大范围电压暂降综合防治措施

陈欣晖

【摘 要】随着工业技术和社会经济的发展，各种电能质量敏感型电力电子设备在工业生产中得到了广泛应用，电力用户对电力系统的供电可靠性及电能质量提出了更高的要求，尤其是由电压暂降引起的电能质量问题逐渐成为人们关注的焦点。本文分别从电力部门、用电用户、设备制造商三个主体角度提出包括减少故障数目、缩短故障清除时间、改变供电方式、配置缓解设备、调整设备技术参数等在内大范围电压暂降综合防治措施。

【关键词】电压暂降;综合防治;电力部分;用电用户;设备制造商

1前言

现代工业设备趋于集成化和精密化，以CPU、微电子、电力电子、数字化和信息化技术为核心的高科技精密设备，对电压暂降非常敏感[1]。而经过40年的发展，东莞地区已形成了以通信设备、计算机及其他电子设备制造业，电气机械及器材制造业，塑料及塑胶制品业，金属制品业等行业为代表的10大支柱行业，其中大部分行业都大规模使用到电压暂降敏感设备。一旦发生大范围电压暂降事件，将很可能会造成大量设备无法正常工作，从而带来巨大的经济损失。因此进行东莞电网电压暂降防治研究的意义尤为突出。

2大范围电压暂降分析

产生电压暂降的原因有很多。电网侧产生电压暂降的原因包括各种短路故障、雷击、变压器以及电容器组的投切等;用户侧产生电压暂降原因包括用户内部短路、大型感应电机启动、电弧炉以及轧钢机等冲击性负荷的投运等[2]。

电压暂降的发生有时难以避免，但可以通过技术手段减弱其带来的影响。和其他电能质量问题相似，电压暂降不仅仅是电网侧的问题，解决电压暂降问题需要供电企业及电力用户甚至是设备制造商的通力合作。根据电压暂降的起因、检测及其对用电设备的影响，综合防治电压暂降的措施主要包括以下几个方面：

（1）减小故障数目，缩短故障切除时间;

（2）改变系统设计，使得短路故障发生时用户设备处的电压扰动最小;

（3）在供电网络与用户设备之间加装缓解设备;

（4）提高用电设备对电能质量问题的抵御能力。

3电力部门电压暂降防治措施

3.1减少故障数目

减少故障数目是提高供电质量最显而易见的方法，许多电力部门都已尽最大努力来减少故障发生的频度，但仍有改进的余地，可以采取以下一些减少故障的措施或方法：

（1）架空线入地。采用电缆线路送电，能大大减少电压暂降和供电中断的概率，故障率比架空线少一个数量级，但出现问题时维修时间要长得多。

（2）架空线外加绝缘。通常架空线为裸导体，采用外绝缘层包覆虽不一定充分绝缘，但运行实例表明，已能十分有有效地降低故障率。

（3）对剪树作业严加管理。电线和树枝之间的接触是导致短路的一个重要原因。

（4）架设附加的屏蔽导线。架设一两根屏蔽导线可有效减少因雷击造成的事件。

（5）增加绝缘水平。许多短路的发生是由过电压或绝缘老化造成的。

需要强调，上述措施的实施代价可能很高，因此，应当通过全面衡量用电设备跳闸与各种提高电能质量措施之间的经济利益关系，来确定合理的方案。

3.2缩短故障清除时间

缩短故障清除时间虽然不能减少电压暂降发生的次数，但却能明显地减少电压暂降的深度及持续时间。

缩短故障清除時间最有效的措施是应用有限流作用的熔断器。这种熔断器能够在半个周期内清除故障，使得电压暂降的持续时间很少超过1个周波。

为了能够显著减少缩短故障清除时间，采用快速断路器特别是静态断路器，能够很有效地缩小分级区域，即适当牺牲一些选择性，缩短故障清除时间。

此外，固态开关是一种近年来国际上许多重要电气制造商积极开发的基于电力电子技术的无机械触点的开关，已显示出能够运行在较高电压水平的潜力，如用于无功补偿设备的投切、供电回路的投切等。

在保护类型方面，速动后备保护也是输电系统中缩短故障消除时间的少数有效方法之一。

3.3改变供电方式

下面列出了几种通过改变供电方式缓解电压暂降的具体措施：

（1）在敏感负荷附近装设一台电源。该电源将在远距离故障引起的电压暂降期间保持电压水平。随着分散技术的发展，以及燃料电池技术、小型透平热电联产技术等的实用化，敏感负荷附近装设电源设备成为一种可行的方案。

（2）采用母线分段或多设配电站的方法来限制同一回供电母线上的馈线数。

（3）对于高度敏感负荷，可以考虑由两个或更多电源供电。引入新的供电回路会增加电压暂降发生的次数，但减小电压暂降的幅度。

采用这类方法时，电压质量的改善是通过增加更多的线路及配电设备达到的，因而一般都需要经过投资与效益的权衡。这种方法通常仅适用于对供电质量要求高的工业和商业用户。

4电力用户电压暂降防治措施

在电力用户侧，应用最普遍的缓解电压瞬变的方法，是在供电系统与用电设备的接口处安装附加设备[3]。

如采用不间断电源（UPS）是解决供电中断的有效方法，同时也能抑制电压暂降。当UPS采用在线方式时，暂降就从本质上得到抑制。采用后备方式时，只要转换速度足够快（采用快速固态开关，切换时间可控制在10ms内），电压暂降几乎不会对设备造成影响。

又比如采用串联型设备动态电压调节器（DVR）。由于DVR装置只补偿系统电压中因干扰而缺失的部分，无需承担负荷所需的全部电压，因此与UPS相比容量可以更小，通常只需负荷容量的1/5～1/3，造价可以大大降低。

还可以采用并联型设备静止无功补偿器SVC，静止同步补偿器DSTATCOM;串并联型设备统一电能质量控制器UPQC。

此外，储能电池、超导储能等也可用于电压暂降治理。

5设备制造商电压暂降防治措施

提高用电设备的抗扰能力，是解决由于电压暂降引起设备跳闸的最有效的方法，但作为快速解决问题的方案却常常不合适。只对于部分大型设备，用户才有可能依据现场电能质量的水平，提出电能质量扰动抵御能力的要求。

提高用电设备抗扰能力的方法主要有如下几种：

（1）给计算机、控制设备等单相、低功率设备内部的直流线路装设更多的电容，将有效延长设备所能承受电压暂降的最长时间。

（2）采用宽范围DC/DC变换器。这样，即使供电电压降得很低，设备仍然能够正常工作。

（3）对电压暂降非常敏感的设备之一是变频调速装置。为了使变频器承受三相故障引起的电压暂降，需要对换流器或整流器及其控制方法作相应的改进。

（4）提高直流调速传动的抵御能力很困难，因为发生电压暂降时，电枢电流从而转矩下降的非常快。缓解的方法将在很大程度上取决于驱动负载的特性。

（5）为用户提供设备抵御电压暂降能力的信息。可能的情况下，有关抵御能力的参数应包含在设备说明书中。

需要指明的是，就目前的状况和水平来看，提高设备的电压暂降抵御能力还有一定局限性。因此，只要电压波动不会引起重大损失或导致危险情况发生就已满足基本要求。

6结束语

目前，大范围电压暂降问题日益突出，防治电压暂降问题的关键在于电力部门、电力用户和设备制造商的密切合作，本文从这三个方面出发，给出了具体的防治措施，包括减少故障数目、缩短故障清除时间、改变供电方式、配置缓解设备（如：UPS、DVR）等。科学、有效地防治电压暂降，有利于东莞电网安全稳定运行，对当前我国构建坚强智能电网而言具有重大现实意义。

参考文献：

[1] 汪颖，周杨，肖先勇，等.电压暂降问题研究现状及面临的挑战[J].供用电，2018，35（2）：2-9.

[2] 肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3] 吴继健.基于敏感用户电压暂降的综合治理设备研发[D].上海交通大学，2015.

（作者单位：广东电网有限责任公司东莞供电局）