发电厂NCS系统220 kV母线电压暂降测试分析及故障排除

马智泉，卢嘉华，熊鸿韬

（1.浙江省电力试验研究院，杭州310014；2.浙江省分布式电源和微网重点实验室，杭州310014）

发电厂NCS系统220 kV母线电压暂降测试分析及故障排除

马智泉1，2，卢嘉华1，熊鸿韬1

（1.浙江省电力试验研究院，杭州310014；2.浙江省分布式电源和微网重点实验室，杭州310014）

阐述了IEC和IEEE国际标准关于电压暂降的测试方法和SARFI等衡量指标，通过分析某发电厂NCS系统出现220 kV母线电压暂降的问题，提出了使用电能质量分析仪和故障录波仪测试分析该现象的方法。

NCS；电压暂降；SARFI；测试分析

电压暂降（Voltage Dip）是配电系统中最常见的一种电压扰动，无论供电系统的可靠性如何提高，输/配电网络中都会出现电压暂降情况，如各种短路故障、大型电机的启动、雷击致使保护动作、倒闸开关操作、变压器及电容器的投切、轧钢机等冲击性负荷的投切等，都可能造成电压暂降。

1 电压暂降的定义及危害

电压暂降是暂态电能指标的重要组成部分，对系统中的每个用户都有不同程度的影响。IEEE Std 1159-1992标准对电压暂降的定义为：供电电压有效值突然降至额定电压的90%～10%，持续时间为10 ms～60 s，然后又恢复至正常电压。国际电工委员会（IEC）把电压暂降的电压下降幅值定义为额定值的1%～90%，而持续时间相同[1-4]。

易受电压暂降影响的主要是对电压波动敏感的负荷，如精密电子控制系统、过程控制PLC、调速电机等，单台设备的作业中断也可能导致整个流水线甚至全厂作业中断，造成巨大损失。目前省内受用户投诉较多的电能质量问题主要为电压跌落引起用电设备异常，其中包括接触器、感应电机、变频器等[5]。

2 电压暂降的监测

根据IEC 61000-4-30标准的要求，电压骤降事件检测采用每半周期（10 ms）刷新电压有效值的方均根值Urms（1/2），即从基波的过零点开始，每半个周期更新、测量一次得到上述电压值。

在单相系统或多相系统中，当某一通道电压有效值Urms降低到暂降阈值以下时，记作电压暂降的开始；当电压上升到等于或大于暂降阈值与迟滞电压之和时，记作电压暂降结束。暂降阈值表示为额定电压Udin或滑模参考电压Usr的百分比。在故障检修或统计分析中，暂降阈值通常为固定参考电压的85%～90%。电压暂降的持续时间是指从电压暂降起始到结束所用的时间。

发生电压暂降时，记录事件的发生时刻、暂降幅值和持续时间，并做电压事件标记。对于单个观测地点，暂降事件要统计幅值、持续时间和发生次数。电压暂降的特征值包括残余电压（Ures）或深度、持续时间，残余电压为暂降过程中任一通道上测得的最低Urms值，深度是指参考电压和残余电压之间的差值，通常用参考电压的百分比来表示。

3 电压暂降的衡量指标

电压暂降监测和评估的步骤如图1所示，分为5个步骤。在捕获电压暂降事件后，首先计算单次电压暂降的特征值，然后统计单个观测点的多次事件，最后分析整个系统的骤降指标[6]。

3.1 单次事件的电压暂降指标[7]

（1）暂降能量指标EVS由剩余电压V及持续时间T计算。

（2）三相系统单次电压暂降事件的能量损失，用W表示：

（3）单次电压暂降事件的严重度指标用Se表示。该指标与设备标准敏感曲线有关。Vref（T）指在参考曲线上具有相同持续时间的时间幅值，通常采用的曲线有CBEMA，ITIC，SEMI。

3.2 观测点电压暂降指标

观测点的电压骤降指标通常采用SARFI指标（System Average RMS Rrequency Index）[8]。SARFI指标有两种常见的表达形式：SARFIV%指标统计电压有效值低于阈值V的概率（见表1）；SARFIcurve则是针对某一设备敏感曲线的统计指数。

SARFIV%是发生在评估周期每个用户特定均方根值变化的平均次数。Ni为观测区域内低于阈值电压的用户数，NT为观测区域内用户总数。

3.3 系统骤降指标

在前述单个事件EVS计算的基础上，对多观测点的电压暂降指标进行加权平均，得到平均骤降能量指标AVSEI。

4 电压暂降的测试方案设计

2011年某发电厂网络监控系统（Network Control System，简称NCS系统）显示，220 kVⅢ段母线多次发生电压暂降，检查二次回路并更换变送器后，问题依然存在。由于电压暂降反复出现且难以排查，电厂技术人员认为是附近大型钢铁厂的用电情况导致电能质量恶化，干扰了NCS测量。由于电压暂降可能会影响电厂设备的安全及电压合格率考核，应电厂的要求，对变送器输入、输出电压，220 kV母线Ⅲ段TV二次侧进行电能质量测试，并对现象进行了分析。

（1）信息的收集及初步分析，了解基本背景情况。

除了电厂工作人员在NCS系统上发现电压暂降之外，近期内电厂及附近用户均无大型电机跳机、负荷停止工作的反馈汇报，据此可以初步推断，需要重点检查NCS系统的信号回路，故障可能为电源异常、电压互感器设备缺陷、线路接触不良等。试验方案的核心是通过现场测试来确定电厂是否真实存在电压骤降现象。

NCS系统的信息来源为模拟式电压变送器FPVX，输入信号为TV二次侧电压，输出信号为0～5 V模拟直流量，精度为0.2%。

（2）方案制定和仪器选择。

为排查原因，对NCS系统电压信号回路的几个关键节点进行监测：TV二次侧电压信号、FPVX型电压传感器的输入电压（交流信号）、FPVX型电压传感器的输出电压（直流信号）。现场测点位置如图2所示。

TV二次侧电压信号测量选用电能质量分析仪Fluke 1760，可以记录母线电压的谐波、不平衡、波动闪变等各项电能质量数据，并且可以依据IEC 6100-4-30标准A级的要求记录电压暂降、骤升、中断等电压事件。仪器现场设置了电压暂降触发，当10 ms内电压变化量达12.7 kV（220 kV/×10%=12.7 kV）时，电能质量分析仪产生有效值触发并记录电压有效值数据。

FPVX的输入、输出信号测试采用NICOLET VISION多通道数据采集录波仪，其16个通道使用独立且隔离的16位100 kS/s数字采集电路。因持续录波模式的测试数据量非常大，所以仪器设置为触发记录模式，触发方式为：FPVX输入侧斜率变化触发为10 ms内变化5 V；FPVX输出侧斜率变化触发为10 ms内变化0.25 V（5 V×5%）。为了能更大范围地捕捉电压变化事件，该仪器设置了比电能质量分析仪更低的触发阈值。

（3）测试现场及工况。

在2011年2月23日-3月28日的测试期间，电厂220 kV母线Ⅲ段正、副母线合母运行，电厂发电机正常运行。

5 测试数据分析及问题排查

（1）220 kV母线谐波电能质量的分析。统计时间为2011年2月23日-3月31日，测试数据显示谐波电压总畸变率为1.23%，低于国家标准规定的2.0%限制值，各次谐波电压含有率均未超标。其中主导谐波5次谐波畸变率0.46%，25次谐波畸变率0.55%，均低于国家标准规定的1.60%限制值。

据此可以说明220 kV母线的谐波水平在国家标准的允许范围内。发电厂技术人员认为的临近用户引起谐波指标恶化的情况并不严重。

测试期间，Fluke1760电能质量分析仪未记录到电压暂降事件，说明发电厂一次设备正常，并且TV二次侧电压信号正常。

（2）电压暂降现象的判断。Fluke 1760电能质量分析仪未检测到电压暂降事件，但FPVX录波仪检测到了电压暂降信号。

录波器监测到正、副母线电压变送器的输出电压共有4次同时发生暂降现象，分别是2月28日发生2次，3月2日和3月16日各1次（见表2）。3月2日，正、副母线电压变送器的输出电压发生电压暂降时，NCS系统上记录到与正、副母线电压变送器同一屏柜上的频率变送器，以及半崇2421、半贤2422、半钢1181、丁桥1187、永宁1186线等功率变送器输出也几乎同时发生突变，而此时正、副母线电压变送器的输入电压信号却无异常，Fluke1760分析仪监测的220 kV母线TV二次侧电压也未发现电压暂降。

其余3次电压骤降发生时也有类似情况，据此分析该现象的原因为：变送器工作电源回路出现短时失电而引起各变送器输出异常，同时同屏柜其他变送器也出现异常，基本可确认变送器的电源回路存在接触不良。

（3）问题的解决。检查变送器屏柜的电源回路发现：电源回路的供电电源为UPS，但是电源电缆经过了数个电源插座，插座质量不佳且外观明显老化。更换电源线路后，NCS系统上再未发生电压暂降现象。

6 结语

采用故障录波仪和电能质量分析仪测试电压暂降，通过分析现场测试数据，并根据测试结果排查NCS监测系统缺陷，能有效解决电压暂降的问题，满足了发电厂对220 kV母线电压合格率的考核要求。

[1]IEEE P1564_00_14，Voltage Sag Indices-Draft 1.1[S]. 2000.

[2]IEC 61000-2-8 Voltage Dips and Short Interruptions on Public Electric Power Supply Systems with Statistical Measurement Results[S].Draft Technical Report，2002.

[3]IEC 61000-4-11，Voltage Dips Short Interruptions and Voltage Variations Immunity Tests[S].Voltage Sag Indices Draft 2，Working Document for IEEE.2001.

[4]陶顺，肖湘宁．电压暂降对配电系统可靠性影响及其评估指标的研究[J]．中国电机工程学报，2005，25（21）∶63 -69.

[5]林焱，吴丹岳，章雪萌，等．电压暂降指标的探讨[J]．电力系统保护与控制，2010，34（3）∶147-152.

[6]DUGEN R C，MCGRANAGHAN F，SANTOSO S，et al. Electrical Power System Quality，Second Edition[M].2002.

[7]杨耿煌，付春，温渤婴．单节点电能质量评价中的短时间电压变动分析[J]．现代电力，2006，23（3）∶31-35．

[8]王雪飞．暂态电能质量评估指数[J]．华东电力，2007，35（4）∶99-101．

（本文编辑：徐晗）

Test Analysis and Troubleshooting of 220 kV Bus Voltage Dip in Network Control System of Power Plant

MA Zhi-quan1，2，LU Jia-hua1，XIONG Hong-tao1
（1.Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Zhejiang Key Laboratory of Advanced Technology for Distributed Generation and Micro-Grid，Hangzhou 310014，China）

This paper describes the test method of voltage dip in international standards of IEC and IEEE and indexes such as SARFI.Through the analysis on a problem of 220 kV bus voltage dip in Network Control System（NCS）of a power plant,it proposes a method of test and analysis using the power quality analyzer and fault recorder.

network control system；voltage dip；SARFI；test and analysis

TM855＋.2

：B

：1007-1881（2012）04-0036-04

2011-12-19

马智泉（1983-），男，广西崇左人，工程师，从事电能质量测试及评价工作。