按照ITIC 曲線，將35起電壓暫降事件按照暫降幅值和持續時間繪入ITIC 曲線分布圖和變頻器低電壓穿越區域中，處于供電電壓容忍曲線范圍內占28起、占比為80%，如圖1所示；處于供電電壓容忍曲線范圍外的7起，如表1所示，占比為20%。按照變頻器低電壓穿越區域曲線劃分，處于變頻器低電壓穿越曲線外的31起、占比88.58%，處于變頻器低電壓穿越曲線外的4起、占比11.42%，如圖2所示。電壓暫降原因多為供電線路附近有雷擊、山火造成短路故障等引起，故障時繼電保護均可靠準確動作切除故障。

圖1 110kV 電壓暫降ITIC 圖分布

圖2 變頻器低電壓穿越區域

數據和標準分析表明，2019～2020年間有80%的原因在于大用戶側380V 側變頻器設備本身無法適應電壓暫降，有20%是由于電力系統遭受雷擊山火等因素導致的短路故障引起。

3 結論及建議

通過對文山供電局馬關片區網架、故障錄波數據分析，得到以下結論：

2019年3月至2020年4月間，典型用戶側共發生電壓暫降事件次數35起，按照IT 制造行業供電標準或變頻器低電壓穿越能力規定相關標準要求，80%變頻器或交流接觸器脫網原因在于用戶側380V 設備本身無法適應電壓暫降，20%是由于電力系統遭受雷擊山火等因素導致短路故障引起。

由典型敏感負荷設備典型容忍曲線和試驗數據可知，目前采用調整變頻器、交流接觸器定值和控制策略方法適應電壓暫降作用有限。建議：針對性地對敏感設備進行抗電壓暫降（晃電）的改造，提高敏感電氣設備抗晃電能力（如加裝抗晃電接觸器、變頻器直流母線電壓支持改造等，確保電氣設備的安全運行。