电压骤降原因及防治

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一、什么是电压骤降

电压骤降也称电压暂降(voltage sag或voltage dip)是指供电电压有效值的突然下降或几乎完全损失,然后又回升至正常值附近。电压骤降一般采用保留电压和持续时间来说明。电压骤降在电气和电子工程师协会中的定义是,在电力供电系统中电压的工频有效值突然下降到了其额定值的10%-90%,并在随后短暂的1min中之内恢复正常的工作状态。图片

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电压骤降波形图

二、电压骤降的危害

1、对公共用户影响较小

电压骤降对许多用户特别是公共、民用建筑用户的影响很小,有的甚至觉察不出它的发生。由于发生的时间极短,需要在点网上安装一个专用监测仪表,否则很难判断电压骤降是否发生。

2、对IT及半导体产业影响较大

一些对电压骤降非常敏感的用户及设施 (例如:半导体行业、电子数控设备、变速传动的电动机装置、IT产业设备企业等)一旦发生电压骤降,带来的损失将是巨大的。

(1)、对信息产业造成巨大的影响
自动化控制装置的误动,计算机系统的失灵等。

(2)对敏感机械设备造成的危害对直流发电机的危害,当电压低于正常的 80%时就极有可能发生电路跳闸事故。

对于PLC控制器,每次电压骤降或电路短路都会造成控制程序紊乱现象发生。
对于变频调速器,当电压在120s内持续的低于70%时,就会被退出运行。

3已上升为最重要的电能质量问题

每次电压骤降或者电压波动都会国民经济少则10万-20万元的经济损失,多则达到上百万的经济损失。

对敏感用户而言90%以上的电能质量问题是出自于电压骤降带来的问题,因此电压骤降已被认为是影响此类用电设备正常、安全运行最主要的电能质量问题之一。

据统计,在欧洲和美国电力部门与用户对电压骤降的关注程度比对其他电能质量问题的关注程度要强得多。这其中一个重要的因素是,在有关电能质量的诸多原因中,由电压骤降引起的用户投诉占整个电能质量问题的投诉的80%以上,而由谐波、开关操作过电压等引起的电能质量问题投诉占不到20%。砖家们认为,电压骤降已上升为最重要的电能质量问题,成为信息社会对供电质量提出的新挑战。图片

三、电压骤降是无法避免的

1、再高供电可靠性也无法避免

造成电压骤降的原因很多,如电力系统遭受无法预期的雷击。动物、外物的误碰,狂风及其他自然环境因素引起的线路故障,以及电源故障切换所产生的现象等。 所有这些故障所引起的瞬问断电或电压骤降是目前电力系统仍无法完全避免的,电压骤降发生的几率远高于完全断电情况。据了解,国外的电力用户.特别是一些对电能质量要求比较高的企业,在遇到电压骤降问题的初期多要求电力公司能够提高供电可靠性。这一做法,大大增加了初期投资费用,然而电压骤降的问题却始终没法得到有效解决。以供电可靠性99.99999%(这是供电公司的终极目标吧,实际供电中要达到这么高的可靠性有一定难度),按照一年365天计算,每年累计停电时间仅为数秒。然而,尽管有如此高的可靠性,电压骤降每年仍可能会发生高达10次左右。虽然投资费用很大,但对电压骤降的抑制效果并不佳。

2、需不同治理方案多管齐下 

通过多年对电能质量问题(特别是电压骤降所带来的问题)进行全面调查分析,敏感电力用户开始认识到一味要求电力公司从供电侧提高供电可靠性对解决电压骤降意义并不大。从而逐步将焦点放到要求设备生产商提供的设备具有良好的抗电压骤降的性能,并力求从企业用户内部的敏感设备着手来解决电能骤降造成的影响。

通过不断研究及逐步加深对电能质量问题的认识,开始形成电能质量方面的国际标准和行业标准,统一约束电力公司,设备生产商和制造企业。图片

四、电压骤降的治理

1、不同方案的成本问题

从理论上来说,在任何一级设备上治理都可以改善电能质量,而花费的费用与时间却不同。下图所示为在不同层面上解决电压骤降所花费的成本。

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不同治理方案的成本

从图中可以看出,电压骤降从电力供应源头治理到整条生产线的治理、设备级的治理,再到设备控制级的治理,治理费用以数量级的比例下降。因此从治理成本及有效性来说,更提倡在设备末端进行治理,甚至是深入到设备内部的电气控制元器件处治埋。越是靠近末端进行治理,所花费成本越少,亦能达到同样的治理效果。

2、供电系统采取的措施

1、降低电压骤降发生的频率,减少电路故障排除的时间。减少电路故障排除的时间也就是减少电压骤降持续的时间,减少电压骤降对机器设备造成的影响,以此减少造成的经济损失。为了减少排除故障的时间,一般电路使用的是静态短路器和电流限流熔断器。
2、改变电路网络的系统设计,避免或降低电压扰动。这种措施主要是改变布线,使用特种的变压器,比如k型的变压器,提高设备的性能,导线加粗,针对敏感器材设备使用灵敏的防干扰保护措施,采用独立回线,降低接地的电阻,避雷器配置和参数进行改进等。

3、用户侧采取的措施

1、提高设备抵抗电压骤降的能力。使用电动机发电机组(MG),利用电动机的惯性当电压骤降发生时能够保持发电机的电压平稳,电路变压器使用磁谐振变压器(CVT),当电路电压骤降到正常电压的70%时其仍能够提供平稳的电压,唯一缺点是体积比普通的变压器稍大。
2、电路中安装电压补偿的装置。电路中安装电压补偿装置最典型的就是安装动态电压恢复器(DVR)和不间断电源(UPS)。UPS电网电压经过AC-DC逆变器输出直流电压,供给DC-AC逆变器,输出稳定的交流电压供给负载,同时,电网电压对储能电池充电。当电网欠压或突然掉电时,UPS电源开始工作,由储能电池供给负载所需电源,维持正常的生产。由于生产需要,当负载严重过载时,由电网电压经整流直接给负载供电UPS可以有效解决电压骤降及短时间供电中断等问题。另外,负荷的全部功率要通过UPS进行变换后提供,增加了系统损耗,降低了效率。
DVR将DVR串联在敏感负荷上,发生电压骤降时,带脉冲宽度调制功能的DC-AC逆变器会合成一个幅值、频率和波形受控的电压,经过串联的升压变压器将这个电压加到线路电压上,可以在1/4周期内对电压骤降做出反应,即将输出的电压升高到系统需要的电压水平。逆变器的PWM调制波的基准源为标准的正弦波,通过采集电压波形与标准波进行比较,能有效补偿电压谐波。提供电压提升的能量是由直流电容器供给的。
DVR是目前国内外最受关注的解决电压骤降的装置。虽然DVR串联于线路中运行,但由于只需补偿电压骤降部分的能量,所以,其设计功率只有负荷全部容量的1/5~1/3,价格优于同容量的UPS,损耗也远远低于后者,具有显著的技术先进性。

随着电力系统规模的日益扩大,用户对电能需求在高速增长,对电能质量要求的不断提高,减少电力系统电压骤降的发生,需要供电公司和用户的共同努力。在未来电力市场中,也许用户选择电力供应商时,考虑的不只是更低的电价,还有更好的电能质量

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