电压暂降治理原理及其应用

龙礼文

随着国民经济的快速发展，各种以电力为能源基础的自动化设施设备广泛应用，电能质量问题已经受到越来越多电力用户和电力企业的关注，特别是对于一些重要负荷和对电能质量高度敏感的负荷来说，保证电能质量尤为重要。这其中电压暂降的危害日益凸显：一方面占比大，据有关部门的调查，92%以上的电能质量事件为电压暂降;另一方面后果严重：轻则造成生产中断，影响产品质量，重则损毁设备，危害人身安全。

在IEEE标准及国家标准《电能质量电压暂降与短时中断》（GB/T30137-2013）规定：电压暂降是指电力系统中某点工频电压有效值暂时降低至额定电压的10%～90%（即幅值为0.1～0.9（p.u）），并持续10ms～1min，此期间内系统频率仍为标称值，然后又恢复到正常水平的现象;电压暂降以剩余电压百分比为度量。

引起电压暂降主要是由于电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化（如大功率设备启动等）所引起的。包括：自然原因（雷击、闪电、暴雨、大风等）;电力系统原因（短路故障、大電机启动、线路切换等）;以及不可预知的偶然事件（交通事故、建筑施工造成输电线损坏等）。

造成电压暂降的原因复杂，治理措施应该从三方面着手：供电系统方、设备制造商、用户业主;三者需要共同合作，协作解决。作为末端用户，增强设备的看电压暂降能力是首选。

机场航站楼作为机场的核心建筑，处理旅客出发、到达等一乘机活动。具有建筑面积大，流程功能复杂，同时为了提升旅客感受，提供优质服务，广泛的使用各种自动化控制设备，这些设备包含对电压敏感的器件：如微处理器、PLC、电压脱口器、变频器等。据不完全统计，仅2019年1-8月，白云机场范围内共发生26起各种原因电压暂降。这些电压暂降事件对白云机场运行造成了一定影响：包括部分电梯停运、400Hz电源停运、行李分拣系统工作不正常等等。这些电压暂降一方面造成硬件损失，如：行李系统变频器损坏;另一方面增加机场人员维护工作量，大量设备如电梯和400Hz电源停运后需人工复位。更重要的是影响航班的正常性，给乘客带来了不良的候机体验，如：电梯停运把旅客困在电梯里、行李得不到及时分拣进而无法及时送上飞机、400Hz电源停运导致飞机供电中断等。

在2020年8月20日，受上级线路电压波动，造成廊桥电源大面积断电，据统计约有27条桥发生了因电压波动而造成廊桥电源保护失电，2020年8月21日，检测到某廊桥发生电压暂降，时长360ms，电网电压跌落至88.63%;2020年8月25日，7座登机桥检测到A相电压跌落，持续时间70ms左右。由于地面电源的电压暂降耐受度类似于变频器，耐受度较低，幅值低于80%，持续时间在15ms以上的电压暂降就会对其造成影响导致停机。

目前用户端的治理最普遍也是比较推荐的治理电压暂降的措施是在供电系统与用户设备之间加装补偿装置，常见的补偿装置包括：不间断电源（UPS—Uninterruptible Power Supply）、固态切换开关（SSTS—Solid State Transfer Switch）、动态电压恢复器（DVR—Dynamic Voltage Restorer）、直流型暂降治理设备（VSP）等等。

根据调研，国内机场普边受到电压暂降的影响，也各采取了一些措施：北部某机场对电压暂降问题引起足够重视，2011年就成立了课题组开展广泛研究，在行李分拣系统供电电源侧加装SSTS快切开关来进行试点治理，经测试，两路供电电源能实现5ms内快速切换，但最末端用电设备的电机仍然在电压暂降时断电停机。在电梯的主供电回路加装大容量电池组进行试点治理，效果也不理想，并增加了电池维护、更换的人力成本和设备成本等问题。

东部某机场机场受电网波动造成的影响主要有：航站楼大批自动扶梯和步道停机、行李系统停机、客桥系统停机、飞机引导装置失电、航显系统和BA控制系统重新启动、航站楼照明熄灭或闪烁、机坪高杆灯照明失电、变配电站（间）开关跳闸、办公电脑重启等。供电管理部门主要从缩短供电电源恢复时间、加强监管和应急联动等方面来提高响应的及时性。

国内其他机场都存在类似问题，目前主要通过人工恢复设备运行来应对，没有从根本解决问题。

按照确保重点、兼顾经济性、合理性要求，在统筹考虑各种治理方案的经济性和技术可行性后，白云机场选择了对部分重要的登机桥400Hz电源，行李分拣系统和关键流程的电梯进行了电压暂降改造，接入DVR进行保护。其工作原理是：

DVR装置串联在供电电源和受保护的负载之间，采用超级电容作为储能元件，它会持续监测输入侧电源电压，一旦发现供电电压偏离额定电压水平（±15%，可根据客户实际需求设置保护阈值），DVR装置会通过IGBT逆变器系统在毫秒级的时间内给负荷侧补偿适当的跌落电压，让负载侧恢复正常电压，确保受保护的负载不受电压变化的影响。

DVR主要特点包括响应速度快（响应时间<2ms ）、运行效率高（效率>99%）、100%深度补偿（单相、两相、三相跌落至0%均可保护设备3秒不停机）、模块化设计、可靠性高、安全性高、监控方便（集成物联网模块，手机电脑随时查看设备状态，能推送电压跌落信息至微信）等特点。

经过近大半年的运行，系统电压共波动20余次，DVR保护的设备发生电压暂降影响的数量为0，同时未受电压暂降保护的设备受到了不同程度的影响。在保护末端设备的同时DVR还带来另一个好处是：它能及时捕捉系统电压变化，通知运行人员根据预案，及时处理电压暂降事件，有效地提高电压暂降的处置效率。

综上所述，作为末端用户，选择在关键设备上使用DVR设备能有效地保护末端设备，确保关键设备的运行，提高电压暂降处置效率，进而保证了机场的安全和服务品质。